專利名稱：同軸泥漿對流換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于對天然氣水合物鉆探取樣所使用低溫泥漿進(jìn)行冷卻 的熱交換裝置，尤其是逆流換熱的換熱裝置。
背景技術(shù)：
開發(fā)利用天然氣水合物首先要通過鉆探取樣手段取得天然氣水合物巖心樣品，然 后通過對巖心的分析，評估天然氣水合物儲存量、天然氣水合物礦層的產(chǎn)狀、規(guī)模和性質(zhì)等 地質(zhì)參數(shù)，所以鉆探取樣是開發(fā)利用天然氣水合物最直接的主要手段。天然氣水合物賦存 在0 10°C，壓力> lOMPa的地層中，只要天然氣水合物賦存地層的溫度升高或地層壓力降 低都可能引起天然氣水合物分解。鉆探取樣施工過程中鉆頭切削巖石產(chǎn)生大量的熱，同時 鉆具與孔壁摩擦也會產(chǎn)生熱，孔底溫度升高，這些熱量傳遞給鉆井泥漿，泥漿溫度也隨之升 高。泥漿溫度升高會造成在鉆取天然氣水合物巖心時，天然氣水合物發(fā)生分解，致使無法采 取到原位保真的天然氣水合物巖心樣品，不但會影響對礦層儲存量的評估，而且還可能會 引起孔內(nèi)事故并對鉆探設(shè)備造成危害，所以必須對鉆探所使用的泥漿溫度進(jìn)行控制，保證 泥漿溫度和天然氣水合物地層溫度基本保持一致。目前國內(nèi)還沒有專門適用于泥漿冷卻的換熱器?，F(xiàn)有的換熱器按傳熱特征可分 為直接接觸式、間壁式。間壁式換熱器又分為夾套式換熱器、沉浸式蛇管換熱器、噴淋式 換熱器、列管式換熱器、套管式換熱器。按介質(zhì)的的流動方向又分為順流換熱器和逆流換 熱器。直接接觸式換熱器，即冷熱流體直接混合，一般適用于冷熱流體為同種介質(zhì)情況下的 換熱，不適用于泥漿冷卻；，即冷熱流體由金屬壁隔開，不直接接觸。間壁式換熱器的類型 有夾套式換熱器，這種結(jié)構(gòu)的換熱器主要用于反應(yīng)過程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝 夾套制成；沉浸式蛇管換熱器，這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應(yīng)的 情況，并沉浸在容器內(nèi)的液體中；噴淋式換熱器，這種結(jié)構(gòu)的換熱器多用于冷卻管內(nèi)的熱流 體，將蛇管成排地固定于剛架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動，冷卻水由管上方的噴淋裝置中 均勻淋下；列管式換熱器，這種結(jié)構(gòu)的換熱器又稱為管殼式換熱器，多為加熱器；套管式換 熱器，這種結(jié)構(gòu)的換熱器將兩種直徑大小不同的管套裝成同心套管，使一種流體在內(nèi)管流 過，另一種則在套管間的環(huán)狀間隙中通過。用于制冷行業(yè)的一般采用的間壁式換熱器類型 有沉浸式蛇管換熱器、噴淋式換熱器、套管式換熱器。對于泥漿冷卻問題，泥漿溫度要冷卻 到零度以下，噴淋式換熱器不適用，沉浸式蛇管換熱器放在泥漿池里占用本就狹小的空間， 也不適用?，F(xiàn)有的同軸逆流換熱器多為盤管式，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積小，流體流量不大。對 于泥漿冷卻要求流量大，流速高，且泥漿具有造壁性能，即泥漿在流動的過程中，容易在管 壁形成泥皮，現(xiàn)有的換熱器不能滿足泥漿惡劣工況條件下的冷卻。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于陸地凍土層和 海洋鉆探施工，特別適用于天然氣水合物鉆探取樣施工的天然氣水合物鉆井泥漿冷卻的同
3軸泥漿對流換熱器。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的同軸泥漿對流換熱器，換熱器各換熱管排布方式為雙層或多層排布方式，內(nèi)管1 套裝在外管3內(nèi)，內(nèi)管1與外管3同軸，兩管間的環(huán)狀空間為制冷劑循環(huán)通道，環(huán)狀間隙兩 端封閉，內(nèi)管1為泥漿循環(huán)通道，循環(huán)泥漿與制冷劑相對逆向流動，構(gòu)成逆流換熱，內(nèi)管1與 內(nèi)管1之間通過法蘭7和U型波紋管4連通，外管3與外管3之間通過短管5和法蘭7連 通，短管5中間裝有法蘭7，外管3焊接有支撐桿6用于限制兩外管3之間的距離，泥漿進(jìn) 口 8和泥漿出口 11設(shè)在泥漿對流換熱器的同一端，制冷劑進(jìn)口 9和制冷劑出口 10設(shè)在同 軸泥漿對流換熱器的同一側(cè)面，并與外管3連通，外管3的外壁涂裝有保溫層2。本實(shí)用新型的目的還可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)保溫材料公四層，由里向外依次為保溫漆、聚氨酯泡沫、硬質(zhì)保溫材料和錫紙；保 溫漆采用雙組分油性隔熱保溫底漆、油罐保溫漆或水性隔熱保溫面漆。硬質(zhì)保溫材料優(yōu)選 硬質(zhì)膠皮或聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料瓦。內(nèi)管1內(nèi)壁為光滑面；制冷劑為乙二醇。有益效果同軸泥漿對流換熱器經(jīng)試驗(yàn)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，換熱效果好，能夠快速冷 卻泥漿，可承受高壓，特別適合大流量、高流速低溫或超低溫流體之間的換熱，結(jié)構(gòu)簡單，使 用方便，造價低廉。

附圖1為同軸泥漿對流換熱器俯視示意圖；附圖2為同軸泥漿對流換熱器主視示意圖；附圖3為同軸泥漿對流換熱器保溫結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為同軸泥漿對流換熱器逆流換熱示意圖；附圖5為同軸泥漿對流換熱器排布型式示意圖。附圖6為圖4的截面圖1內(nèi)管，2保溫層，3外管，4U型波紋管，5短管，6支撐，7法蘭，8泥漿進(jìn)口，9制冷劑 出口，10制冷劑進(jìn)口，11泥漿出口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明同軸泥漿對流換熱器，換熱器各換熱管排布方式為雙層或多層排布方式，內(nèi)管1 套裝在外管3內(nèi)，內(nèi)管1與外管3同軸，兩管間的環(huán)狀空間為制冷劑循環(huán)通道，環(huán)狀間隙兩 端封閉，內(nèi)管1為泥漿循環(huán)通道，循環(huán)泥漿與制冷劑相對逆向流動，構(gòu)成逆流換熱，內(nèi)管1與 內(nèi)管1之間通過法蘭7和U型波紋管4連通，外管3與外管3之間通過短管5和法蘭7連 通，短管5中間裝有法蘭7，外管3焊接有支撐桿6用于限制兩外管3之間的距離，泥漿進(jìn) 口 8和泥漿出口 11設(shè)在泥漿對流換熱器的同一端，制冷劑進(jìn)口 9和制冷劑出口 10設(shè)在同 軸泥漿對流換熱器的同一側(cè)面，并與外管3連通，外管3的外壁涂裝有保溫層2。保溫材料共四層，由里向外依次為保溫漆、聚氨酯泡沫、硬質(zhì)保溫材料和錫紙；硬 質(zhì)保溫材料優(yōu)選硬質(zhì)膠皮；內(nèi)管1內(nèi)壁為光滑面；制冷劑為乙二醇。實(shí)施例1
4[0021]雙層排布式同軸泥漿對流換熱器內(nèi)管1與外管3為有相同長度的直管段，內(nèi)管1套裝在外管3內(nèi)，內(nèi)管1與外管3 同軸，構(gòu)成一組同軸套管。組與組之間的同軸套管平行排布，相鄰兩組同軸套管的內(nèi)管1之 間通過U型波紋管4和法蘭7連通，外管3與內(nèi)管1構(gòu)成一環(huán)狀間隙，每組同軸套管的環(huán)狀 間隙兩端都是封閉的，在外管3端部一側(cè)焊接一短管5，通過法蘭7與另一組同軸套管外管 3焊接的短管5連通；在兩組同軸套管另一端用一支撐6連接，支撐6與短管5等長，支撐 6限制兩組外管3的距離，使兩組外管3保持平行，在外管3外表面和用于連接外管3的短 管5外表面及U型波紋管4的外表面涂裝保溫層2。保溫層2的最里層是涂在外管3上的 雙組分油性隔熱保溫底漆，依次向外包裹聚氨酯泡沫、硬質(zhì)膠皮和錫紙。泥漿進(jìn)口 8和泥漿 出口 11安裝在同一側(cè)，制冷劑乙二醇進(jìn)口 9和制冷劑乙二醇出口 10安裝在同一側(cè)，泥漿進(jìn) 口端的側(cè)面為制冷劑乙二醇出口端，泥漿出口端側(cè)面為制冷劑乙二醇進(jìn)口端。內(nèi)管1循環(huán) 介質(zhì)為泥漿，外管3與內(nèi)管1構(gòu)成的環(huán)狀間隙中的流動的循環(huán)介質(zhì)為制冷劑乙二醇，兩種介 質(zhì)逆向流動，構(gòu)成逆流換熱。各換熱管連接好后，固定在鋼結(jié)構(gòu)底盤上，使用時運(yùn)至施工現(xiàn) 場。泥漿池中的泥漿經(jīng)泥漿泵送入換熱器，冷卻后再返回泥漿池，也就是換熱器不斷地循環(huán) 冷卻泥漿處中的泥漿，冷卻后的泥漿再經(jīng)鉆機(jī)泥漿泵送入鉆孔。制冷劑乙二醇進(jìn)口 10經(jīng)低 溫液體泵與乙二醇箱連通，制冷劑乙二醇出口 9與乙二醇箱連連通。在鉆進(jìn)時，由于鉆頭切削巖石會產(chǎn)生大量熱能，同時鉆具與孔壁摩擦也會產(chǎn)生熱 能，這些熱必然傳遞給泥漿，泥漿攜帶這些熱量至地表泥漿池，再通過泥漿泵送入同軸泥漿 對流換熱器，經(jīng)換熱冷卻后再返回泥漿池中。制冷劑乙二醇從乙二醇箱經(jīng)低溫液體泵抽吸至同軸泥漿對流換熱器制冷劑乙二 醇進(jìn)口 10，再在換熱器環(huán)狀間隙與內(nèi)管中的泥漿換熱，換熱后，乙二醇溫度升高，經(jīng)制冷劑 乙二醇出口 9返回乙二醇箱降溫。實(shí)施例2多層排布式同軸泥漿對流換熱器。內(nèi)管1與外管3為有相同長度的直管段，內(nèi)管1套裝在外管3內(nèi)，內(nèi)管1與外管3 同軸，外管3與內(nèi)管1構(gòu)成一環(huán)狀間隙，構(gòu)成一組同軸套管。每組同軸套管的環(huán)狀間隙兩端 都是封閉的，組與組之間的同軸套管不論是平面排布還是豎直面向排布都是平行的，相鄰 兩組同軸套管的內(nèi)管1通過U型波紋管4和法蘭7連通，在外管3端部一側(cè)焊接一短管5， 通過法蘭7與另一組同軸套管外管3焊接的短管5連通；在兩組同軸套管另一端用一支撐 6連接，支撐6與短管5等長，支撐6限制兩組外管3的距離，使兩組外管3保持平行，在外 管3外表面和用于連接外管3的短管5外表面及U型波紋管4的外表面涂裝保溫層2。保 溫層2的最里層是涂在外管3上的油罐保溫漆，依次向外包裹聚氨酯泡沫、聚氨酯硬質(zhì)泡沫 塑料瓦和錫紙。第三層同軸套管泥漿進(jìn)口 8與第二層同軸套管泥漿出口 11通過U型波紋 管4和法蘭7連通，第三層同軸套管制冷劑乙二醇進(jìn)口 9與第二層同軸套管制冷劑乙二醇 出口 10通過法蘭7與第三層外管3焊接的短管5連通，第四層、第五層，乃至N層同樣方式 連通。制冷劑乙二醇進(jìn)口 9焊接在最后一層同軸套管外管3側(cè)面上，泥漿出口 11設(shè)置在最 后一層同軸套管與制冷劑乙二醇進(jìn)口 9同一端。泥漿進(jìn)口端的側(cè)面為制冷劑乙二醇出口 端，泥漿出口端側(cè)面為制冷劑乙二醇進(jìn)口端。內(nèi)管1循環(huán)介質(zhì)為泥漿，外管3與內(nèi)管1構(gòu)成 的環(huán)狀間隙中的流動的循環(huán)介質(zhì)為制冷劑乙二醇，兩種介質(zhì)逆向流動，構(gòu)成逆流換熱。各換熱管連接好后，固定在鋼結(jié)構(gòu)底盤上，使用時運(yùn)至施工現(xiàn)場。泥漿池中的泥漿經(jīng)泥漿泵送入 換熱器，冷卻后再返回泥漿池，也就是換熱器不斷地循環(huán)冷卻泥漿處中的泥漿，冷卻后的泥 漿再經(jīng)鉆機(jī)泥漿泵送入鉆孔。制冷劑乙二醇進(jìn)口 10經(jīng)低溫液體泵與乙二醇箱連通，制冷劑 乙二醇出口 9與乙二醇箱連連通。在鉆進(jìn)時，由于鉆頭切削巖石會產(chǎn)生大量熱能，同時鉆具與孔壁摩擦也會產(chǎn)生熱 能，這些熱必然傳遞給泥漿，泥漿攜帶這些熱量至地表泥漿池，再通過泥漿泵送入同軸泥漿 對流換熱器，經(jīng)換熱冷卻后再返回泥漿池中。制冷劑乙二醇從乙二醇箱經(jīng)低溫液體泵抽吸至同軸泥漿對流換熱器制冷劑乙二 醇進(jìn)口 10，再在換熱器環(huán)狀間隙與內(nèi)管中的泥漿換熱，換熱后，乙二醇溫度升高，經(jīng)制冷劑 乙二醇出口 9返回乙二醇箱降溫。
權(quán)利要求一種同軸泥漿對流換熱器，其特征在于，換熱器各換熱管排布方式為雙層排布或多層排布方式，內(nèi)管(1)套裝在外管(3)內(nèi)，內(nèi)管(1)與外管(3)同軸，兩管間的環(huán)狀空間為制冷劑循環(huán)通道，環(huán)狀間隙兩端封閉，內(nèi)管(1)為泥漿循環(huán)通道，循環(huán)泥漿與制冷劑相對逆向流動，構(gòu)成逆流換熱，內(nèi)管(1)與內(nèi)管(1)之間通過法蘭(7)和U型波紋管(4)連通，外管(3)與外管(3)之間通過短管(5)和法蘭(7)連通，短管(5)中間裝有法蘭(7)，外管(3)焊接有支撐桿(6)用于限制兩外管(3)之間的距離，泥漿進(jìn)口(8)和泥漿出口(11)設(shè)在泥漿對流換熱器的同一端，制冷劑進(jìn)口(9)和制冷劑出口10設(shè)在同軸泥漿對流換熱器的同一側(cè)面，并與外管(3)連通，外管(3)的外壁涂裝有保溫層(2)。
2.按照權(quán)利要求1所述的同軸泥漿對流換熱器，其特征在于，保溫材料共四層，由里向 外依次為保溫漆、聚氨酯泡沫、硬質(zhì)保溫材料和錫紙。
3.按照權(quán)利要求2所述的同軸泥漿對流換熱器，其特征在于，保溫漆采用雙組分油性 隔熱保溫底漆、油罐保溫漆或水性隔熱保溫面漆。
4.按照權(quán)利要求2所述的同軸泥漿對流換熱器，其特征在于，硬質(zhì)保溫材料優(yōu)選硬質(zhì) 膠皮或聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料瓦。
5.按照權(quán)利要求1所述的同軸泥漿對流換熱器，其特征在于，內(nèi)管(1)內(nèi)壁為光滑面， 制冷劑為乙二醇。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種同軸泥漿對流換熱器。換熱器各換熱管排布方式為雙層或多層排布方式，內(nèi)管套裝在外管內(nèi)，兩管間的環(huán)狀空間為制冷劑循環(huán)通道，內(nèi)管為泥漿循環(huán)通道，循環(huán)泥漿與制冷劑相對逆向流動，構(gòu)成逆流換熱，內(nèi)管與內(nèi)管通過法蘭和U型波紋管連通，外管與外管通過短管和法蘭連通，短管中間裝有法蘭，泥漿進(jìn)口和泥漿出口設(shè)在泥漿對流換熱器的同一端，制冷劑進(jìn)口和制冷劑出口設(shè)在同軸泥漿對流換熱器的同一側(cè)面，并與外管連通，外管的外壁涂裝有保溫材料。經(jīng)試驗(yàn)，該換熱器表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，換熱效果好，能夠快速冷卻泥漿，可承受高壓，特別適合大流量、高流速低溫或超低溫流體之間的換熱，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，造價低廉。
文檔編號F28D7/10GK201607145SQ20092009484
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者孫友宏, 徐會文, 李國圣, 王慶華, 薛軍, 賈瑞, 趙建國, 趙江鵬, 郭威, 陳晨 申請人:吉林大學(xué)