CN111155967A - 一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置，包括加热井和气体注入喷射装置，所述加热井包括外侧的加热井套管和贯穿所述加热井套管内部的加热元件；所述气体注入喷射装置包括气体注入喷射装置套管、气体发生装置、气输送管、气喷射管，所述气喷射管环形固定于气体注入喷射装置套管，且开有若干向外的喷射孔，所述气输送管位于所述加热元件和加热井套管之间且连通所述气体发生装置和气喷射管。本发明通过气输送管与气体发生装置连接，将高温气体输送至喷射管，通过单向喷口将高温气体高速喷射到污染地层，由于喷射半径大，可以提高加热区域范围及加热效率，实现精准加热。

Description

一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置

技术领域

本发明属于环境或环境岩土领域，具体的涉及主要针对污染物为有机污染物的一种利用加热井注入高温气体的装置。

背景技术

在土壤原位热脱附处理过程中，通常采用加热井对周围区域进行加热。现有采用热传导加热井的技术问题如下：

（1）热传导慢，效率低；对加热井附近的区域加热效果较好，对距离较远的土壤升温速度较慢；复杂水文地质的地层加热无法精准控制。

（2）现有蒸汽热脱附技术注入井多与蒸汽锅炉/空压机相连，注入井侧壁开孔直径多为1~3 cm，其孔径较大，当注入高温气体时，气体在孔口处存在聚集的现象，进而沿注入井壁向地层上方扩散，因此，气体在地层中的影响半径较小，加热区域范围及加热效果有限。

（3）由于最大产气量、最大压力的限制，导致气体涉及加热范围小；无法根据地层和污染分布准确加热；加热温度最高只能达到100℃；同样蒸汽锅炉/空压机会增加工程成本。

发明内容

针对现有技术中存在的效率低、加热区域有限、温度低、成本高的缺陷，本发明提供了一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置，其特征在于包括加热井和气体注入喷射装置，所述加热井包括外侧的加热井套管和贯穿所述加热井套管内部的加热元件；所述气体注入喷射装置包括气体发生装置、气输送管、气喷射管，所述气喷射管为环形，从上至下具有多个且均匀分布固定于所述加热井套管管壁，表面开有若干向外的喷射孔，所述气输送管位于所述加热元件和加热井套管之间且连通所述气体发生装置和气喷射管。

优选的所述气喷射管通过气体注入喷射装置套管固定于所述加热井套管管壁，所述气输送管通过三通中间接头与所述气喷射管连接。

优选的所述加热井套管与气体注入喷射装置套管、所述气体注入喷射装置套管与气喷射管之间通过焊接的方式相连。

优选的所述喷射孔与三通中间接头之间设置单向压力阀，使所述气喷射管中压力至少为0.2 Mpa时向外喷射气体。

优选的在所述气体发生装置与气输送管之间安装有自力式压力调节阀和压力表，所述自力式压力调节阀调节进气压力为1~10 MPa。自力式压力调节阀可以自动调节，能够实现脉冲注入，因为脉冲注入频率较高，如果手动的话效果会不理想。

优选的所述自力式压力调节阀前置压力表压力小于0.5 Mpa时，进行产气加压操作。

优选的所述气体发生装置为注入空气的空压机或注入蒸汽的蒸汽锅炉，在所述气体发生装置之后设置有储气罐。

优选的所述空压机能够产生0.8~1.6 MPa的气体；所述蒸汽锅炉为低压蒸汽锅炉或高压蒸汽锅炉，所述低压蒸汽锅炉额定蒸汽压力为1.25~1.6 MPa，额定蒸汽温度为190~210℃，所述高压蒸汽锅炉蒸汽压力为12~15 MPa，蒸汽温度最高500~600℃。

优选的所述气体发生装置产气后，气体以脉冲式的方式注入。

优选的所述气喷射管上设置喷射孔的数量为2~8个，且关于所述气喷射管圆环中心对称分布。

优选的所述气体注入喷射装置套管高为50~100 mm，所述气输送管的直径为10~25mm，环形气喷射管的圆环直径为40~100 mm，气喷射管的内径为5~12.5 mm，所述喷射孔内径为3~10 mm且小于气喷射管的内径。

本发明的技术效果如下：

本发明的加热井在传统的加热井基础上，在加热井的外套管内部增加高温气体注入装置，通过气输送管与气体发生装置连接，将高温气体输送至喷射管，通

过喷射口将高温气体高速喷射到污染地层。本发明喷射半径大，可以提高加热区域范围及加热效率，实现精准加热。

气输送管通过三通与单向压力阀连接，压力阀再与环形气喷射管连接，气喷射管与套管焊接并外壁开孔，所以气体从喷射管外壁开的孔喷出，由于单向压力阀的设置，避免了外界地层中的气体等可能会回流至喷射管中，所以喷射口可以确保单向喷射。

加热元件能够实现加热注入气体，气体可以采用蒸汽或空气，通常加热包气带地层采用空气，加热含水层使用蒸汽，针对不同的污染物可能所需的脱附温度不同，选取高压蒸汽与低压蒸汽设备。

在实际工程施工的时候，由于地层较深，加热井套管较长，为了加工的方便，将气喷射管焊接到注入喷射装置套管上，加热井套管和注入喷射套管可选用同样的材质，把气喷射管和注入喷射套管组成的气体注入装置看成一个整体装置，直接跟加热井套管焊接，同时使得气体注入装置内部操作焊接较方便，更容易控制安装深度数量等。

本发明具有以下优点：

（1）可以提高加热井热利用效率；

（2）高速注入高温空气/蒸汽，避免加热井周围热量集中，温度过高，而影响范围优先受限的问题；

（3）通过水与目标污染物的共沸现象，降低加热温度；

（4）可通过调整过热气体注入的频幅，可对污染场地达到精准施工。

本发明结合蒸汽注入技术和热传导技术，最大发挥两个技术的优势，有效提高加热效率，并通过实现精准化施工，可以大幅度缩短工程工期，降低加热消耗能源和成本。

附图说明

图1为本发明一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置的实施例1整体结构示意图；

图2为实施例1的气体注入喷射装置示意图。

图中各标号列式如下：

1-气体发生装置；2-储气罐；3-压力表；4-自力式压力调节阀；5-加热元件；6-气体注入喷射装置；7-加热井套管；8-气体注入喷射装置套管；9-气输送管；10-三通中间接头；11-气喷射管；12-单向压力阀；13-喷射孔。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的解释。

实施例1

本实施例的一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置，用于加热包气带地层，如图1所示，包括加热井和气体注入喷射装置6，所述加热井包括外侧的加热井套管7和贯穿所述加热井套管7内部的加热元件5；所述气体注入喷射装置6包括气体注入喷射装置套管8、气体发生装置1（本实施例为空压机1）、气输送管9、气喷射管11，所述气体注入喷射装置套管8从上至下依次具有3个，高为100 mm，均匀分布焊接于所述加热井套管7管壁，所述气喷射管11为环形，环形直径40 mm，气喷射管内径为8 mm，焊接于气体注入喷射装置套管8，且开有8个关于气喷射管11圆环中心对称分布的向外的喷射孔13，所述气输送管9位于所述加热元件5和加热井套管7之间且连通所述空压机1和气喷射管11，直径为25 mm。

在所述空压机1与气输送管9之间安装有储气罐2、自力式压力调节阀4和压力表3，所述自力式压力调节阀4调节进气压力为1~10 MPa，通过自力式压力调节阀4可以自动调节，能够实现注入频率较高的脉冲注入。所述空压机1能够产生0.8~1.6 MPa的气体，产气后，气体以脉冲式的方式注入。所述自力式压力调节阀4前置的压力表3压力小于0.5 Mpa时，进行产气加压操作。

如图2所示，所述气输送管9通过三通中间接头10与所述气喷射管11连接，所述喷射孔13与三通中间接头10之间设置单向压力阀12，使所述气喷射管11中压力至少为0.2Mpa时向外喷射气体，所述单向压力阀12与气喷射管焊接，口径小于环形气喷射管直径，能使两者连接，喷射孔直径为4 mm。

实施例2

本实施例的一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置，用于加热含水层，与实施例1的区别在于，气体发生装置1采用低压蒸汽锅炉，所述低压蒸汽

锅炉额定蒸汽压力为1.25~1.6 MPa，额定蒸汽温度为190~210℃。所述气体注入喷射装置套管8从上至下依次具有5个，高为50 mm，均匀分布焊接于所述加热井套管7管壁，所述气喷射管11环形直径100 mm，气喷射管内径为12.5 mm，且开有12个关于气喷射管11圆环中心对称分布的向外的喷射孔13，所述气输送管9直径为10 mm，所述单向压力阀12喷口口径为5mm。

以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明要求保护的范围，一切不脱离本专利的精神和范围的技术方案及其改进，例如喷射装置套管的使用及数量的选择、各结构的内径等，其均涵盖在本专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种利用原位热脱附加热井注入高温气体的装置，其特征在于包括加热井和气体注入喷射装置，所述加热井包括外侧的加热井套管和贯穿所述加热井套管内部的加热元件；所述气体注入喷射装置包括气体发生装置、气输送管、气喷射管，所述气喷射管为环形，从上至下具有多个且均匀分布固定于所述加热井套管管壁，表面开有若干向外的喷射孔，所述气输送管位于所述加热元件和加热井套管之间且连通所述气体发生装置和气喷射管。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气喷射管通过气体注入喷射装置套管固定于所述加热井套管管壁，所述气输送管通过三通中间接头与所述气喷射管连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述加热井套管与气体注入喷射装置套管、所述气体注入喷射装置套管与气喷射管之间通过焊接的方式相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述喷射孔与三通中间接头之间设置单向压力阀，使所述气喷射管中压力至少为0.2 Mpa时向外喷射气体。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于在所述气体发生装置与气输送管之间安装有自力式压力调节阀和压力表，所述自力式压力调节阀调节进气压力为1~10 MPa。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述自力式压力调节阀前置压力表压力小于0.5 Mpa时，进行产气加压操作。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体发生装置为注入空气的空压机或注入蒸汽的蒸汽锅炉，所述气体发生装置之后设置有储气罐。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述空压机能够产生0.8~1.6 MPa的气体；所述蒸汽锅炉为低压蒸汽锅炉或高压蒸汽锅炉，所述低压蒸汽锅炉额定蒸汽压力为1.25~1.6 MPa，额定蒸汽温度为190~210℃，所述高压蒸汽锅炉蒸汽压力为12~15 MPa，蒸汽温度最高500~600℃。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体发生装置产气后，气体以脉冲式的方式注入。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体注入喷射装置套管高为50~100mm，所述气输送管的直径为10~25 mm，环形气喷射管的圆环直径为 40~100 mm，气喷射管的内径为5~12.5 mm，所述喷射孔内径为3~10 mm且小于气喷射管的内径。

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