油田加熱爐維修改造技術(shù)分析

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摘要：油田加熱器在油氣開(kāi)采、輸送等環(huán)節(jié)都有著重要的作用，提高加熱爐生產(chǎn)效率，降低加熱爐能源損耗，對(duì)于油田行業(yè)的良好發(fā)展有著極其重要的意義。本文通過(guò)分析油田不同加熱器的特點(diǎn)，分析目前油田加熱器的運(yùn)行狀況，較為合理地提出了相關(guān)維修改造措施，希望對(duì)相關(guān)工作者有所幫助。

關(guān)鍵詞：加熱爐；效率；改造措施

油田加熱爐是油氣開(kāi)采輸送過(guò)程的重要設(shè)備之一，其主要作用在于油氣輸送以及油氣初加工階段的摻水、熱洗以及對(duì)外輸送的伴熱和采暖等。在國(guó)內(nèi)，很多油田含水量較大，原油較為黏稠的情況下，加熱爐的作用在石油開(kāi)采中的作用也越來(lái)越大。隨著我國(guó)石油開(kāi)采量及開(kāi)采難度的增大，對(duì)于加熱爐的需求度也越來(lái)越高。但目前，我國(guó)油田在用加熱爐設(shè)備老化現(xiàn)象較為普遍，加熱爐效率相對(duì)低下，且安全風(fēng)險(xiǎn)較高，需要對(duì)加熱爐進(jìn)行必要的維修改造，以達(dá)到油氣開(kāi)采安全生產(chǎn)及節(jié)能環(huán)保的目的。

1油田加熱爐的形式及特點(diǎn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，蘇聯(lián)對(duì)我國(guó)援助的斜頂爐已逐步淘汰，目前，我國(guó)油田中大部分采用的是火筒式加熱爐、管式加熱爐、水套加熱爐以及相變加熱爐這四種類(lèi)型。1.1火筒式加熱爐火筒式加熱爐是直接通過(guò)加熱爐內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生熱量?；鹜彩郊訜釥t因其自身特點(diǎn)，對(duì)換熱影響相對(duì)較小，燃燒筒結(jié)垢敏感度較低，影響較小。但需要爐內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì)流蘇相對(duì)較快，否則，容易在爐壁生產(chǎn)化學(xué)污垢，從而影響加熱爐的導(dǎo)熱效果。因此，火筒式加熱爐在生產(chǎn)介質(zhì)選取上一般不用三次采油污水或是稠油等容易結(jié)垢的生產(chǎn)介質(zhì)。另外，因火筒式加熱爐的燃燒筒直接接觸生產(chǎn)介質(zhì)，其安全隱患較大，但該加熱爐的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、耗材相對(duì)較少，成本相對(duì)較低。

1.2管式加熱爐

管式加熱爐因?yàn)闋t管中的生產(chǎn)介質(zhì)直接被火焰加熱，因此，升溫相對(duì)較快，內(nèi)外溫差相對(duì)較大且可以承受生產(chǎn)介質(zhì)較大的壓力。另外，直接加熱使得該類(lèi)型的加熱爐可以用較小的換熱面積換取較大的加熱功率。然而，管式加熱爐因其自身特點(diǎn)，在使用易結(jié)垢的生產(chǎn)介質(zhì)或者原油時(shí)，管壁結(jié)垢相對(duì)較快且不均勻，導(dǎo)熱效率相對(duì)減弱，嚴(yán)重時(shí)，可能引發(fā)爆炸事故。

1.3水套加熱爐

水套加熱路最大的特點(diǎn)就是在加熱爐和生產(chǎn)介質(zhì)之間通過(guò)水的導(dǎo)熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)行加熱的目的。生產(chǎn)介質(zhì)通過(guò)盤(pán)管輸送，從而避免了燃燒筒與生產(chǎn)介質(zhì)直接接觸，在安全性能上相對(duì)較高，同時(shí)，也減少了燃燒筒產(chǎn)生結(jié)垢和腐蝕的概率，因此，目前油田生產(chǎn)企業(yè)大量使用水套加熱爐。然而，水套加熱爐結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)升本較高，傳熱效果相對(duì)較差導(dǎo)致加熱爐能耗偏高，另外，在實(shí)際運(yùn)行中需要經(jīng)常補(bǔ)充水量，操作上也相對(duì)復(fù)雜。

1.4相變加熱爐

相變加熱爐的基本原理在于利用蒸汽發(fā)生器和相變傳熱原理，使?fàn)t體內(nèi)的水通過(guò)燃燒筒產(chǎn)生的熱量生成熱蒸汽，熱蒸汽對(duì)盤(pán)管內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)行加熱，水蒸氣在加熱盤(pán)管的同時(shí)，自身發(fā)生冷凝作用再變成水，然后，再加熱成水蒸氣，在水于水蒸氣的相變過(guò)程中進(jìn)行熱量交換。相變加熱爐是我國(guó)近年來(lái)研發(fā)的新型產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)主要包括燃燒筒、爐體以及加熱盤(pán)管。按照加熱盤(pán)管的不同，可以分為分體式和一體式相變加熱爐，按照水蒸氣壓力不同，分為承壓相變和真空相變加熱爐。

2油田加熱爐現(xiàn)狀分析

油田的加熱爐是油田開(kāi)采的耗能大戶(hù)，燃?xì)馐褂每偭拷咏吞锷a(chǎn)用氣的90%甚至更高，多種因素造成目前油田在用加熱器的效率不高。因此，如何有效提高加熱爐的效率對(duì)于油田生產(chǎn)有著重要的意義，也是我們對(duì)加熱爐進(jìn)行維修改造的主要目的。

2.1部分加熱爐年限較長(zhǎng)，熱損較高

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前，油田企業(yè)中超過(guò)10年以上的加熱爐約占加熱爐總量的50%，此部分加熱爐在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，大部分的燃燒筒結(jié)垢情況較重，煙管?chē)?yán)重老化腐蝕，導(dǎo)致加熱爐的故障發(fā)生頻率相對(duì)較高，且熱損較大。

2.2部分加熱爐結(jié)構(gòu)陳舊，效率低下

部分火筒加熱爐因?yàn)槿紵仓苯咏佑|生產(chǎn)介質(zhì)，產(chǎn)生的溫差較大，升溫較快，導(dǎo)致?tīng)t壁結(jié)構(gòu)嚴(yán)重且分布不均勻，進(jìn)而造成局部位置過(guò)熱，管壁局部過(guò)熱使得一部分熱量直接以煙氣的形式散發(fā)到空氣中，造成加熱爐的熱換效率偏低，同時(shí)，也導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。另外，我國(guó)的油田企業(yè)從安全角度出發(fā)，使用了大量的水套加熱爐，該形式的加熱爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性能較好，但水套加熱爐的導(dǎo)熱效率本身偏低。隨著油田企業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，水套加熱爐在能耗和效率上已不符合現(xiàn)代企業(yè)要求。

2.3加熱爐實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)較差

加熱爐在實(shí)際運(yùn)行中，需要經(jīng)常進(jìn)行維修保養(yǎng)和對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證加熱爐的熱換效率。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，部分加熱爐設(shè)置的相關(guān)參數(shù)不很合理，調(diào)整也不及時(shí)。合理設(shè)置燃?xì)馀c空氣的比例是提高加熱爐效率的有效途徑?？諝獗壤^高，空氣帶走的熱量也比較大，從而降低加熱率效率；空氣比例較低，燃料燃燒不充分，進(jìn)而造成能源的浪費(fèi)。另外，大部分加熱爐都采取自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要對(duì)設(shè)置的參數(shù)及時(shí)按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。加熱爐在運(yùn)行中，需要對(duì)各部件經(jīng)常保養(yǎng)，比如，燃燒器的火嘴，若保養(yǎng)不及時(shí)造成火嘴焦化或腐蝕，都會(huì)影響燃燒器的燃燒效果，從而影響加熱爐效率并導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

2.4加熱爐結(jié)垢現(xiàn)象普遍

研究表明，加熱爐換熱面結(jié)垢達(dá)到5mm時(shí)，能源消耗增加約30%，因此，加熱爐結(jié)垢對(duì)于其導(dǎo)熱效果有著重大的影響。油田加熱爐若長(zhǎng)期運(yùn)行而不進(jìn)行除垢，勢(shì)必造成加熱爐的效率低下。同時(shí)，加熱爐結(jié)垢會(huì)造成生產(chǎn)介質(zhì)吸熱能力下降，大量的熱量則散發(fā)在空氣中造成能源浪費(fèi)。另外，為保證生產(chǎn)介質(zhì)達(dá)到目標(biāo)溫度，燃?xì)饬恳矔?huì)增加，進(jìn)而導(dǎo)致管壁升溫更快能源浪費(fèi)更甚，產(chǎn)生惡性循環(huán)。

3加熱爐維修改造相關(guān)措施

根據(jù)目前油田在用加熱器實(shí)際狀況，為延長(zhǎng)加熱器壽命，提高加熱器效率，可以采取以下維修改造措施。

3.1局部使用耐高溫鋼進(jìn)行改造

碳鋼結(jié)構(gòu)在溫度超過(guò)400℃時(shí)，其蠕變極限及高溫持久強(qiáng)度較低，導(dǎo)致其需用應(yīng)力也相對(duì)較低，通過(guò)在碳鋼中適當(dāng)加入鉻、鎳等合金元素，可以大幅提高其蠕變極限值和高溫持久強(qiáng)度極限。對(duì)于火筒加熱爐，若在其耐火磚出口位置改造為耐高溫鋼，可以有效避免油田加熱爐的鼓包以及燒漏情況發(fā)生。

3.2增設(shè)爐管高溫檢測(cè)裝置

通過(guò)增設(shè)高溫檢測(cè)裝置，有效控制加熱火管表面的實(shí)際溫度，當(dāng)火管表面溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，高溫檢測(cè)裝置通過(guò)其自帶的控制程序降低加熱器中的燃?xì)饬?，從而保證了加熱爐火管的正常耐受溫度。當(dāng)加熱器火管溫度高于設(shè)定值時(shí)，高溫檢測(cè)裝置會(huì)將信息傳輸?shù)娇刂浦行?，停爐進(jìn)行煙火管清垢后再重新啟動(dòng)。

3.3燃燒器技術(shù)改造

對(duì)目前在用加熱爐的燃燒器進(jìn)行必要改造，采用先進(jìn)的內(nèi)部混合霧化等技術(shù)，提高燃燒器的霧化效果，不但可以提高燃料的燃燒值，降低加熱爐結(jié)垢程度，而且可以提高燃料的選擇范圍，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。另外，在改造燃燒器的同時(shí)，可以引入燃料處理系統(tǒng)，提高燃料的清潔程度，從而降低設(shè)備腐蝕和焦化現(xiàn)象。

3.4自動(dòng)化控制技術(shù)改造

自動(dòng)化控制是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的方向，對(duì)于油田的加熱爐，通過(guò)對(duì)加熱爐在空氣接入、設(shè)備啟停、自動(dòng)吹掃等方面進(jìn)行自動(dòng)化控制，可以有效提高燃料的利用率和加熱爐效率，同時(shí)，可以精確控制生產(chǎn)介質(zhì)溫度，實(shí)現(xiàn)諸如低水位保護(hù)、熄火保護(hù)等多項(xiàng)自動(dòng)功能，確保設(shè)備安全高效運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

總而言之，加熱爐作為油田的重要設(shè)備，在降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)、有效控制生產(chǎn)成本等方面都有著巨大的改進(jìn)空間，企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行中，應(yīng)提高對(duì)加熱爐的日常監(jiān)控和維護(hù)保養(yǎng)，采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)燃燒爐進(jìn)行必要的技術(shù)改造，從而達(dá)到降低能源損耗和提高設(shè)備效率的實(shí)際效果。

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作者：張其建 單位：大慶油田裝備制造集團(tuán)容器制造分公司