李江濤(大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠)
加熱爐是油田油氣集輸?shù)闹饕哪茉O(shè)備。加熱爐運(yùn)行主要分為燃料的燃燒過程、傳熱過程、煙氣排放3個(gè)過程。隨著加熱爐使用時(shí)間的延長、設(shè)備的自然老化、介質(zhì)的長期腐蝕,以及運(yùn)行環(huán)境惡劣等因素影響,加熱爐出現(xiàn)了火管燒損、熱效率降低和腐蝕三大問題,嚴(yán)重影響了加熱爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
火管燒損是四合一裝置、火筒爐及水套爐使用過程中的常見問題,尤其以四合一裝置最為嚴(yán)重,部分加熱爐出現(xiàn)火管鼓包燒損現(xiàn)象,表現(xiàn)形式通常為火管近火焰處的鼓包變形、甚至穿孔,給加熱爐安全運(yùn)行帶來極大的隱患?,F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn),火管變形和穿孔部位一般在耐火磚前側(cè)0.2~0.5 m 左右,原因是由于耐火磚前側(cè)出現(xiàn)溫度突變,導(dǎo)致此處火管較之其他部位溫度高,容易產(chǎn)生熱應(yīng)力,加之外部結(jié)垢、泥砂淤積,使傳熱變差,特別容易造成火管變形、穿孔。
當(dāng)采出液鈣、鎂鹽類離子含量較高時(shí),在加熱爐的受熱面上,在高熱負(fù)荷的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成復(fù)雜的硅酸鹽垢。與鋼材相比,水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小,碳酸鹽垢的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的1/10~1/100,相當(dāng)于在煙、火管外增加一層保溫層,煙氣未經(jīng)充分換熱就從煙囪排出,造成加熱爐熱效率下降。結(jié)垢造成管材的局部過熱,產(chǎn)生的二次應(yīng)力使?fàn)t管鼓包變形,引起管路特性改變,使摻水泵進(jìn)口吸入困難,摻水流量減小,影響生產(chǎn)運(yùn)行。
1)煙囪、煙箱和煙箱側(cè)封頭外壁的腐蝕。由于排煙溫度低,加熱爐煙囪、煙箱及與煙箱連接的封頭處易形成露點(diǎn)腐蝕。此外,煙箱內(nèi)部往往聚集大量的污垢,由于天然氣中的硫化物隨煙氣與空氣中的水汽結(jié)合后冷凝為液體,流進(jìn)煙箱并積聚在煙箱底部形成酸性溶液從而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。
2)火管內(nèi)外壁腐蝕?;鸸軆?nèi)壁腐蝕主要是高溫氧化腐蝕,加熱溫度越高,金屬氧化的速度越快。火管外壁腐蝕則主要與介質(zhì)有關(guān),尤其在加熱爐停用一段時(shí)間后,腐蝕較為明顯:由于火管表面處于潮濕狀態(tài),而供氧又很充分,會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,腐蝕形式主要以點(diǎn)蝕為主。
3)殼體內(nèi)外壁腐蝕。由于罐體保溫層破損,防腐層脫落,在吸附作用、毛細(xì)管作用或化學(xué)凝聚作用下,在罐體外壁形成薄水膜層,水膜層中溶有一定的酸、堿或鹽類物質(zhì),形成電解液,從而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。
4)接管及其根部腐蝕。主要是由于接管未焊滿,接管及其根部縫隙內(nèi)介質(zhì)呈滯留狀態(tài),在縫隙內(nèi)產(chǎn)生雜質(zhì)聚集,加速縫隙內(nèi)金屬的腐蝕。
根據(jù)加熱爐損壞情況,將爐內(nèi)原有煙火管全部或部分更換,完成后對(duì)破壞的防腐保溫層進(jìn)行修復(fù),改造后能滿足生產(chǎn)要求。但隨著鋼材價(jià)格費(fèi)用的上漲,更換加熱爐煙火管費(fèi)用很高,更換1臺(tái)加熱爐煙火管需要40萬元左右。
自2009年以來,大慶油田采油八廠陸續(xù)在加熱爐爐管上安裝高溫監(jiān)測(cè)裝置。裝置監(jiān)測(cè)點(diǎn)為6個(gè),安裝在距耐火磚約300 mm 爐管管壁上,當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí),超溫報(bào)警裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)設(shè)有超溫自動(dòng)降負(fù)荷控制系統(tǒng),當(dāng)爐管壁超溫時(shí),通過調(diào)節(jié)閥自動(dòng)降負(fù)荷,保證爐管安全運(yùn)行。通過分析各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化趨勢(shì),即可判斷出加熱爐內(nèi)是否結(jié)垢、結(jié)淤以及加熱爐是否可以安全運(yùn)行,進(jìn)而采取相應(yīng)的預(yù)防措施。
加熱爐在日常管理中應(yīng)避免操作不當(dāng)。如果加熱爐在啟停爐、升溫、降溫和運(yùn)行中的調(diào)整不符合操作規(guī)程,將會(huì)對(duì)加熱爐造成傷害。對(duì)長期停運(yùn)的加熱爐烘爐時(shí)間短(小于48 h),快速升溫,在停爐時(shí)若不緩慢降溫,會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,容易誘發(fā)火管變形。開展了降溫集輸工作,停運(yùn)空運(yùn)集油環(huán),季節(jié)性停運(yùn)加熱爐;降低加熱爐摻水溫度和摻水量,降低加熱爐運(yùn)行負(fù)荷,減少加熱爐煙火管燒損概率。
為了進(jìn)一步減少火管燒壞燒損現(xiàn)象,提高加熱效率,應(yīng)用了加熱爐涂膜技術(shù),在加熱爐、鍋爐火管內(nèi)壁涂刷紅外線新型節(jié)能涂料。油田節(jié)能中心對(duì)10臺(tái)加熱爐涂膜前后爐效進(jìn)行了測(cè)試,加熱爐涂刷節(jié)能涂料后,排煙溫度平均降低13 ℃,熱效率平均提高5.05%,節(jié)氣率平均9.27%,節(jié)能效果顯著。
新型燃燒器可以實(shí)現(xiàn)高低溫報(bào)警、泄漏報(bào)警、故障報(bào)警、熄火報(bào)警等功能,防止加熱爐高溫、超負(fù)荷運(yùn)行。新型燃燒器均可將煙氣的過??諝庀禂?shù)維持在1.05~1.15 范圍,保證燃料和空氣充分混合燃燒,減少熱損失,降低排煙溫度,提高熱效率。
針對(duì)加熱爐煙囪、煙箱及腐蝕老化嚴(yán)重,無法安全平穩(wěn)運(yùn)行的設(shè)備設(shè)施主要采取更新及局部維修措施。對(duì)煙囪內(nèi)外壁、煙箱內(nèi)外壁、改造時(shí)破壞的封頭外壁及附件進(jìn)行噴砂除銹與防腐,對(duì)改造時(shí)破壞的封頭等處進(jìn)行保溫,防止低溫腐蝕。對(duì)腐蝕煙囪及設(shè)備進(jìn)行更換,無法從根本上解決加熱爐腐蝕問題,更換后3~5年煙囪及設(shè)備又會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,投資成本巨大。
常規(guī)防腐措施包括:
1)襯里防護(hù)。針對(duì)煙囪的低溫腐蝕,在煙囪內(nèi)壁涂抹一層水泥可起到防止低溫腐蝕的作用。
2)低氧燃燒。試驗(yàn)表明,只要使過量空氣系數(shù)降到1.1 以下,露點(diǎn)就會(huì)急劇下降。目前八廠應(yīng)用的新型燃燒器均可將煙氣的過??諝庀禂?shù)維持在1.05~1.15 范圍。
3)提高受熱面壁溫。冬季適當(dāng)采取提高摻水溫度、降低摻水量的方式進(jìn)行生產(chǎn),使加熱爐煙囪及煙箱金屬壁溫升高,排煙溫度大于露點(diǎn)溫度20 ℃以上,減少低溫腐蝕的發(fā)生。
4)排出冷凝液。設(shè)計(jì)能夠排出煙箱冷凝液體的結(jié)構(gòu),減少煙箱內(nèi)部的腐蝕。
將負(fù)壓加熱爐的煙囪從22 m削減到8 m,解決冷凝水回流腐蝕煙囪的問題。同時(shí)為了匹配更改后的加熱爐工況,提出了加熱爐燃燒器改造更新方案。將原有自然通風(fēng)式的燃燒器更新為新型自然通風(fēng)燃燒器,同時(shí)在煙囪1~3 m 高的部位安裝一套以引風(fēng)機(jī)為主體的抽吸聯(lián)動(dòng)設(shè)備,自控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)燃燒器與煙囪抽吸聯(lián)動(dòng)設(shè)備的集成串級(jí)聯(lián)動(dòng)控制。
[1]劉效東.加熱爐裝置腐蝕防治對(duì)策[J].油氣田地面工程,2006(9):46.