相變加熱爐在礦場油氣集輸系統(tǒng)的低碳化應用

王東（遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部）

相變加熱爐在礦場油氣集輸系統(tǒng)的低碳化應用

王東（遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部）

在礦場油氣集輸領(lǐng)域，對凈化原油、含水原油、摻輸、含油污水及采暖清水等介質(zhì)均需進行加熱，每個站都需要有一定數(shù)量的加熱爐。一般的油氣接轉(zhuǎn)站三種介質(zhì)須同時加熱，聯(lián)合站四種介質(zhì)須同時加熱；需要加熱的介質(zhì)多，且加熱爐功率都較小，能耗和污染物排放量較高。通過在礦場油氣集輸系統(tǒng)應用相變加熱爐，加熱爐的工況可根據(jù)加熱介質(zhì)流量的大小自動進行溫度調(diào)節(jié)，在節(jié)約能耗、減少污染物排放量的同時，減輕了勞動強度，爐效可達到 90%以上。

油氣集輸 相變加熱爐 工藝技術(shù) 爐效 低碳減排

油田用加熱爐是礦場油氣集輸中的重要設(shè)備之一，尤其是在油田進入高含水期的稠油開發(fā)和天然氣開發(fā)中，加熱爐顯得更為重要。加熱爐是礦場油氣集輸中主要的能耗設(shè)備之一，一般單臺 1750kW的加熱爐年耗氣量為 55×104m3，普通聯(lián)合站配備的加熱爐數(shù)量為 10臺左右，每年總耗天然氣量為438× 104m3， 廢 氣 排 放 量 5711.5× 104m3（標）， 耗能和廢氣排放量十分驚人。

1 老式加熱爐存在的問題

目前，老油田使用的老式水套式加熱爐和绹纖氈加熱爐由于使用年限長，加熱爐主要存在設(shè)備老化 （平均 新 度 系 數(shù) 0.41）、 腐 蝕嚴重， 能 耗 高、效率偏低、燃燒不充分、爐內(nèi)腐蝕結(jié)垢等問題。老式水套爐基本沒有自動調(diào)節(jié)功能，不能隨著加熱介質(zhì)流量的大小進行溫度調(diào)節(jié)，很容易出現(xiàn)燒高溫或加熱不足的問題。因此，關(guān)注油田用加熱爐技術(shù)和發(fā)展對安全生產(chǎn)、節(jié)能和提高生產(chǎn)效率有著非常重要的 意義[1]。

2 相變加熱爐的技術(shù)特點

2.1相變傳熱技術(shù)

利用水的相變傳熱技術(shù)，中間傳熱介質(zhì)水在封閉狀態(tài)下運行極少損失，不需經(jīng)常添加；系統(tǒng)在無氧無垢狀態(tài)下運行（不在爐內(nèi)形成垢層、避免氧腐蝕）， 可 提高加熱 爐 的 使 用 壽命[2]。

2.2蒸汽發(fā)生器

蒸汽發(fā)生器采用新型火管爐體結(jié)構(gòu)，應用高效傳熱元件——螺紋煙管，配以合理的煙氣流速，受熱面不會在運行中發(fā)生積灰，因此可保證加熱爐熱效率不會因運行時間延長而降低。拱形管板、螺紋煙管使鍋殼由準剛性體變?yōu)闇蕪椥泽w，配合翼形煙道，完全避免了傳統(tǒng)煙火管鍋爐高溫管板開裂的弊病[3]（圖1）。

圖1 相變加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

2.3蒸汽換熱

采用蒸汽換熱，溫度范圍為 100～170 ℃，增加汽化潛熱的能量傳遞，可以有效提高換熱能力。蒸汽發(fā)生器與管殼式換熱器上下安裝，依靠重力作用實現(xiàn)水的蒸發(fā)、冷凝、回落、再蒸發(fā)的自然對流 ， 無 需 外界動力 ， 運 行 成 本很低[4]。

2.4控制系統(tǒng)

采用一體化結(jié)構(gòu)配置及自動化技術(shù)控制與監(jiān)測技術(shù)的應用方式，有效改善了加熱爐的運行控制。

2.5模塊化結(jié)構(gòu)

采用分體式結(jié)構(gòu)，包括加熱器（產(chǎn)生蒸汽）和換熱器兩個系列的模塊組，在一定條件下，一個加熱 模塊可以 帶 多 只 換 熱器，完 成 多 種 介 質(zhì)的加熱[5]。

3 現(xiàn)場使用情況及效果

遼河油田金馬油田開發(fā)公司針對外輸加熱爐自動調(diào)節(jié)差、能耗高、熱效率低的現(xiàn)狀，在遼河油田公司首次引進并規(guī)模應用自控相變加熱爐，該加熱爐采用目前油氣集輸領(lǐng)域最為高效的水蒸汽相變間接加熱技術(shù)，可根據(jù)不同的加熱需求使用不同溫度的飽和水蒸氣 （溫度范圍一般為 100～170 ℃），并實現(xiàn)遠程監(jiān)控。加熱爐采用成本低廉的水作中間傳熱介質(zhì)，在封閉狀態(tài)完成受熱蒸發(fā)和換熱冷凝；加熱爐運行中極少補水，因此爐體受熱面不會結(jié)垢，由此使加熱爐受熱面始終保持很高的傳熱系數(shù)，加熱爐熱效率達 88%～95%。

在金馬油田礦場油氣集輸系統(tǒng)的采油站和聯(lián)合站共安裝相變加熱爐 67臺，從運行情況看 （表1），基本達到了該爐改造的預期目標，加熱爐熱效率 由 原 來 的 77.6% 提 高 到 目 前 的 90.3% ， 提 高 12.7個百分點，平均每個月節(jié)氣 30.9694×104m3，減少廢 氣 排 放 403.8× 104m3（標）， 累 計 節(jié) 約 天 然 氣1114.9× 104m3， 累 計 減 少 廢 氣排 放 1211.4× 104m3（標）。

表1 加熱爐改造前后參數(shù)對比

相變加熱爐熱效率平均值高 （90%以上），且排煙溫度、空氣過量系數(shù)等指標達標，充分顯示出加熱爐高效、低碳、節(jié)能和環(huán)保的特點。

根據(jù)計量，使用 67臺相變加熱爐年可節(jié)氣371.6328×104m3，減少廢氣排放量 4846.1×104m3（標）。 按 現(xiàn) 行 的天然氣價格 0.68 元/m3計算，年可增效252.7萬元。

4 結(jié)論

遼河油田金馬油田開發(fā)公司礦場油氣集輸系統(tǒng)加熱爐的低碳化改造——采用相變加熱式水蒸氣導熱技術(shù)是成功的，從加熱爐目前的運行狀況看，達到了設(shè)計中要求的各項指標，節(jié)約天然氣量達20%。

1）每臺加熱爐可設(shè)置三種盤管，為三種不同的介質(zhì)進行加熱，減少了加熱爐的數(shù)量，減少了占地面積。

2）真空加熱爐通過沸騰蒸發(fā)水蒸氣的攜帶作用，排除系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣體；鍋殼內(nèi)的水在封閉狀態(tài)下運行損失極少，不需經(jīng)常添加，即使采用普通的井水也不會結(jié)垢；由于系統(tǒng)處于無氧狀態(tài)下運行，無氧化腐蝕，壽命長。

3）真空加熱爐采用相變換熱，利用水蒸氣的潛熱，可獲得較高的傳熱效率。

4）相變加熱爐的使用有效地減少了燃料的使用量，減少了廢氣排放，實現(xiàn)了低碳減排的目標。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2013.010.010

王東，工程師，1989年畢業(yè)于西北大學 （熱能工程專業(yè)），2005年畢業(yè)于中國石油大學（計算機科學專業(yè)），從事節(jié)能監(jiān)測 與 研 究 工作 ， E-mail： starmq@163.com， 地 址： 遼 寧 省 盤錦 市 興隆臺區(qū)遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部節(jié)能監(jiān)測中心，124010。實踐證明，自動化控制實現(xiàn)了自動吹掃、供空氣、自動點火、燃燒、自動停機和啟動，減輕了工人勞動強度，提高了設(shè)備的安全性。自動控制運行參數(shù)，可使燃料利用率達到 99.5%以上，加熱爐效率達 88%～95%，方便操作，具有遠程控制功能；控制系統(tǒng)設(shè)置在專用的板房內(nèi)，生產(chǎn)介質(zhì)溫度可精確控制。應用監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了熄火保護、低水位保護、超溫超壓保護等，保證了設(shè)備安全運行。

2013-02-14）