加熱爐應(yīng)用超聲波除垢防垢技術(shù)效果分析

王亞鵬（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

大慶油田采油七廠目前建有各類燃?xì)饧訜嵫b置148臺(tái)，其中加熱爐133臺(tái)、鍋爐15臺(tái)。加熱爐主要存在以下問題：運(yùn)行一段時(shí)間后，火筒外壁結(jié)垢，影響加熱爐火筒的傳熱效果，降低加熱爐的整體效率，而且在火筒結(jié)垢嚴(yán)重的地方，熱量不容易散發(fā)出去，嚴(yán)重時(shí)造成加熱爐的鼓包、開裂等事故，增加了安全隱患。2012年在TN2轉(zhuǎn)油站應(yīng)用了超聲波除垢防垢技術(shù)，該技術(shù)能夠阻止加熱爐流體中的溶鹽沉積產(chǎn)生管垢，同時(shí)還能夠使已生成的管垢逐漸溶解，實(shí)現(xiàn)清除已有水垢的目的，提高了加熱爐的整體效率，降低加熱爐在運(yùn)行過程中存在的安全隱患，起到了除垢、防垢、高效換熱、環(huán)保節(jié)能的作用。

1 除垢防垢原理及應(yīng)用

1.1 原理

1）除垢機(jī)理：超聲波的聲波作用于液體中時(shí)，液體內(nèi)形成許多微小的氣泡，形成“空化效應(yīng)”，氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，影響碳化沉積物內(nèi)部之間的牢固性，破壞了碳化沉積物和金屬之間的關(guān)系，因此，產(chǎn)生許多小裂紋。當(dāng)裂紋逐漸增多后，水垢便形成砂礫狀顆粒，一部分從管壁表面脫落。水在毛細(xì)的作用下通過細(xì)小裂縫滲入到受熱表面，那里有水被蒸發(fā)，從而帶動(dòng)碳化沉積物的膨脹和成片地脫落，將垢清除徹底[1]。

2）防垢機(jī)理：超聲波在液體介質(zhì)中通過“空化效應(yīng)”，將水分子分裂，增加水的溶解能力，使其溶垢能力相對(duì)提高，具有“活化”效應(yīng)。超聲波的輻射把液體拉裂而形成無數(shù)極微小的局部空穴和氣泡，在這些氣泡的周圍，形成許多的結(jié)晶中心，在水中開始形成硬鹽，形成細(xì)小的沙狀物，即產(chǎn)生超生凝聚現(xiàn)象，有很強(qiáng)的爭(zhēng)奪水中離子的能力。受熱表面上的振動(dòng)使金屬與水之間產(chǎn)生高速微流和空化效應(yīng)，破壞垢類生成和在管壁沉積的條件，阻礙了這些沙狀物在管壁上的沉淀。水中尚未結(jié)晶的鹽以及結(jié)晶后難溶解的鹽形成懸浮的狀態(tài)，隨介質(zhì)流走或通過排污排除[2]。

1.2 應(yīng)用情況

1）在第二采油廠應(yīng)用效果情況（見表1）。2008年在大慶油田第二采油廠Q轉(zhuǎn)油站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。Q轉(zhuǎn)油站加熱裝置由于水質(zhì)結(jié)垢嚴(yán)重，摻水、熱洗提溫速度較慢，每年該站平均進(jìn)行加熱盤管清垢3～4次，嚴(yán)重影響該站的安全生產(chǎn)，同時(shí)由于爐體高溫運(yùn)行，也造成自耗氣居高不下。盡管采取一些物理防垢措施，但不能有效抑制結(jié)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)造成的影響。2008年5月，在該站2#、3#、4#摻水、熱洗爐進(jìn)出口管線上分別采用超聲波除垢、防垢技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 Q轉(zhuǎn)油站應(yīng)用超聲波除防垢裝置效果對(duì)比

2008年12月，Q轉(zhuǎn)油站1#熱洗爐仍能夠保持較好的熱洗溫度以及爐膛壓力，但加熱效率較投運(yùn)初期小幅度降低。

2）應(yīng)用效果情況。2012年在采油七廠開展了超聲波除垢防垢技術(shù)試驗(yàn)。2012年10月8日在TN2站的5臺(tái)加熱爐（1#二合一、2#二合一、3#二合一、1#外輸爐、2#外輸爐）上應(yīng)用該技術(shù)。于2012年10月9日完成該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試推廣工作，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試合格，運(yùn)行正常。

對(duì)比安裝前后10 d TN2站耗氣情況，安裝前10天2#站耗氣4815m3，安裝后10天2#站耗氣4094 m3，節(jié)氣率14.9%，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，除垢效果良好，節(jié)氣對(duì)比安裝前提高了2%以上，節(jié)氣效果明顯。節(jié)氣數(shù)據(jù)見表2。

表2 TN2站應(yīng)用超聲波除垢防垢技術(shù)效果對(duì)比

2 不同除垢方法的對(duì)比分析

目前，在用的加熱爐除垢、防垢技術(shù)主要有物理震蕩和化學(xué)清洗兩種技術(shù)措施，針對(duì)不同技術(shù)應(yīng)用后的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表3、圖1、圖2。

從表2可以看出，超聲波除垢、防垢技術(shù)針對(duì)加熱爐節(jié)能降耗，在降低運(yùn)行及維護(hù)的費(fèi)用、經(jīng)濟(jì)效益方面成效顯著。

以TN2站安裝的5臺(tái)超聲波除垢防垢裝置為例，效益分析：

1）投入：80.829 4萬元。

2）產(chǎn)出：按照TN2站2010年總耗氣量為210×103m3計(jì)算。

表3 不同除垢方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

年節(jié)氣=210×103m3×14.9%=31.29×103m3；

經(jīng)濟(jì)效益=31.29×103m3×1.61元/m3=50.37萬元；

投資回收期=80.8294/50.37=1.6年。

該技術(shù)滿足生產(chǎn)需要，技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，運(yùn)行費(fèi)用低，除防垢效果好，可提高加熱爐熱效率，解決了能源問題。同時(shí)延長(zhǎng)加熱爐的使用壽命，保證了加熱爐的正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

從Q轉(zhuǎn)油站以及TN2轉(zhuǎn)油站防垢設(shè)備應(yīng)用效果看，超聲波除垢防垢在加熱爐上應(yīng)用效果明顯，該技術(shù)能夠大大抑制水垢的生成，雖然仍有一定的結(jié)垢現(xiàn)象，但與超聲波安裝前相比，已基本實(shí)現(xiàn)了較好的區(qū)域性防垢的目的。

[1]周愛東,楊紅曉,張志炳.超聲波在防除結(jié)垢中的應(yīng)用[J].應(yīng)用化工,2005,34(11):659-661.

[2]余蘭蘭,高英杰,余宏偉,等.超聲波防垢措施及效果分析[J].油氣田地面工程,2009,28(10):16-17.