油田注汽鍋爐系統(tǒng)節(jié)能降耗改造前景分析

劉波（遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司）

熱力采油技術(shù)是將飽和濕蒸汽注入稠油油層以降低其黏度，從而依靠機(jī)械舉升方式將稠油輸送至地面的一種開采方法，主要分為蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)動(dòng)兩種方式，其核心設(shè)備為注汽鍋爐?，F(xiàn)階段油田注汽鍋爐主要以原油或天然氣為燃料，屬油田勘探開發(fā)中高耗能高成本的生產(chǎn)設(shè)備之一。以遼河油田為例，大多數(shù)的注汽鍋爐使用壽命已超過(guò)10年，甚至部分已經(jīng)超過(guò)20年。操作控制系統(tǒng)的滯后和設(shè)備的老化導(dǎo)致注汽鍋爐無(wú)法達(dá)到出廠時(shí)設(shè)計(jì)熱效率的要求，所以，降低注汽鍋爐的燃料損耗，優(yōu)化注汽鍋爐燃料結(jié)構(gòu)，減少注汽成本在稠油熱采損耗總成本中的比重，是未來(lái)重質(zhì)油高效勘探開發(fā)的必然方向[1]。

1 注汽鍋爐燃料與熱損失分析

以原油為燃料時(shí)燃料損耗大，從稠油操作成本構(gòu)成分析，燃料費(fèi)約占30%～40%。燃油的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)致爐管特別是對(duì)流段積灰腐蝕嚴(yán)重，爐管積灰腐蝕主要有兩方面危害：首先，積灰嚴(yán)重阻礙煙氣沖刷翅片管，降低傳熱效果，制約注汽鍋爐本身的熱效率；其次，增加鍋爐的維護(hù)成本，需定期清灰吹灰和更換爐管，否則注汽鍋爐運(yùn)行的安全性和熱效率都無(wú)法保障[2]。

以天然氣為燃料時(shí)，額定蒸發(fā)量為23t/h的燃?xì)庀牧考s為1200m3/h，現(xiàn)階段天然氣價(jià)格持續(xù)上漲，且天然氣供給城市民用的比重持續(xù)走高，為響應(yīng)國(guó)家政策并保持城市清潔能源的使用，工業(yè)天然氣消耗也受到一定制約。

注汽鍋爐的熱損失主要包括排煙熱損失、機(jī)械不完全燃燒損失、化學(xué)不完全燃燒損失和鍋爐向外環(huán)境散熱損失，其熱損失占鍋爐總損失的80%。注汽鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度燃?xì)鈺r(shí)不高于180℃，燃油時(shí)不高于240℃。在現(xiàn)階段的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鍋爐的排煙溫度無(wú)法達(dá)到這個(gè)要求，導(dǎo)致排煙熱損失超出設(shè)計(jì)要求，更多的燃料發(fā)熱量排放到大氣中，造成能源的浪費(fèi)和大氣的污染[3]。

2 改造方案研究和分析

針對(duì)注汽鍋爐系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中高能耗的現(xiàn)狀，綜合研究稠油熱采注汽系統(tǒng)所遭遇的瓶頸，并結(jié)合對(duì)鍋爐流程燃料結(jié)構(gòu)進(jìn)行挖潛增效分析，總結(jié)出注汽鍋爐節(jié)能降耗的方法，即：利用熱管技術(shù)將鍋爐尾氣余熱回收利用；優(yōu)化注汽鍋爐燃料結(jié)構(gòu)；利用新工藝清除積灰積垢。

2.1 利用熱管技術(shù)回收煙氣余熱加熱鍋爐給水

燃油時(shí)注汽鍋爐平均排煙溫度能達(dá)到280～320℃，燃?xì)鈺r(shí)平均排煙溫度約為200～240℃。注汽鍋爐煙氣余熱在原理上可以用余熱伴熱燃料油，助燃空氣和給水。燃油工藝流程中油側(cè)換熱系數(shù)較低且流動(dòng)性差，對(duì)伴熱介質(zhì)的溫度和品質(zhì)要求較高，燃油流程架高至對(duì)流段高度對(duì)供油泵和管線的要求都很高，易造成油壓不足和油路凝堵的現(xiàn)象；用煙氣余熱伴熱助燃空氣在原理上可以提高送風(fēng)的熱焓值，有助于提高爐膛溫度和促進(jìn)燃料充分燃燒，但注汽鍋爐要求瓦口溫度不能過(guò)高，以免過(guò)熱損壞瓦口附近的儀表設(shè)備、線路和鼓風(fēng)膠囊[4]。

經(jīng)過(guò)綜合分析，用回收熱管煙氣余熱伴熱鍋爐給水是最優(yōu)選擇。煙氣余熱預(yù)熱給水方式工藝簡(jiǎn)單，投資少、見(jiàn)效快，對(duì)降低鍋爐排煙熱損失、提高熱效率有明顯作用。鍋爐給水加熱后溫度約為50～60℃，處于水腐蝕金屬最嚴(yán)重的溫度段，所以對(duì)于熱管材質(zhì)的篩選也尤為重要。另外，經(jīng)加熱后的給水不能超過(guò)柱塞泵允許的溫度上限，以免損壞泵配件，所以開發(fā)耐高溫的柱塞泵閥片、水封等配件也是非常必要的。

軟化水經(jīng)生水泵增壓后進(jìn)入熱管換熱器進(jìn)行換熱，之后輸送到柱塞泵，另設(shè)一旁通直接進(jìn)入柱塞泵，以便于通過(guò)調(diào)節(jié)受熱給水流量來(lái)控制柱塞泵前給水溫度，泵前設(shè)溫度表，便于監(jiān)測(cè)給水溫度，以免溫度過(guò)高損壞泵體配件。熱管換熱器中煙氣橫向沖刷給水管線，溫度降低。據(jù)分析，注汽鍋爐排煙溫度每降低20℃，熱效率提高1%，應(yīng)用此工藝流程進(jìn)行余熱回收可明顯降低排煙溫度，減少熱損失[5]。

2.2 優(yōu)化注汽鍋爐燃料結(jié)構(gòu)

注汽鍋爐運(yùn)行時(shí)消耗大量的原油或天然氣，最好的改變?nèi)剂细呦?、高成本的方法就是用水煤漿代替其他燃料。

用水煤漿作為注汽鍋爐燃料主要面臨以下技術(shù)問(wèn)題：

1）如何完成水煤漿的生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程。煤是一種價(jià)格較低廉且污染嚴(yán)重的燃料，將煤合理有效地清潔利用主要取決于設(shè)備工藝，所以應(yīng)在完善工藝流程的同時(shí)盡量降低設(shè)備改造成本。

2）如何完善點(diǎn)火和控制系統(tǒng)。燃燒水煤漿仍需保留引燃系統(tǒng)，通過(guò)燃料氣作為引燃水煤漿的火源，水煤漿較燃油不易點(diǎn)燃，需增大引燃?xì)鈮毫土髁縼?lái)完成點(diǎn)火過(guò)程；為保證水煤漿的燃燒達(dá)到最佳效果，須對(duì)爐膛壓力、煙氣含氧量和供漿系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)，與原鍋爐的控制系統(tǒng)保持一致，使鍋爐能夠在一個(gè)最佳的狀態(tài)下運(yùn)行[6]。

3）如何改良吹灰排灰系統(tǒng)。以水煤漿為燃料的積灰量較大，需采用有效、省時(shí)、成本低廉的除灰方式將灰渣排出，否則積灰過(guò)多會(huì)嚴(yán)重影響傳熱效果。

2.3 開發(fā)新工藝清除積灰積垢

注汽鍋爐爐管特別是對(duì)流段翅片管部分，管距較小，翅片管肋片間距較小，煙氣溫度恰好處在易結(jié)垢積灰的范圍，此處積灰最多最密實(shí)。對(duì)流段積灰不僅阻礙煙氣流通，而且影響工質(zhì)與煙氣的對(duì)流換熱，使煙氣溫度明顯升高。傳統(tǒng)除灰方式是通過(guò)一定壓力空氣或水來(lái)沖刷爐管表面，這樣只能清除表面酥松的積灰，無(wú)法清除累積已久的煙垢，所以必須探究有效的化學(xué)藥劑清洗沖刷翅片管，在不腐蝕爐管材質(zhì)的前提下將灰垢徹底清除[7-8]。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)燃油、煙垢做取樣分析。針對(duì)煙垢的組成和特點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)分析，確定除垢劑的化學(xué)性能與成分，從而研發(fā)有效的除垢試劑。研制除垢劑的關(guān)鍵是如何使附在受熱表面上的煙垢在它的作用下變得像積灰一樣松脆、易脫落。通過(guò)試驗(yàn)選出理想有效的化學(xué)藥劑，使其在一定溫度或其他條件作用下與煙垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后達(dá)到除垢、清垢、防垢的目的。

3 結(jié)論

1）利用熱管換熱器回收注汽鍋爐煙氣余熱并加熱泵前給水，可以降低排煙溫度，減少熱損失，是注汽鍋爐節(jié)能降耗的有效途徑。

2）利用價(jià)格低廉的能源和設(shè)備改造簡(jiǎn)捷的工藝應(yīng)用于注汽鍋爐，是能源形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻條件下的必然選擇。

3）開發(fā)新工藝，改變傳統(tǒng)除灰清灰方法，也是提高注汽鍋爐熱效率的有效方式。

[1]張奎,林森木,王樹靜.中國(guó)能源投資導(dǎo)覽[M].北京:中國(guó)言實(shí)出版社,2003：1-5.

[2]劉繼和,孫素鳳.注汽鍋爐[M].3版.北京：石油工業(yè)出版社,2007：6-10.

[3]欒海波,胡順銘.油田注汽鍋爐煙氣余熱利用與低碳減排[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2012,22(4)：4-5.

[4]任國(guó)利,范新霞,王思玉.熱管技術(shù)在油田注汽鍋爐上的研究與應(yīng)用[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2001,3(1)：8-10.

[5]馬強(qiáng).油田注汽鍋爐煙氣余熱利用與低碳減排[C].//低碳經(jīng)濟(jì)與石油石化未來(lái)論文集.沈陽(yáng):遼寧省石油石化學(xué)會(huì),2011:153-155.

[6]周建平.稠油熱采注汽鍋爐節(jié)能減排措施實(shí)踐[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2011,21(2)：22-25.

[7]方云.稠油熱采鍋爐節(jié)能降耗技術(shù)[J].油氣田地面工程,2008,27(3)：58-59.

[8]李鐵栓.注汽鍋爐的脈沖吹灰[J].油氣田地面工程,2011,30(6)：51-52.