熱介質(zhì)鍋爐熱效率低故障分析處置研究

于浩

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

熱介質(zhì)鍋爐為海上油田的原油處理及儲存、輔助設(shè)備運(yùn)行、空間加熱等提供熱源，促進(jìn)原油中的油、氣、水三相分離，維持輔助設(shè)備正常運(yùn)行的介質(zhì)溫度，確?？臻g始終維持在設(shè)定溫度，在油田的開采運(yùn)營階段起到了重要作用。渤海油田某平臺3臺熱介質(zhì)鍋爐投入運(yùn)行至今已達(dá)152000h，熱負(fù)荷僅能達(dá)到額定負(fù)荷的60%，對油田的正常運(yùn)營產(chǎn)生了較大影響。綜合分析問題的原因并采取措施提高鍋爐的熱效率是確保油田正常生產(chǎn)的重要舉措。

1 熱介質(zhì)鍋爐熱負(fù)荷低故障分析

本平臺有3臺德國AURA公司生產(chǎn)的額定負(fù)荷為10MW的直燃式熱介質(zhì)鍋爐，運(yùn)行過程中實(shí)際最大負(fù)荷僅能達(dá)到6.1MW，此時熱介質(zhì)油出口溫度為210℃，排煙溫度為235℃，熱介質(zhì)油的進(jìn)出口溫差為37℃，煙氣含氧量為7.70%。根據(jù)此鍋爐的原始計算書，分析認(rèn)為該鍋爐沒有達(dá)到最佳運(yùn)行效率，有40%左右的負(fù)荷提升空間。

結(jié)合熱介質(zhì)鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行原理，分析原因如下：(1)熱介質(zhì)油變質(zhì)后粘度增大，使殘?zhí)己可?，?dǎo)致傳熱效率下降；(2）熱介質(zhì)油使用時間超過15年，受熱分解、碳聚合形成盤管結(jié)焦，影響換熱；(3）鍋爐長時間使用，盤管表面積灰較厚，影響換熱；(4）燃燒器風(fēng)氣配比不當(dāng)，燃燒不充分；(5）爐體密封不嚴(yán)，熱量散失。為了徹底解決該問題，對以上5方面進(jìn)行詳細(xì)排查及處理。

2 故障診斷及排除

2.1 熱介質(zhì)油化驗(yàn)及凈化

2.1.1 熱介質(zhì)油化驗(yàn)

化驗(yàn)結(jié)果顯示，其丙酮不溶物的含量達(dá)到3742mg/100ml（遠(yuǎn)超首諾導(dǎo)熱油有限公司的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值：125mg/100ml和GB24747—2009有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件——?dú)執(zhí)亢啃∮?%），反映出熱介質(zhì)油變質(zhì)嚴(yán)重，影響換熱。

2.1.2 熱介質(zhì)油在線凈化

熱介質(zhì)油整體更換以及在線凈化是應(yīng)對熱介質(zhì)油變質(zhì)的主要方法。本平臺熱介質(zhì)系統(tǒng)總量約400m3，整體更換熱介質(zhì)油存在如下問題：(1）費(fèi)用高；(2）需要系統(tǒng)停止運(yùn)行，整體泄放、補(bǔ)充?？紤]到降低操作成本、油田在生產(chǎn)不允許停止熱介質(zhì)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，平臺采用熱介質(zhì)油在線凈化技術(shù)完成整體凈化工作。

在線凈化系統(tǒng)由冷卻降溫模塊、循環(huán)處理模塊、高頻振動膜模塊3大模塊組成。冷卻降溫模塊負(fù)責(zé)將系統(tǒng)內(nèi)180℃的熱介質(zhì)油降至85℃達(dá)到凈化設(shè)備的操作溫度，循環(huán)處理模塊負(fù)責(zé)熱介質(zhì)油的初級過濾，高頻振動膜模塊負(fù)責(zé)熱介質(zhì)油的二級精細(xì)過濾。凈化步驟如下：（1）向冷卻模塊冷卻水槽內(nèi)添加約200L淡水、打開熱介質(zhì)油進(jìn)口閥門，待冷卻模塊熱介質(zhì)罐液位達(dá)到200L左右關(guān)閉閥門停止進(jìn)液，打開冷卻循壞泵及冷卻風(fēng)扇，對熱介質(zhì)進(jìn)行降溫，待溫度降低到85℃左右關(guān)閉冷卻風(fēng)扇；（2）開啟粗濾增壓泵，使熱介質(zhì)通過循環(huán)處理模塊的袋式過濾器過濾后進(jìn)入熱介質(zhì)中間儲罐、待熱介質(zhì)全部進(jìn)入中間儲罐后關(guān)閉粗濾增壓泵；（3）打開振動膜處理主機(jī)和細(xì)濾增壓泵對熱介質(zhì)進(jìn)行細(xì)濾，觀察清液罐液位，當(dāng)清液罐液位上升非常緩慢時關(guān)閉振動膜主機(jī)及細(xì)濾增壓泵、開啟熱介質(zhì)油進(jìn)油循環(huán)泵，將清液罐內(nèi)的熱介質(zhì)排入原熱介質(zhì)系統(tǒng)；（4）開啟循環(huán)處理模塊的中間罐底部閥門，將罐內(nèi)雜質(zhì)排出至廢液桶內(nèi)。不斷重復(fù)以上操作對熱介質(zhì)進(jìn)行在線凈化。

該套凈化設(shè)備每天的處理量大約為15m3左右（因雜質(zhì)含量較高，前期處理量只能達(dá)到每天7～8m3，后期處理速度會越來越快），熱介質(zhì)油凈化共耗時78天，循環(huán)凈化熱介質(zhì)油1047.98m3，濾除廢油54.96m3。最終使熱介質(zhì)油達(dá)到首諾公司標(biāo)準(zhǔn)（丙酮不溶物含量小于125mg/100ml；水分含量小于360ppm）和GB24747—2009有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件（殘?zhí)亢∮?%；水分含量小于500mg/kg）。

2.2 盤管竄洗

考慮到平臺3臺熱介質(zhì)鍋爐投入運(yùn)行已達(dá)152000h，而且熱介質(zhì)油沒有整體更換過，受熱分解、碳聚合等因素影響，熱介質(zhì)在盤管內(nèi)壁必定存在不同程度的結(jié)焦物影響換熱。為此使用藥劑溶解循環(huán)凈化設(shè)備來達(dá)到去除結(jié)焦物的目的。該類型藥劑將鍋爐盤管內(nèi)壁覆蓋的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、碳化質(zhì)等結(jié)焦物溶入清洗液中，然后通過濾網(wǎng)去除，以達(dá)到清洗效果,提高傳熱效率，延長鍋爐盤管的使用壽命。

建立清洗循環(huán)流程：清洗循環(huán)過濾流程建立前，熱介質(zhì)系統(tǒng)降溫，停車，拆除熱介質(zhì)盤管進(jìn)出口的閥門，隔離加裝盲板，將鍋爐盤管內(nèi)的熱介質(zhì)油吹掃到熱介質(zhì)泄放艙；連接臨時閥門、管線、過濾系統(tǒng)，建立清洗循環(huán)回路；在過濾器內(nèi)安裝150～250目的濾網(wǎng)；拆卸盤管進(jìn)出口閥門前，提前做好防污染措施。

熱介質(zhì)鍋爐藥劑量的加入為盤管熱介質(zhì)循環(huán)量的10～15%，循環(huán)清洗前期添加10%的藥劑，循環(huán)清洗10h左右，觀察濾網(wǎng)出來的垢樣情況，判斷是否繼續(xù)添加藥劑原液。

清洗步驟：在清洗槽內(nèi)加入清水，打開相關(guān)臨時閥門，啟動循環(huán)泵向鍋爐盤管內(nèi)注水，注水前期將置換出來的熱介質(zhì)油單獨(dú)存放在潔凈的污油罐內(nèi)，置換出來的熱介質(zhì)以備沉降分離后再使用，水置換過程中觀察所有連接是否滲漏，及時緊固；置換作業(yè)結(jié)束后一切正常，按10%的比例在泵站的藥劑槽內(nèi)加入清洗藥劑，啟泵將藥劑注入到循環(huán)流程中開始循環(huán)清洗；清洗過程中需要給鍋爐盤管加熱升溫（90±5℃），中溫清洗24～36h，清洗過程中打開過濾器旁路閥(過濾器副線全開)，每2h清理過濾網(wǎng)一次，直至沒有明顯積碳和結(jié)焦物出現(xiàn)；藥劑清洗結(jié)束后，在清洗槽內(nèi)加清水將清洗液置換到污油艙。

吹掃鍋爐盤管殘留的清水：將大型空壓機(jī)與鍋爐盤管一端法蘭對接，另一端法蘭用軟管接到清洗槽內(nèi)；使用隔膜泵將清洗槽內(nèi)吹掃出來的水抽排到污油艙內(nèi)；啟動空壓機(jī)吹掃鍋爐盤管內(nèi)的水，排水口無明顯出水后，用干凈的棉布放在排水口處，5min后棉布沒有明顯水漬，說明吹掃完畢，停止空壓機(jī)。

2.3 吹灰

爐內(nèi)清灰的主要目的是保持熱介質(zhì)盤管表面的清潔，提高熱介質(zhì)換熱率，本次爐內(nèi)清灰作業(yè)除進(jìn)行鍋爐年檢期間要開展的第一層盤管表面清灰作業(yè)外，重點(diǎn)針對以往未曾涉及到的第一層盤管和第二層盤管之間灰塵和第二層盤管與爐膛內(nèi)壁之間灰塵進(jìn)行徹底清掃。

2.4 風(fēng)氣配比調(diào)節(jié)

在調(diào)節(jié)前，對鍋爐參數(shù)進(jìn)行了檢查和記錄，鍋爐燃燒不好，尾氣含氧量太高。在燃燒器各個負(fù)荷點(diǎn)對風(fēng)氣配比曲線帶進(jìn)行了調(diào)節(jié)，達(dá)到了最佳的燃燒尾氣，在最小負(fù)荷氧含量是7.6%，中間負(fù)荷氧含量是4.0%，最大負(fù)荷氧含量控制在2.4%。在調(diào)節(jié)之前，鍋爐發(fā)出最大6100kW熱量(熱介質(zhì)進(jìn)出口溫差37℃)，調(diào)節(jié)后鍋爐發(fā)出最大7500kW熱量(熱介質(zhì)進(jìn)出口溫差45℃)，負(fù)荷提升14%。關(guān)于鍋爐發(fā)熱功率計算反平衡公式：鍋爐實(shí)際發(fā)熱功率(kW)=（熱介質(zhì)出口溫度-熱介質(zhì)回油溫度)/60×10000kW

2.5 爐體密封不嚴(yán)，熱量散失

在對鍋爐完成以上4項(xiàng)工作后，鍋爐發(fā)出最大負(fù)荷7500kW熱量(熱介質(zhì)進(jìn)出口溫差45℃)，此時在熱介質(zhì)出口溫度210℃時，排煙溫度235℃，根據(jù)此鍋爐的原始計算書，在最佳效率時，排煙溫度和熱介質(zhì)出口溫度應(yīng)該相同，甚至排煙溫度會低于熱介質(zhì)出口溫度，根據(jù)目前的工況，溫差25℃的煙氣熱量被損失。

對爐前端蓋使用點(diǎn)溫槍進(jìn)行外邊緣溫度檢測，檢測的溫度大約都在70～80℃，證明爐前端蓋沒有漏煙。對燃燒器的燃燒頭出氣口進(jìn)行了吹掃和檢查，一切正常。使用塞尺對內(nèi)部盤管的間隙進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)管間有縫隙。發(fā)現(xiàn)底部加熱區(qū)的密封繩4個點(diǎn)從內(nèi)部的卡槽中脫離。

據(jù)此分析認(rèn)為爐體內(nèi)底部加熱區(qū)密封繩漏煙是造成煙氣短路的主要原因。密封繩的更換工作，日后擇機(jī)開展。

3 結(jié)語

影響鍋爐熱效率的因素很多，在日常運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)該采用RCA（根本原因分析法）逐項(xiàng)列出影響因素，逐項(xiàng)印證排除，最終找到主要原因。另外.在日常運(yùn)行中應(yīng)該注重如下工作：①避免鍋爐超溫、熱介質(zhì)低流量、火焰偏火運(yùn)行，以防止熱介質(zhì)油熱劣化，盤管內(nèi)壁結(jié)焦；②始終保持熱介質(zhì)油在密閉空間運(yùn)行，做好熱介質(zhì)油膨脹罐的氮?dú)馓畛浞雷o(hù)工作，防止熱介質(zhì)油的氧化劣化；③定期對熱介質(zhì)油取樣化驗(yàn)，做好熱介質(zhì)油的在線凈化工作，防止熱介質(zhì)油品質(zhì)的進(jìn)一步惡化；④做好熱介質(zhì)油的在線過濾工作，及時有效清除系統(tǒng)中的異物，防止異物劣化；⑤在鍋爐年檢期間做好爐內(nèi)的清灰作業(yè)，管壁壁厚的測量，尾端密封條的檢查，爐膛耐火磚、燃燒器以及可能影響到爐膛密封的裝置等的檢查工作；⑥時刻關(guān)注火焰的狀態(tài)，及時調(diào)整風(fēng)氣配比，始終保持燃燒器運(yùn)行在最佳狀態(tài)。