稠油儲罐加熱器結(jié)構(gòu)選擇

摘要：本文分析了傳統(tǒng)稠油儲罐罐壁加熱盤管結(jié)構(gòu)形式的一些缺陷，介紹了一種新的加熱盤管結(jié)構(gòu)形式及其優(yōu)點，并應(yīng)用于具體工程設(shè)計中。

一、罐壁壁掛式加熱器介紹

儲罐是油田生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，在遼河油田分公司的油氣集輸工程項目中應(yīng)用廣泛，而且其中大多數(shù)都是稠油儲罐，由于遼河油田地處嚴(yán)寒地區(qū)，而且稠油粘度較大，因此罐壁加熱器應(yīng)用的非常普遍，傳統(tǒng)的罐壁加熱器采用壁掛式結(jié)構(gòu)，加熱介質(zhì)首先通過進(jìn)口流入分配總管，然后分別流入多組壁掛式加熱管組，再流入回流匯管并通過出口流出儲罐，多組壁掛式加熱管組并聯(lián)在分配總管和回流匯管之間，主要通過多組壁掛式加熱管組對稠油進(jìn)行加熱。

這種結(jié)構(gòu)有很多弊端，首先是存在加熱不均勻的問題，壁掛管組豎向排列，與罐內(nèi)介質(zhì)自然對流方向一致，由于稠油粘度較大，因此自然對流在水平方向的作用較弱，而相鄰兩組壁掛式加熱盤管組之間的距離一般都有3-5m左右，分配總管和回流總管之間的距離也有4-5m，所以存在一個加熱盲區(qū)，采用這種加熱結(jié)構(gòu)的儲罐，有時會發(fā)生取樣不暢的問題，經(jīng)開罐檢驗，這些取樣口的取樣部位正好位于加熱盲區(qū)內(nèi)，這也從生產(chǎn)實踐中證實了壁掛式加熱器確實存在加熱盲區(qū)。

其次是存在偏流的問題，由于多組壁掛式加熱管組呈并聯(lián)布置，分配總管入口到每個管組的距離不可能相等，同理回流匯管的出口到每個管組的距離也不可能相等，在介質(zhì)相同、罐壁摩阻、壓降相同的情況下，流動距離不同則流量必然不同，導(dǎo)致偏流。同時每個管組由多個支管并聯(lián)構(gòu)成，由于制造質(zhì)量等因素的影響，各個支管之間也會有偏流現(xiàn)象產(chǎn)生。偏流的存在，使得罐內(nèi)稠油的加熱變得不均衡，影響加熱效果。

此外加熱器內(nèi)的介質(zhì)溫度較高，罐內(nèi)稠油的溫度較低，存在溫差。而加熱器每次啟停時，加熱介質(zhì)與加熱器之間也存在溫差。以上溫差的存在，必然導(dǎo)致加熱器本身熱膨脹變形，加熱器分配總管和回流匯管均為封閉圓環(huán)，而且他們之間焊接著多組剛性很大的壁掛式加熱管組，同時又都有固定支架固定，限制了加熱器的自由變形，這種結(jié)構(gòu)處理不好，存在安全隱患。

最后在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造方面，壁掛式加熱器每個壁掛管組的匯管兩端的堵板處是角焊縫，鋼管之間的焊縫絕大部分也是角焊縫。由于壁掛管組又是由短的支管組成，導(dǎo)致焊縫的數(shù)量非常多。角焊縫的焊接難度較大，同時又不能進(jìn)行射線和超聲波探傷，焊接質(zhì)量相對不太好保證，大量的焊縫又增加了施工難度，影響施工進(jìn)度，增加施工成本。

二、罐壁彈簧管式加熱器的優(yōu)點

由于壁掛式加熱器存在以上的一些缺點，在遼河油田分公司曙四聯(lián)合站改造工程中，罐壁采用了新的加熱器布置方式----彈簧管式加熱器。加熱介質(zhì)首先通過進(jìn)口管流入彈簧形加熱管螺旋上升，再從出口管流出罐外，主要通過彈簧形加熱管對罐內(nèi)稠油進(jìn)行加熱。

彈簧形加熱管為單管程結(jié)構(gòu)，首先解決了偏流問題（當(dāng)然，經(jīng)過熱力與水力計算，整個加熱器的壓降控制在工藝允許的范圍內(nèi)）。由于彈簧形加熱管的布置方向為水平方向，與罐內(nèi)介質(zhì)自然對流方向垂直，而且每圈彈簧管之間的距離控制在0.7-0.8m之間，所以不存在加熱盲區(qū)。每圈加熱器都不是一個封閉的結(jié)構(gòu)，他們之間也沒有鋼管豎向剛性連接，加熱器具有較大的自由度，不存在安全隱患。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造方面，罐壁彈簧式加熱器鋼管之間的焊縫全部是對接焊縫，有幾根鋼管就是幾道對接焊縫，焊縫的數(shù)量僅僅取決于鋼管的長度。以曙四聯(lián)改造工程中5000m3稠油儲罐為例，設(shè)計結(jié)果表明，實際工程中采用的彈簧式加熱器一共有100多道對接焊縫，而采用相同規(guī)格的壁掛式加熱器卻有近300道焊縫，而且大多是角焊縫，去掉了60%以上的焊縫。由于對接焊縫可以采用射線和超聲波探傷，焊接質(zhì)量容易保證。儲罐的組裝采取的是倒裝法，既首先是焊接罐底板，再組焊罐頂，然后焊接最上一層罐壁，焊接完畢后，通過鉸鏈提升，再焊接下一層罐壁，直到焊完最下層壁板，再焊罐壁與罐底之間的角焊縫。由于彈簧式加熱器從上到下一層層水平布置，在罐體組焊過程中就可以同時進(jìn)行焊接和探傷檢驗，非常方便，大大簡化施工工藝。很明顯彈簧式加熱器具有施工難度低、進(jìn)度快、成本低的優(yōu)勢。

三、結(jié)束語

綜上所述，彈簧管式加熱器與壁掛式加熱器相比，具有很大的優(yōu)越性，歸納起來有以下幾點：

1.消除了加熱不均勻的現(xiàn)象;

2.解決了偏流的問題

3.改善了結(jié)構(gòu)受力情況

4.降低而施工難度，加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本，提高了施工質(zhì)量。

對于今后類似的工程設(shè)計提供了一些經(jīng)驗，具有借鑒作用。

作者簡介：

錢媛（1980-）女，漢，遼寧盤錦人，中油遼河工程有限公司，工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)從事化工設(shè)備與機械設(shè)計工作。