油田在用加熱爐維修改造技術(shù)分析

張其建

（大慶油田裝備制造集團(tuán)容器制造分公司，黑龍江 大慶 163000）

油田加熱爐是油氣開采輸送過程的重要設(shè)備之一，其主要作用在于油氣輸送以及油氣初加工階段的摻水、熱洗以及對(duì)外輸送的伴熱和采暖等。在國內(nèi)，很多油田含水量較大，原油較為黏稠的情況下，加熱爐的作用在石油開采中的作用也越來越大。隨著我國石油開采量及開采難度的增大，對(duì)于加熱爐的需求度也越來越高。但目前，我國油田在用加熱爐設(shè)備老化現(xiàn)象較為普遍，加熱爐效率相對(duì)低下，且安全風(fēng)險(xiǎn)較高，需要對(duì)加熱爐進(jìn)行必要的維修改造，以達(dá)到油氣開采安全生產(chǎn)及節(jié)能環(huán)保的目的。

1 油田加熱爐的形式及特點(diǎn)

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，蘇聯(lián)對(duì)我國援助的斜頂爐已逐步淘汰，目前，我國油田中大部分采用的是火筒式加熱爐、管式加熱爐、水套加熱爐以及相變加熱爐這四種類型。

1.1 火筒式加熱爐

火筒式加熱爐是直接通過加熱爐內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生熱量?；鹜彩郊訜釥t因其自身特點(diǎn)，對(duì)換熱影響相對(duì)較小，燃燒筒結(jié)垢敏感度較低，影響較小。但需要爐內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì)流蘇相對(duì)較快，否則，容易在爐壁生產(chǎn)化學(xué)污垢，從而影響加熱爐的導(dǎo)熱效果。因此，火筒式加熱爐在生產(chǎn)介質(zhì)選取上一般不用三次采油污水或是稠油等容易結(jié)垢的生產(chǎn)介質(zhì)。另外，因火筒式加熱爐的燃燒筒直接接觸生產(chǎn)介質(zhì)，其安全隱患較大，但該加熱爐的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、耗材相對(duì)較少，成本相對(duì)較低。

1.2 管式加熱爐

管式加熱爐因?yàn)闋t管中的生產(chǎn)介質(zhì)直接被火焰加熱，因此，升溫相對(duì)較快，內(nèi)外溫差相對(duì)較大且可以承受生產(chǎn)介質(zhì)較大的壓力。另外，直接加熱使得該類型的加熱爐可以用較小的換熱面積換取較大的加熱功率。然而，管式加熱爐因其自身特點(diǎn)，在使用易結(jié)垢的生產(chǎn)介質(zhì)或者原油時(shí)，管壁結(jié)垢相對(duì)較快且不均勻，導(dǎo)熱效率相對(duì)減弱，嚴(yán)重時(shí)，可能引發(fā)爆炸事故。

1.3 水套加熱爐

水套加熱路最大的特點(diǎn)就是在加熱爐和生產(chǎn)介質(zhì)之間通過水的導(dǎo)熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)行加熱的目的。生產(chǎn)介質(zhì)通過盤管輸送，從而避免了燃燒筒與生產(chǎn)介質(zhì)直接接觸，在安全性能上相對(duì)較高，同時(shí)，也減少了燃燒筒產(chǎn)生結(jié)垢和腐蝕的概率，因此，目前油田生產(chǎn)企業(yè)大量使用水套加熱爐。然而，水套加熱爐結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)升本較高，傳熱效果相對(duì)較差導(dǎo)致加熱爐能耗偏高，另外，在實(shí)際運(yùn)行中需要經(jīng)常補(bǔ)充水量，操作上也相對(duì)復(fù)雜。

1.4 相變加熱爐

相變加熱爐的基本原理在于利用蒸汽發(fā)生器和相變傳熱原理，使?fàn)t體內(nèi)的水通過燃燒筒產(chǎn)生的熱量生成熱蒸汽，熱蒸汽對(duì)盤管內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)行加熱，水蒸氣在加熱盤管的同時(shí)，自身發(fā)生冷凝作用再變成水，然后，再加熱成水蒸氣，在水于水蒸氣的相變過程中進(jìn)行熱量交換。相變加熱爐是我國近年來研發(fā)的新型產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)主要包括燃燒筒、爐體以及加熱盤管。按照加熱盤管的不同，可以分為分體式和一體式相變加熱爐，按照水蒸氣壓力不同，分為承壓相變和真空相變加熱爐。

2 油田加熱爐現(xiàn)狀分析

油田的加熱爐是油田開采的耗能大戶，燃?xì)馐褂每偭拷咏吞锷a(chǎn)用氣的90%甚至更高，多種因素造成目前油田在用加熱器的效率不高。因此，如何有效提高加熱爐的效率對(duì)于油田生產(chǎn)有著重要的意義，也是我們對(duì)加熱爐進(jìn)行維修改造的主要目的。

2.1 部分加熱爐年限較長，熱損較高

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前，油田企業(yè)中超過10年以上的加熱爐約占加熱爐總量的50%，此部分加熱爐在長時(shí)間的運(yùn)行過程中，大部分的燃燒筒結(jié)垢情況較重，煙管嚴(yán)重老化腐蝕，導(dǎo)致加熱爐的故障發(fā)生頻率相對(duì)較高，且熱損較大。

2.2 部分加熱爐結(jié)構(gòu)陳舊，效率低下

部分火筒加熱爐因?yàn)槿紵仓苯咏佑|生產(chǎn)介質(zhì)，產(chǎn)生的溫差較大，升溫較快，導(dǎo)致爐壁結(jié)構(gòu)嚴(yán)重且分布不均勻，進(jìn)而造成局部位置過熱，管壁局部過熱使得一部分熱量直接以煙氣的形式散發(fā)到空氣中，造成加熱爐的熱換效率偏低，同時(shí)，也導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。另外，我國的油田企業(yè)從安全角度出發(fā)，使用了大量的水套加熱爐，該形式的加熱爐結(jié)構(gòu)簡單，安全性能較好，但水套加熱爐的導(dǎo)熱效率本身偏低。隨著油田企業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，水套加熱爐在能耗和效率上已不符合現(xiàn)代企業(yè)要求。

2.3 加熱爐實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)較差

加熱爐在實(shí)際運(yùn)行中，需要經(jīng)常進(jìn)行維修保養(yǎng)和對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證加熱爐的熱換效率。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，部分加熱爐設(shè)置的相關(guān)參數(shù)不很合理，調(diào)整也不及時(shí)。合理設(shè)置燃?xì)馀c空氣的比例是提高加熱爐效率的有效途徑。空氣比例較高，空氣帶走的熱量也比較大，從而降低加熱率效率；空氣比例較低，燃料燃燒不充分，進(jìn)而造成能源的浪費(fèi)。另外，大部分加熱爐都采取自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要對(duì)設(shè)置的參數(shù)及時(shí)按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。加熱爐在運(yùn)行中，需要對(duì)各部件經(jīng)常保養(yǎng)，比如，燃燒器的火嘴，若保養(yǎng)不及時(shí)造成火嘴焦化或腐蝕，都會(huì)影響燃燒器的燃燒效果，從而影響加熱爐效率并導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

2.4 加熱爐結(jié)垢現(xiàn)象普遍

研究表明，加熱爐換熱面結(jié)垢達(dá)到5mm時(shí)，能源消耗增加約30%，因此，加熱爐結(jié)垢對(duì)于其導(dǎo)熱效果有著重大的影響。油田加熱爐若長期運(yùn)行而不進(jìn)行除垢，勢必造成加熱爐的效率低下。同時(shí)，加熱爐結(jié)垢會(huì)造成生產(chǎn)介質(zhì)吸熱能力下降，大量的熱量則散發(fā)在空氣中造成能源浪費(fèi)。另外，為保證生產(chǎn)介質(zhì)達(dá)到目標(biāo)溫度，燃?xì)饬恳矔?huì)增加，進(jìn)而導(dǎo)致管壁升溫更快能源浪費(fèi)更甚，產(chǎn)生惡性循環(huán)。

3 加熱爐維修改造相關(guān)措施

根據(jù)目前油田在用加熱器實(shí)際狀況，為延長加熱器壽命，提高加熱器效率，可以采取以下維修改造措施。

3.1 局部使用耐高溫鋼進(jìn)行改造

碳鋼結(jié)構(gòu)在溫度超過400℃時(shí)，其蠕變極限及高溫持久強(qiáng)度較低，導(dǎo)致其需用應(yīng)力也相對(duì)較低，通過在碳鋼中適當(dāng)加入鉻、鎳等合金元素，可以大幅提高其蠕變極限值和高溫持久強(qiáng)度極限。對(duì)于火筒加熱爐，若在其耐火磚出口位置改造為耐高溫鋼，可以有效避免油田加熱爐的鼓包以及燒漏情況發(fā)生。

3.2 增設(shè)爐管高溫檢測裝置

通過增設(shè)高溫檢測裝置，有效控制加熱火管表面的實(shí)際溫度，當(dāng)火管表面溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，高溫檢測裝置通過其自帶的控制程序降低加熱器中的燃?xì)饬?，從而保證了加熱爐火管的正常耐受溫度。當(dāng)加熱器火管溫度高于設(shè)定值時(shí)，高溫檢測裝置會(huì)將信息傳輸?shù)娇刂浦行?，停爐進(jìn)行煙火管清垢后再重新啟動(dòng)。

3.3 燃燒器技術(shù)改造

對(duì)目前在用加熱爐的燃燒器進(jìn)行必要改造，采用先進(jìn)的內(nèi)部混合霧化等技術(shù)，提高燃燒器的霧化效果，不但可以提高燃料的燃燒值，降低加熱爐結(jié)垢程度，而且可以提高燃料的選擇范圍，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。另外，在改造燃燒器的同時(shí)，可以引入燃料處理系統(tǒng)，提高燃料的清潔程度，從而降低設(shè)備腐蝕和焦化現(xiàn)象。

3.4 自動(dòng)化控制技術(shù)改造

自動(dòng)化控制是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的方向，對(duì)于油田的加熱爐，通過對(duì)加熱爐在空氣接入、設(shè)備啟停、自動(dòng)吹掃等方面進(jìn)行自動(dòng)化控制，可以有效提高燃料的利用率和加熱爐效率，同時(shí)，可以精確控制生產(chǎn)介質(zhì)溫度，實(shí)現(xiàn)諸如低水位保護(hù)、熄火保護(hù)等多項(xiàng)自動(dòng)功能，確保設(shè)備安全高效運(yùn)行。

4 結(jié)語

總而言之，加熱爐作為油田的重要設(shè)備，在降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)、有效控制生產(chǎn)成本等方面都有著巨大的改進(jìn)空間，企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行中，應(yīng)提高對(duì)加熱爐的日常監(jiān)控和維護(hù)保養(yǎng)，采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)燃燒爐進(jìn)行必要的技術(shù)改造，從而達(dá)到降低能源損耗和提高設(shè)備效率的實(shí)際效果。