熱介質鍋爐原油模式耗油量偏高原因分析及處理

劉政偉，張俊杰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務分公司 天津300452)

0 引 言

某試采平臺是用于油田前期勘探測試獲取準確油藏地質資料的主體設施，具有原油處理、儲存、外輸、試油、棄井等功能。該平臺配置熱介質鍋爐2 臺，一用一備，鍋爐燃燒3 種模式分別為柴油、原油、天然氣。熱油用戶有：原油艙、污油水艙、生產設備等。在投產過程中，分別對3 種燃燒模式進行調試，運行中發(fā)現(xiàn)：柴油模式運行成本高，存在間歇性停爐現(xiàn)象；原油模式耗油量比柴油模式高，但可以自產自用且燃燒穩(wěn)定；天然氣模式氣源氣量不穩(wěn)定，氣源品質不達標，需要進行流程優(yōu)化改造才能投入使用。

針對平臺生產現(xiàn)狀，結合現(xiàn)場情況從減少熱油鍋爐原油模式燃料消耗入手，降低平臺運營成本。

1 現(xiàn)狀調查

1.1 系統(tǒng)概況

熱油系統(tǒng)主要用于產生熱能，為平臺原油艙、污油水艙、測試加熱器、高效分離器、電脫水器加熱器、閉排罐、熱油鍋爐日用原油柜、導熱油蒸汽發(fā)生器等保溫、加熱。系統(tǒng)采用天然氣、柴油和原油為燃料，燃料經由燃燒器，在加熱爐爐膛內燃燒，燃燒產生的熱量分別以輻射和對流的形式傳遞給中間載熱體(熱介質為導熱油)，由導熱油循環(huán)泵建立熱油加熱系統(tǒng)的循環(huán)，被加熱的高溫導熱油在用戶換熱設備中與用熱工質進行換熱，從而將燃燒產生的熱量間接傳給用熱工質，實現(xiàn)加熱的目的。換熱后的導熱油再返回到加熱爐進行再次加熱，如此循環(huán)往復，實現(xiàn)連續(xù)加熱用熱工質。熱介質鍋爐參數和熱油循環(huán)泵參數分別見表1、2。

1.2 柴油/原油消耗對比

現(xiàn)場調取的2018 年5 月6 日至5 月16 日的柴油消耗量以及2018 年6 月1 日至11 日的原油消耗量見表3。

表1 熱介質鍋爐參數Tab.1 Parameters of thermal medium boiler

表2 熱油循環(huán)泵參數Tab.2 Parameters of hot oil circulating pump

表3 柴油與原油每日消耗量Tab.3 Daily consumption of diesel oil and crude oil

2 現(xiàn)場問題分析及處理措施

2.1 操作參數設置不合理

鍋爐風機的運轉情況影響風壓和風量，從而間接影響燃油二次霧化。二次霧化不良，會使燃料得不到充分燃燒，增加燃料的消耗量。風壓，對應于風門，取決于風機的工作情況。如果風機工作不正常，風壓必然異常，風量和風速就難以保證，嚴重時可能導致熄火。鍋爐啟爐或停爐過程中爐膛溫度較低，燃料在爐膛內得不到充分燃燒，增加鍋爐運行成本。鍋爐的配風變化對爐膛內燃料的作用有很大影響，特別是在低負荷的情況下，影響更加顯著，如不正確處理，無法保證燃燒效率，耗油量會顯著增加。在鍋爐運行調整中，合適的配風風量對提高經濟性、降低燃料消耗有重要作用[1]。

噴油器霧化不良，導致噴油器堵塞或滴漏，油未完全燃燒而帶入鍋爐尾部，造成鍋爐二次燃燒或燃燒不暢。鍋爐的熱效應不充分，鍋爐出口溫度達到設定值的時間增加，燃料的消耗率也會增加[2]。

平臺鍋爐廠家為德國威索，可自動調節(jié)風門，鍋爐控制系統(tǒng)根據噴油量自動計算所需風門大小，經檢查風油比一直處于良好狀態(tài)，燃料燃燒相對充分。該設備出廠時廠家已經對鍋爐各個組件進行仔細的檢驗，并由第三方頒發(fā)產品合格證書。設備到達建造現(xiàn)場之后，相關人員也對鍋爐設備進行嚴格的驗收、調試，鍋爐及附件沒有出現(xiàn)故障問題。

2.2 設備保溫層破損

鍋爐運行中，由于保溫材料并非完全絕熱，鍋爐的介質和工質的熱量通過爐墻、煙風道、架構、汽水管道的外表面散發(fā)出來，該部分散失的熱量主要是由鍋爐外壁相對面積及外壁溫度所決定。一般來說鍋爐的散熱損失較小，可以通過加強維護保養(yǎng)，整修鍋爐本體及管道保溫層，防止和減少爐體表面熱量損失，消除供熱系統(tǒng)中閥門和接頭等部位的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象；在鍋爐輻射段保溫層內噴涂高溫遠紅外涂料，提高爐膛吸熱能力，減少熱量損失[3]。平臺生產期間，各換熱設備及管線均安裝保溫層且無破損，環(huán)境溫度低時啟用電伴熱輔助保溫，散熱損失較小。

2.3 環(huán)境影響

作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境溫度過低，會造成熱量損失增多。如果環(huán)境濕度過大，電機易受潮，導致風機運轉不正常，從而影響燃燒器的配風，配風量過小，燃料得不到充分燃燒，熱效率降低，會造成燃料消耗量增加。此外下游用戶溫度設定不合理，用戶所需的溫度低于鍋爐的溫度值，鍋爐未得到充分利用，也會導致燃料的浪費，因此下游的設定溫度應與鍋爐的出口溫度設定值處于最佳比，可保證鍋爐高效利用。

平臺投產至今，鍋爐系統(tǒng)各設備運轉正常，經歷最低環(huán)境溫度為-20 ℃左右，降溫前各設備已投用保溫伴熱，熱量損失較小。為提高原油處理流程脫水效果同時保證原油下艙溫度在安全范圍以內，生產操作人員根據流程運行情況實時調整操作溫度，用戶溫度調整前后，鍋爐溫度設定值也會做適當的調整，流程設定溫度提高時流程流體與熱介質油之間的熱交換量會提高，因此溫度設定調整對鍋爐原油耗油量影響較小。

2.4 測量誤差影響

在熱介質鍋爐運行期間，由于實時數據監(jiān)測不及時，未根據現(xiàn)有運行狀態(tài)選擇最佳參數設置，導致鍋爐燃油量高。監(jiān)測設備故障或設備本身存在設計缺陷，測量后數據產生明顯偏差，導致運行數據讀取計算誤差較大，也會導致熱介質鍋爐燃料消耗升高。

鍋爐設備相關運行參數直接傳遞到中控PCS 系統(tǒng)，相關人員可以直接讀取實時數據，判斷鍋爐運行狀態(tài)。鍋爐發(fā)電工每隔2 h 巡檢過程中會詳細記錄鍋爐運行參數，如：爐體進出口壓力、導熱油進出口溫度等，并且完好保存巡檢記錄表，方便查看鍋爐歷史運行狀態(tài)，可針對流程運轉情況作出調整。鍋爐系統(tǒng)相關儀表附件目前均檢驗合格，并由第三方提供合格證書，儀表設備均不存在測量偏差。

2.5 原油性質影響

原油作為熱介質鍋爐燃料，其粘度對鍋爐燃燒狀態(tài)有較大影響。粘度越大越不易被風打散，良好霧化所需風量就越大(即所需的風油比越大)，而且粘度越大流阻越大，一次霧化易變差。當粘度過大時，甚至可能導致霧化嚴重不良，進而導致熄火?？梢姡扯戎苯踊蜷g接影響二次霧化。為促進重油的完全燃燒，必須將重油預熱到適當的溫度。溫度過低，重油粘度過大，影響霧化質量，使燃燒惡化，出現(xiàn)燃燒不完全、冒煙、火嘴結焦、易積碳灰等現(xiàn)象；溫度過高、燃料油過熱，造成重油的蒸發(fā)或閃蒸，引起爐膛火焰脈動或因碳殘留物積聚在燃料油換熱器的盤管上而堵塞換熱器，故需要掌握最佳燃燒溫度范圍。

本試采平臺接收原油本身含水率較低，在流程處理過后，未投用電脫水器電場情況下原油入艙含水率已經滿足商品油外輸要求。由于鍋爐燃油要求含水率更低，綜合考慮后，平臺投用電脫水器電場，同時調整井口管匯處破乳劑注入量，從24 mL/min 提高至38 mL/min，在高效分離器入口增加破乳劑注入點，注入速度為24 mL/min，在電脫水器定期排液檢查，發(fā)現(xiàn)乳化液后及時處理，通過以上措施，確保原油含水符合鍋爐燃料用油標準。在保證流程穩(wěn)定運行的同時，逐步下調原油處理流程熱油溫度設定值，降低鍋爐運行負荷。通過查驗相關資料，確定原油粘溫曲線，將鍋爐日用原油柜溫控調節(jié)閥設定溫度由60 ℃提高至70 ℃，以降低燃料原油粘度，提高熱介質鍋爐霧化效果，如圖1 所示。

圖1 鍋爐原油日用柜溫度趨勢Fig.1 Temperature trend of crude oil daily service tank of boiler

3 效果評價

通過系列對策的實施，下艙原油含水率由之前的平均含水0.5%，降至平均含水0.2%左右，下艙原油含水符合鍋爐燃燒標準，日用原油柜升溫降粘，燃燒效果提升顯著，燃料原油霧化效果良好，爐內積碳減少，熱介質鍋爐運行穩(wěn)定，同時原油消耗量每天減少約1 m3，原油每日消耗量見表4。

表4 對策實施后原油每日消耗量Tab.4 Daily consumption of crude oil after implementation of countermeasures

4 結 語

作為集多功能于一體的專業(yè)化試采平臺，將會面對諸多不同生產條件的作業(yè)任務。此次鍋爐優(yōu)化整改取得成功后，仍需持續(xù)優(yōu)化工藝流程，仔細推敲每個設定值及系統(tǒng)上下游關聯(lián)情況，不斷提高流程、設備的精細化管理，最終實現(xiàn)降本增效的目的。