油田加熱爐的綜合管理與優(yōu)化

謝文清

【摘要】 通過對XX油田加熱爐現(xiàn)狀的調(diào)研與爐效測試，分析了加熱爐在長時間運行過程中所存在的問題以及帶來的危害，本文從加熱爐燒損的預(yù)防、加熱爐熱效率的提高措施、新工藝新技術(shù)的利用改進(jìn)等方面闡述了加熱爐的綜合管理與優(yōu)化運行，提出認(rèn)識和建議，為油田加熱爐的管理提出新的途徑，確保加熱爐安全、平穩(wěn)、高效運行。

【關(guān)鍵詞】加熱爐 危害 綜合管理 優(yōu)化運行

加熱爐是油田生產(chǎn)中的主要加熱設(shè)備，XX油田現(xiàn)有加熱爐137臺，而使用年限超過10年的有103臺。由于運行時間長，腐蝕老化較為嚴(yán)重，加上采出液復(fù)雜、雜質(zhì)多，極易加速煙火管的結(jié)垢與燒損，給生產(chǎn)管理帶來了很大難度。因此有必要對加熱爐進(jìn)行動態(tài)管理，準(zhǔn)確掌握加熱爐的運化狀況，及時采取有效的治理措施，減少腐蝕結(jié)垢等因素對加熱爐的影響。

1 分析加熱爐存在的問題及危害

近五年內(nèi)，XX油田因損壞維修的加熱爐共計14臺，維修的加熱爐中年限超過10年的有13臺，占總損壞數(shù)的93%。而加熱爐的腐蝕穿孔、火筒結(jié)垢和局部開裂是造成加熱爐損壞的主要原因，結(jié)合這三個方面對加熱爐的損壞情況進(jìn)行分析。

1.1 腐蝕穿孔原因分析

1.1.1 煙火管與介質(zhì)接觸側(cè)腐蝕穿孔原因分析

（1）洗井液中酸性介質(zhì)是引起加熱爐腐蝕的主要原因。

（2）加熱爐中的溶解氧與金屬管材存在嚴(yán)重電化學(xué)腐蝕，形成的產(chǎn)物以鐵的氧化物為主，在盤管及煙管上形成繡瘤和銹蝕坑。

1.1.2 火筒內(nèi)側(cè)腐蝕穿孔原因分析？

（1）天然氣中含有一定量的H₂S、有機(jī)硫化物及氨，在氧氣充足時生成硫酸對火筒造成硫酸露點腐蝕，在氧氣不足時對火筒造成高溫硫化物腐蝕。

（2）爐管還存在高溫氧化問題，570℃以下高溫氧氣與碳鋼爐管直接反應(yīng)，形成的鐵皮，雖然此氧化物具有高溫抗氧化能力，但由于腐蝕氣體的存在無法形成致密膜層，而570℃以上形成的鐵皮結(jié)構(gòu)疏松，其抗腐蝕性更差。

（3）加熱爐火嘴偏移造成受熱不均，在結(jié)垢嚴(yán)重的情況下極容易燒穿火管。

1.1.3 其他部位腐蝕穿孔原因分析？

（1）由于我廠安裝了節(jié)能火嘴，部分加熱爐冬季排煙溫度較低，凝析水較大，對加熱爐的煙箱、煙囪、封頭腐蝕較大。

（2）目前所采用的加熱爐外保溫層均為鎧裝（鐵皮）保溫層，中間填充保溫物質(zhì)。和以往的相比較，透氣性變差，雨、雪進(jìn)入后短時間內(nèi)很難蒸發(fā)，造成管壁腐蝕，尤其是各附件與管壁接頭處腐蝕尤為嚴(yán)重。

（3）加熱爐運行年限過長，主體材質(zhì)上的老化，已逐步顯現(xiàn)，如自然氧化等原因，造成罐壁、管壁減薄，強(qiáng)度降低，部分附件焊道已腐蝕。

1.2 火筒結(jié)垢原因分析

通過清淤對火筒及盤管垢樣進(jìn)行分析，垢樣地成分主要為白色CaCO3晶體與紅褐色鐵銹以及泥沙形成的硬性板結(jié)塊。

（1）來液中存在Ca²⁺、Mg²⁺、CO3^2-，水在加熱爐中受熱時，易析出CaCO₃、MgCO₃等規(guī)則的晶體，此晶體在盤管或煙管等處形成硬垢。

（2）含油污水中含有礦物質(zhì)及泥砂，加熱過程中在火管壁上沉積大量油垢與泥砂。

1.3 局部開裂原因分析

（1）含油污水中含有礦物質(zhì)及泥砂，加熱過程中在火管壁上沉積大量垢與泥砂，致使火筒受熱不均，造成火筒由爐內(nèi)向火筒內(nèi)隆起，然后開裂。

（2）開裂的地方主要出現(xiàn)在煙火管的連接焊口出，由于材料的脆性，局部應(yīng)力狀態(tài)較高的地方會造成沿低熔點共晶相開裂。

（3）煙火管外壁結(jié)垢造成加熱爐熱效率降低，過度加熱后，燒穿火管。

1.4 加熱爐爐效低原因分析

2012年上半年對運行的69臺油田加熱爐進(jìn)行了爐效測試，負(fù)荷低、排煙溫度過高、過?？諝庀禂?shù)偏大是造成加熱爐爐效低的主要原因。其測試結(jié)果如下：

（1）加熱爐平均熱效率為80.2%，符合標(biāo)準(zhǔn)有51臺，不符合標(biāo)準(zhǔn)有18臺，合格率達(dá)74%。

（2）加熱爐平均排煙溫度為170.6℃，符合標(biāo)準(zhǔn)有55臺，不符合標(biāo)準(zhǔn)有14臺，合格率為80%。

不合格的原因主要有：加熱爐爐管結(jié)垢或者火焰與被加熱介質(zhì)間換熱系數(shù)不高。

（3）加熱爐平均過剩空氣系數(shù)為1.78，符合標(biāo)準(zhǔn)有37臺，不符合標(biāo)準(zhǔn)有32臺，合格率為46%。

不合格的原因主要有：加熱爐的風(fēng)量與其負(fù)荷不匹配。

（4）加熱爐平均外表面溫度為42℃，全部符合標(biāo)準(zhǔn)，合格率達(dá)100%。

2 加熱爐治理措施及優(yōu)化運行

2.1 加熱爐燒損的預(yù)防

一是根據(jù)區(qū)塊采出液特性實施阻垢劑個性化加藥，控制結(jié)垢量。

二是制定合理地清淤周期，強(qiáng)化清淤除垢，防止結(jié)垢影響熱傳導(dǎo)而造成燒損。

三是嚴(yán)格控制加熱爐的溫度參數(shù)，防止驟升驟降造成局部開裂。

四是加強(qiáng)巡回檢查，火焰應(yīng)為齊火焰，防止火焰過長飄，避免火焰直接觸火管造成局部過熱。

2.2 提高加熱爐熱效率的措施

（1）增加加熱爐運行負(fù)荷，提高加熱爐熱效率。

一是采取高低搭配的方式運行。當(dāng)系統(tǒng)需要負(fù)荷低時，可以采用小容量的加熱爐運行，當(dāng)系統(tǒng)需要負(fù)荷高時，可以采用大容量的加熱爐運行。

二是2臺及2臺以上同類型的加熱爐低負(fù)荷運行時（有的負(fù)荷甚至達(dá)不到30%），可以合并成一臺加熱爐運行。

（2）采用技術(shù)改造與管理相結(jié)合的辦法降低過剩空氣系數(shù)。

對于已經(jīng)安裝節(jié)能燃燒器的加熱爐，應(yīng)定期對加熱爐的燃燒狀況進(jìn)行監(jiān)控，按照節(jié)能燃燒器的功能進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

（3）采用新技術(shù)新材料改造排煙溫度超過標(biāo)準(zhǔn)的加熱爐。

定期清洗爐管和刷節(jié)能涂料，提高爐管的換熱系數(shù)，降低排煙溫度。此外“控?fù)醢褰禑煖亍保刂坪巷L(fēng)開度為二分之一，在20%～50%調(diào)節(jié)煙道擋板，當(dāng)開度在空氣過剩的藍(lán)色火焰和不完全燃燒的暗黃色火焰兩個位置中間時，相對比較合理。

（4）加強(qiáng)加熱爐管理，提高動態(tài)管理水平。

裝設(shè)必要的熱工測量和控制儀表，制定操作工操作規(guī)程，提高操作工技術(shù)水平，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，延長爐體壽命。

2.3 新工藝新技術(shù)的改進(jìn)利用通過改造不合理工藝，根除加熱爐損壞的隱患。

一是改進(jìn)燃燒器進(jìn)氣管線工藝，由硬連接改為軟連接，防止燃燒器偏燒；

二是加裝煙箱排污閥門，防止積水造成煙箱等腐蝕穿孔；

三是改進(jìn)火筒爐的進(jìn)水方式，由篩管式改為直管式，避免介質(zhì)流動不暢導(dǎo)致局部過熱。

3 結(jié)論及建議

（1）加熱爐爐效主要是通過提高加熱爐熱負(fù)荷、合理調(diào)控配風(fēng)比、采用新技術(shù)新材料等手段來提高，在此基礎(chǔ)上建議對加熱爐耗氣實施單臺計量改造，以及每站配備一臺煙氣分析儀，有利于加熱爐的動態(tài)監(jiān)控與精細(xì)管理。

（2）通過加藥、清淤、合理控制參數(shù)，增強(qiáng)加熱爐安全平穩(wěn)運行系數(shù)。建議各站開展合理化加藥試驗，控制結(jié)垢速度。

（3）由于節(jié)能火嘴的投用，導(dǎo)致冬季排煙時的凝析水較大，對加熱爐的煙箱、煙囪、封頭腐蝕較大，一是建議安裝板式換熱器，提高排煙溫度；二是對煙囪進(jìn)行保溫使排煙溫度控制在65度以上。

參考文獻(xiàn)

[1] 李勇.加熱爐優(yōu)化狀態(tài)自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2003（6）：40