顧永強 畢新忠 楊詩玉 劉洪強

作者通聯(lián)：中石化勝利油田分公司孤東采油廠 山東東營市 257237

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孤東油田九區(qū)注汽站濕蒸汽發(fā)生器（也稱注汽鍋爐）近兩年因多種原因出現(xiàn)8根爐管鼓包、爆管等安全事故隱患，造成了較大的經(jīng)濟損失，影響注汽開發(fā)的正常進行?，F(xiàn)場分析表明，火焰偏燒是造成爐管局部過熱導(dǎo)致鼓包、爆管的根源。爐管爆管已成為制約注汽安全生產(chǎn)的瓶頸問題。鍋爐爐管鼓包、爆管在油田注汽鍋爐中很普遍，危害極大。據(jù)初步統(tǒng)計，全國油田熱采行業(yè)因鍋爐爐管爆管每年造成的經(jīng)濟損失上千萬元，且目前無徹底的解決辦法。因此，鍋爐爐管爆管問題成為注汽熱采行業(yè)亟待解決的問題。

1.火焰偏燒產(chǎn)生的原因分析

濕蒸汽發(fā)生器的構(gòu)造主要分為混合霧化段、燃燒輻射段、對流段三部分?；旌响F化段將空氣與燃油混合霧化后進入燃燒輻射段燃燒腔燃燒，爐管中的高壓軟化水先經(jīng)過對流段傳導(dǎo)升溫，再進入輻射段通過熱輻射方式，將燃油燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給進入爐管中的高壓軟化水，使爐管內(nèi)的低溫水成為設(shè)計溫度的飽和蒸汽，并進入外輸注汽干線中。

爐管中的高壓軟化水在爐膛內(nèi)部的輻射段達到最高溫度，即達到設(shè)計溫度。爐膛內(nèi)部輻射段爐管由56根每根長約13m的爐管串聯(lián)而成，爐管緊貼爐膛內(nèi)壁。

濕蒸汽發(fā)生器燃燒器的火焰燃燒控制器因振動和溫差變化等原因火嘴易偏離爐體中心線，進而造成火焰偏燒。但是，由于燃燒器中的燃燒槍在爐內(nèi)，火嘴因振動等原因偏離中心線后無調(diào)整手段。

由圖1可看出，燃燒器火焰在爐膛內(nèi)狀態(tài)以居中為最佳。但鍋爐經(jīng)長期運行后，使火嘴因振動和溫差變化，而造成火嘴偏離中心線。正常情況下，火焰最寬部距離火嘴根部6.5m，寬為2m，火焰夾角α為8.7°，查23t/h濕蒸汽發(fā)生器燃燒器技術(shù)規(guī)范得知，火焰外緣離爐管壁允許距離為0.4m。

圖1 爐膛火焰分析圖

計算表明，火焰偏燒時，火焰夾角變化對單側(cè)火焰高度h的變化影響很大。在正常狀態(tài)下：

當α變化1°，即△α＝1°時，根據(jù)微分原理可計算火焰夾角出現(xiàn)小角度（1°）偏移時，則單側(cè)火焰高度的變化△h：

就是說，只要火嘴夾角偏移1°（π/180）角，則火焰向另一側(cè)偏移11.6cm。此時，火焰外緣一側(cè)與爐管壁距離為0.384m，即產(chǎn)生火焰偏燒現(xiàn)象。當火焰偏離中心2°時將嚴重偏燒，即所謂的燎烤爐管，使局部爐管過熱，從而造成爆管事故。

2.火焰偏燃調(diào)節(jié)器的研制

由上述分析，火焰偏燒是由于火嘴偏離中心線所造成,如果將火嘴用合理的方法回復(fù)到中心線，則能從根本上解決火焰偏燒問題。由于三角形的穩(wěn)定性高于其他結(jié)構(gòu)的形狀支撐，并且調(diào)節(jié)方便，因此設(shè)計了以三腳支撐為主導(dǎo)結(jié)構(gòu)的火焰偏燒調(diào)節(jié)器（圖2）。

圖2 火焰偏燒調(diào)節(jié)器剖面圖

調(diào)節(jié)器火嘴固定端選用5mm厚不銹鋼板制作六棱形套筒中心螺母并用螺帽焊接緊固于混合段。對稱的3根棱形反扣螺紋調(diào)節(jié)桿，減少對配風的影響并能有效支撐住火嘴。調(diào)節(jié)螺桿為左、右扣細牙螺紋，通過雙向調(diào)節(jié)套筒和加固緊螺帽，達到精確調(diào)節(jié)固定的作用，3根正扣螺紋調(diào)節(jié)桿以圓筒形鑄件外殼為支撐。根據(jù)觀察火焰偏燒方位，定位3個支撐位置，進行調(diào)節(jié)。

3.現(xiàn)場應(yīng)用及效果

2008年8月初一套調(diào)節(jié)器在九區(qū)G101鍋爐試驗，跟蹤觀察火焰燃燒狀態(tài)，細致調(diào)整火焰偏燒角度。

第1次調(diào)節(jié)，火焰向中心線移動，但仍有點一定程度的偏燒，第2次調(diào)整后，火焰基本居中，第3次調(diào)整達到較理想狀態(tài)，比調(diào)整前有了很大的改善，完全解決了鍋爐偏燒問題。

在G101爐應(yīng)用火焰偏燃調(diào)節(jié)器取得成功后，又在九區(qū)G102爐及其他兩座注汽站上推廣應(yīng)用，均取得了很好的效果，徹底解決了鍋爐火焰偏燒的技術(shù)難題。

應(yīng)用實踐表明,火焰偏燒調(diào)節(jié)器主要優(yōu)點有：①火嘴不再偏離中心線,偏燒問題得到徹底解決,且穩(wěn)定性好。②降低了操作工人勞動強度,只須定期校定燃燒器配風、燃油、霧化參數(shù)，使其合理匹配即可。

火焰偏燒調(diào)節(jié)器能在不破壞燃燒器布局、不損壞燃燒器件、不影響燃燒效果的情況下，達到精確定位調(diào)節(jié)偏燒的目的，在注汽鍋爐上推廣后均取得了很好的效果?，F(xiàn)場鍋爐爐管壁厚測試表明，鍋爐爐管使用完好，未出現(xiàn)局部變薄、鼓包、產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，達到了預(yù)期的目的。

火焰偏燒調(diào)節(jié)器的應(yīng)用大大降低了鍋爐因偏燒而造成的爆管事故發(fā)生率，延長了爐管使用壽命。經(jīng)初步計算安裝火焰偏燒調(diào)節(jié)器后，每臺鍋爐一年節(jié)約維修費用10余萬元。保障了注汽的正常運行，徹底杜絕了因火焰偏燒造成的安全隱患。