李江濤(大慶油田有限責任公司第八采油廠)
加熱爐是油田油氣集輸的主要耗能設備。加熱爐運行主要分為燃料的燃燒過程、傳熱過程、煙氣排放3個過程。隨著加熱爐使用時間的延長、設備的自然老化、介質的長期腐蝕,以及運行環(huán)境惡劣等因素影響,加熱爐出現了火管燒損、熱效率降低和腐蝕三大問題,嚴重影響了加熱爐的安全平穩(wěn)運行。
火管燒損是四合一裝置、火筒爐及水套爐使用過程中的常見問題,尤其以四合一裝置最為嚴重,部分加熱爐出現火管鼓包燒損現象,表現形式通常為火管近火焰處的鼓包變形、甚至穿孔,給加熱爐安全運行帶來極大的隱患?,F場發(fā)現,火管變形和穿孔部位一般在耐火磚前側0.2~0.5 m 左右,原因是由于耐火磚前側出現溫度突變,導致此處火管較之其他部位溫度高,容易產生熱應力,加之外部結垢、泥砂淤積,使傳熱變差,特別容易造成火管變形、穿孔。
當采出液鈣、鎂鹽類離子含量較高時,在加熱爐的受熱面上,在高熱負荷的作用下發(fā)生化學反應,形成復雜的硅酸鹽垢。與鋼材相比,水垢的導熱系數很小,碳酸鹽垢的導熱系數只有鋼材的1/10~1/100,相當于在煙、火管外增加一層保溫層,煙氣未經充分換熱就從煙囪排出,造成加熱爐熱效率下降。結垢造成管材的局部過熱,產生的二次應力使爐管鼓包變形,引起管路特性改變,使摻水泵進口吸入困難,摻水流量減小,影響生產運行。
1)煙囪、煙箱和煙箱側封頭外壁的腐蝕。由于排煙溫度低,加熱爐煙囪、煙箱及與煙箱連接的封頭處易形成露點腐蝕。此外,煙箱內部往往聚集大量的污垢,由于天然氣中的硫化物隨煙氣與空氣中的水汽結合后冷凝為液體,流進煙箱并積聚在煙箱底部形成酸性溶液從而導致電化學腐蝕。
2)火管內外壁腐蝕?;鸸軆缺诟g主要是高溫氧化腐蝕,加熱溫度越高,金屬氧化的速度越快?;鸸芡獗诟g則主要與介質有關,尤其在加熱爐停用一段時間后,腐蝕較為明顯:由于火管表面處于潮濕狀態(tài),而供氧又很充分,會產生電化學腐蝕,腐蝕形式主要以點蝕為主。
3)殼體內外壁腐蝕。由于罐體保溫層破損,防腐層脫落,在吸附作用、毛細管作用或化學凝聚作用下,在罐體外壁形成薄水膜層,水膜層中溶有一定的酸、堿或鹽類物質,形成電解液,從而導致電化學腐蝕。
4)接管及其根部腐蝕。主要是由于接管未焊滿,接管及其根部縫隙內介質呈滯留狀態(tài),在縫隙內產生雜質聚集,加速縫隙內金屬的腐蝕。
根據加熱爐損壞情況,將爐內原有煙火管全部或部分更換,完成后對破壞的防腐保溫層進行修復,改造后能滿足生產要求。但隨著鋼材價格費用的上漲,更換加熱爐煙火管費用很高,更換1臺加熱爐煙火管需要40萬元左右。
自2009年以來,大慶油田采油八廠陸續(xù)在加熱爐爐管上安裝高溫監(jiān)測裝置。裝置監(jiān)測點為6個,安裝在距耐火磚約300 mm 爐管管壁上,當溫度超過設定值時,超溫報警裝置會自動發(fā)出報警信號,同時設有超溫自動降負荷控制系統(tǒng),當爐管壁超溫時,通過調節(jié)閥自動降負荷,保證爐管安全運行。通過分析各個監(jiān)測點溫度數據變化趨勢,即可判斷出加熱爐內是否結垢、結淤以及加熱爐是否可以安全運行,進而采取相應的預防措施。
加熱爐在日常管理中應避免操作不當。如果加熱爐在啟停爐、升溫、降溫和運行中的調整不符合操作規(guī)程,將會對加熱爐造成傷害。對長期停運的加熱爐烘爐時間短(小于48 h),快速升溫,在停爐時若不緩慢降溫,會產生較大的熱應力,容易誘發(fā)火管變形。開展了降溫集輸工作,停運空運集油環(huán),季節(jié)性停運加熱爐;降低加熱爐摻水溫度和摻水量,降低加熱爐運行負荷,減少加熱爐煙火管燒損概率。
為了進一步減少火管燒壞燒損現象,提高加熱效率,應用了加熱爐涂膜技術,在加熱爐、鍋爐火管內壁涂刷紅外線新型節(jié)能涂料。油田節(jié)能中心對10臺加熱爐涂膜前后爐效進行了測試,加熱爐涂刷節(jié)能涂料后,排煙溫度平均降低13 ℃,熱效率平均提高5.05%,節(jié)氣率平均9.27%,節(jié)能效果顯著。
新型燃燒器可以實現高低溫報警、泄漏報警、故障報警、熄火報警等功能,防止加熱爐高溫、超負荷運行。新型燃燒器均可將煙氣的過剩空氣系數維持在1.05~1.15 范圍,保證燃料和空氣充分混合燃燒,減少熱損失,降低排煙溫度,提高熱效率。
針對加熱爐煙囪、煙箱及腐蝕老化嚴重,無法安全平穩(wěn)運行的設備設施主要采取更新及局部維修措施。對煙囪內外壁、煙箱內外壁、改造時破壞的封頭外壁及附件進行噴砂除銹與防腐,對改造時破壞的封頭等處進行保溫,防止低溫腐蝕。對腐蝕煙囪及設備進行更換,無法從根本上解決加熱爐腐蝕問題,更換后3~5年煙囪及設備又會出現腐蝕現象,投資成本巨大。
常規(guī)防腐措施包括:
1)襯里防護。針對煙囪的低溫腐蝕,在煙囪內壁涂抹一層水泥可起到防止低溫腐蝕的作用。
2)低氧燃燒。試驗表明,只要使過量空氣系數降到1.1 以下,露點就會急劇下降。目前八廠應用的新型燃燒器均可將煙氣的過剩空氣系數維持在1.05~1.15 范圍。
3)提高受熱面壁溫。冬季適當采取提高摻水溫度、降低摻水量的方式進行生產,使加熱爐煙囪及煙箱金屬壁溫升高,排煙溫度大于露點溫度20 ℃以上,減少低溫腐蝕的發(fā)生。
4)排出冷凝液。設計能夠排出煙箱冷凝液體的結構,減少煙箱內部的腐蝕。
將負壓加熱爐的煙囪從22 m削減到8 m,解決冷凝水回流腐蝕煙囪的問題。同時為了匹配更改后的加熱爐工況,提出了加熱爐燃燒器改造更新方案。將原有自然通風式的燃燒器更新為新型自然通風燃燒器,同時在煙囪1~3 m 高的部位安裝一套以引風機為主體的抽吸聯動設備,自控系統(tǒng)可以實現燃燒器與煙囪抽吸聯動設備的集成串級聯動控制。
[1]劉效東.加熱爐裝置腐蝕防治對策[J].油氣田地面工程,2006(9):46.