劉繼剛 大慶油田設計院

小壓降全自動在線除垢相變加熱裝置

劉繼剛 大慶油田設計院

小壓降全自動在線除垢相變加熱裝置的結構具有以下技術創(chuàng)新點：建立了管內(nèi)蒸汽自然冷凝、管外介質強制對流的計算模型，開發(fā)了無動力管內(nèi)相變換熱技術；采用傾斜式換熱器結構，開發(fā)了蒸汽自然循環(huán)、可拆卸滑動管板填函式換熱器技術；采用滾筒或齒條結構，開發(fā)了側向動力傳動、無接觸控制、毛刷水平往復除垢技術。該裝置中被加熱介質不與火焰直接接觸，減少了煙火管鼓包、穿孔的可能性，延長了加熱爐的使用壽命。與普通二合一加熱爐相比，每臺加熱爐每年節(jié)省費用8.4萬元。

除垢相變加熱裝置；傾斜式換熱器；除垢；投資成本

1 工作原理

小壓降全自動在線除垢相變加熱裝置主要由正壓相變加熱爐和自動除垢換熱器兩個部分構成。

正壓相變加熱爐是以天然氣為燃料，將爐內(nèi)軟化水沸騰汽化，蒸汽通過連接管道進入自動除垢換熱器的管程內(nèi)，與殼程內(nèi)被加熱介質進行相變換熱，冷凝水經(jīng)傾斜的換熱管靠重力流入換熱器管箱，再由連接管道進入正壓相變加熱爐的殼體內(nèi)，往復循環(huán)換熱。

自動除垢換熱器由滑動管板式填料函換熱器、除垢機構、中間傳動總成和驅動機構四個部分組成。驅動機構通過中間傳動總成帶動除垢機構，沿著換熱管束外壁往復運動，去除換熱管外的污垢。除垢機構刮下的垢質，部分隨被加熱介質排出，部分沉積到換熱器底部由排污管排出。被加熱介質在殼程內(nèi)流動，壓降較小。驅動機構由PLC控制，間歇工作，正、反向運行，還可自由設定清垢周期。

2 結構的優(yōu)化設計

經(jīng)過近幾年的持續(xù)攻關，開發(fā)出了小壓降全自動在線除垢相變加熱裝置，并形成了配套的現(xiàn)場施工工藝，解決了加熱爐因加熱較差介質，造成煙火管外結垢、結焦，導致加熱爐煙火管鼓包變形、穿孔和爐效降低的問題，保證了加熱爐的高效運行。該結構具有以下技術創(chuàng)新點：

（1）建立了管內(nèi)蒸汽自然冷凝、管外介質強制對流的計算模型，開發(fā)了無動力管內(nèi)相變換熱技術。目前油田上常用的換熱器管程和殼程中的介質流動時均靠動力驅動，且管程內(nèi)的介質冷凝時均為單向流傳熱（液相或氣相）。蒸汽在管程內(nèi)流動時，運動狀態(tài)比較復雜，沒有參考數(shù)據(jù)。根據(jù)相關換熱理論，進行室內(nèi)實物模擬試驗，并對部分換熱參數(shù)進行修正，最終開發(fā)出了無動力管內(nèi)相變換熱軟件。

（2）采用傾斜式換熱器結構，開發(fā)了蒸汽自然循環(huán)、可拆卸滑動管板填料函式換熱器技術。滑動管板式填料函換熱器中的換熱管束可以抽出，不需現(xiàn)場動火，也不會破壞換熱體的防腐和保溫層結構，具有維修費用低，停產(chǎn)時間短的特點。為了建立蒸汽在管內(nèi)的自然循環(huán)，對換熱器的傾斜角度進行了模擬計算和優(yōu)化設計，并在工廠通過大量試驗，確定將換熱器設置成傾斜角度安裝。當換熱器設置成一定的傾斜角度后，也大大提高了被加熱介質與蒸汽的冷凝換熱效率。

（3）采用滾筒或齒條結構，開發(fā)了側向動力傳動、無接觸控制、毛刷水平往復除垢技術。除垢機構主要靠外力除垢，換熱管之間穿插著多排除垢毛刷，多排除垢毛刷通過刮板環(huán)、定距管組合成一個整體，由纏繞在卷筒上的鋼絲繩拉動除垢機構間歇地往復運動，去除換熱管外的污垢。采用該傳動機構，可將驅動機構產(chǎn)生的垂直于換熱器殼體的推動力轉換成除垢機構往復運動所需的水平力，方便了驅動機構的安裝，降低了整套裝置的投資成本。

3 結論

小壓降全自動在線除垢相變加熱裝置從根本上解決了火筒式加熱爐煙火管鼓包、穿孔和燒壞的問題，保證了加熱爐的高效運行。該裝置中被加熱介質不與火焰直接接觸，減少了煙火管鼓包、穿孔的可能性，延長了加熱爐的使用壽命。與普通二合一加熱爐相比，每臺加熱爐每年可節(jié)省運行費用8.4萬元。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.066