張淑霞李　盼

1中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院　2大慶油田工程有限公司

油田用加熱爐損壞原因分析及改進(jìn)措施

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1中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院2大慶油田工程有限公司

油田加熱爐主要用于油氣集輸和油氣初加工過程中的摻水、熱洗、外輸、伴熱和采暖等工藝，由于腐蝕、老化、結(jié)垢等多種原因，加熱爐運行多年后會造成不同程度的損壞，安全隱患問題較為突出。結(jié)合現(xiàn)場實際，對加熱爐損壞原因進(jìn)行分析。油田生產(chǎn)用加熱爐存在的主要問題有煙火管及煙箱的腐蝕，煙火管表面結(jié)垢和鼓包變形，清垢不徹底，燃燒器燃燒強度過大。針對這些問題提出相應(yīng)的改進(jìn)措施：在火管易損處采用15CrMoR耐高溫鋼；在火管上安裝爐管高溫檢測裝置；加泵沖洗以減少雜質(zhì)沉積時間；限制燃燒器的最大負(fù)荷。通過采取以上措施，提高了加熱爐的效率，減少了爐管的破損速度。

油田加熱爐；煙火管；結(jié)垢；腐蝕；改進(jìn)措施

由于腐蝕、老化、結(jié)垢等多種原因，油田加熱爐運行多年后會造成不同程度的損壞，安全隱患問題較為突出。具體表現(xiàn)為腐蝕老化引起的煙管、火管和煙囪等元件強度下降，結(jié)垢引起熱效率下降或流程壓力增加，也導(dǎo)致因鋼材過熱引起的煙火管燒穿、燒裂和鼓包等現(xiàn)象。尤其是油田注聚、注三元以后，采出液的黏度增加，更加快了爐管的結(jié)垢進(jìn)程和煙火管的破損速度，油田加熱爐損壞數(shù)量相對較多，并呈逐年上升的趨勢。針對這種情況，結(jié)合現(xiàn)場實際，對加熱爐損壞原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施［1-3］。

1　加熱爐損壞原因分析

1.1煙火管及煙箱的腐蝕

目前在用的加熱爐，由于使用時間較長，再加上煙火管長期處于采出液浸泡、高溫火焰和煙氣的環(huán)境中，煙火管容易磨損和腐蝕。此外，天然氣中的硫化物、氮氧化物等隨煙氣與空氣中的水汽結(jié)合冷凝成液體，這些液體流進(jìn)煙箱并積聚在煙箱底部形成酸性溶液對煙箱進(jìn)行腐蝕［4］。

1.2煙火管表面結(jié)垢和鼓包變形

結(jié)垢使管壁導(dǎo)熱系數(shù)變小，熱效率降低，增加了燃料消耗。更為嚴(yán)重的是結(jié)垢使?fàn)t管的導(dǎo)熱性變差，造成爐管受熱不均和局部過熱，甚至鼓包變形，加快了爐管的破損速度。

1.3清垢不徹底

按照設(shè)計要求，應(yīng)至少每年清理一次加熱爐的煙火管。而在實際運行過程中，當(dāng)加熱爐清垢不徹底時，為保證加熱介質(zhì)的出口溫度，必須加大燃?xì)饬?，這樣就會使火管壁溫升高，結(jié)垢更加嚴(yán)重，熱量不能及時傳導(dǎo)，形成惡性循環(huán)，進(jìn)而造成加熱爐煙火管的損壞。

1.4燃燒器燃燒強度過大

目前油田采出液的黏度和泥砂量越來越大，大量的絮狀物質(zhì)沉積于煙火管外表面，使其傳熱效果越來越差。當(dāng)燃燒器的燃燒強度超過加熱爐的初始設(shè)計值時，會造成火筒局部過熱而損壞。

2　加熱爐改進(jìn)措施

2.1在火管易損處采用15CrMoR耐高溫鋼

在工作溫度高于400℃時，碳素結(jié)構(gòu)鋼因其高溫持久強度極限和蠕變極限數(shù)值較低，因而其許用應(yīng)力也較低。在鋼中加入鉬、鉻等合金元素，能顯著提高鋼材的高溫持久強度極限和蠕變極限，從而提高鋼材的許用應(yīng)力。鑒于15CrMoR鋼的耐高溫性能，對所有用于油氣集輸?shù)幕鹜矤t，在位于耐火磚出口處，添加1.8 m長的15CrMoR耐高溫鋼。

2.2在火管上安裝爐管高溫檢測裝置

加熱爐爐管溫度檢測裝置用于檢測加熱爐火管的表面溫度。當(dāng)火管溫度超過其設(shè)定溫度（475℃）時，爐管高溫檢測裝置中的可編程序控制器會自動降低加熱爐的燃?xì)饬浚_保加熱爐火管不被燒壞；當(dāng)達(dá)到最高設(shè)定溫度時立即停爐。

2.3加泵沖洗以減少雜質(zhì)沉積時間

被加熱介質(zhì)在爐體內(nèi)的流速相對比較低，泥砂等雜質(zhì)容易沉積在煙火管表面形成污垢。因此在加熱爐火管易鼓包變形處增設(shè)沖洗口，適當(dāng)改變介質(zhì)的流速，減少雜質(zhì)沉積時間，使污垢不易形成。

2.4限制燃燒器的最大負(fù)荷

據(jù)調(diào)查，采油廠某站2.0 MW火筒式加熱爐于2007年11月投產(chǎn)，運行不到半年火管就出現(xiàn)鼓包變形。根據(jù)該站提供的加熱爐介質(zhì)進(jìn)出口溫度、介質(zhì)流量和燃?xì)饬?，?jīng)計算該爐熱負(fù)荷已達(dá)到4.4 MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過加熱爐的設(shè)計熱負(fù)荷。建議燃燒器廠家在燃燒器出廠前要限定燃燒器的最大負(fù)荷。

3　結(jié)語

油田生產(chǎn)用加熱爐存在的主要問題有煙火管腐蝕、煙火管結(jié)垢嚴(yán)重、超負(fù)荷運行等，為了解決這些問題，提出了相應(yīng)的措施：在火管易損處采用15CrMoR耐高溫鋼，在火管上安裝爐管高溫檢測裝置，加泵沖洗以減少雜質(zhì)沉積時間，限制燃燒器的最大負(fù)荷。通過采取以上措施，提高了加熱爐的生產(chǎn)效率，減少了爐管的破損速度。

［1］周世剛.油田地面集輸系統(tǒng)常用加熱爐適應(yīng)性分析［J］.油氣儲運，2014，33（7）：786-790.

［2］趙振榮.原油加熱爐爐管腐蝕與防護(hù)［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2004（5）：41-43.

［3］于錦標(biāo).油田加熱爐的安全管理及事故預(yù)防對策［J］.設(shè)備管理與維修，2013（S2）：12-14.

［4］李寶斌.加熱爐爐管的清焦新技術(shù)［J］.現(xiàn)代化工，2007，27（增刊1）：337-339.

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（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.036

張淑霞：工程師，中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院。

2015-04-02