郭建忠　蘇先進(jìn)

摘 要：向油井注入高干度的蒸汽是提高油汽比的關(guān)鍵點。本文通過保溫管線傳熱機理的研究；計算保溫材料每千米熱損失、蒸汽干度降低值；通過鈦陶瓷保溫材料和硅酸鋁巖棉保溫材料的保溫性能、防水性能、機械性能、使用壽命的比較，可以看出鈦陶瓷保溫材料以上四方面性能均優(yōu)于硅酸鋁保溫材料，是注汽管線保溫材料的升級換代產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：注汽管線；保溫材料；鈦陶瓷；硅酸鋁；熱損失；干度

稠油熱采是向油層注入高溫高壓蒸汽，注入地層蒸汽干度越高，其熱焓越高。如何保證注入油層蒸汽的干度，是本文研究的重點。提高井底注汽干度有兩個方面，一是提高鍋爐出口干度，二是減少輸汽過程中的熱損失。本文重點研究如何減少輸汽過程中的熱損失，在鍋爐出口干度一定的情況下，以保證井底干度達(dá)到設(shè)計要求。

1注汽管網(wǎng)熱損失計算

蒸汽輸送熱損失包括注汽管線熱損失、閥門熱損失、支墩熱損失，根據(jù)《注汽管線熱損失分析與保溫技術(shù)研究》知道，支墩熱損失占輸汽過程中熱損失的13.6%，閥門散熱損失占輸汽過程中熱損失的2.3%，兩項為15.9%，注汽管線熱損失占84.1%。因為閥門、支墩熱損失理論計算較困難，使用 儀器現(xiàn)場測量支墩權(quán)平均求得占總熱損失的比重。如果能計算出注汽管線的熱損失值，就可求得墩和閥門的散熱損失。下面重點研究注汽管線的熱損失的理論計算。注汽管線散熱損失主要包括注汽管壁通過保溫層的導(dǎo)熱，保溫層和空氣的對流輻射換熱，在工程計算中，可將對流、輻射換熱系數(shù)復(fù)合成對流換熱系數(shù)。

2 注汽管線熱損失數(shù)學(xué)模型建立

通過注汽管線保溫層導(dǎo)熱公式，建立保溫層熱損失數(shù)學(xué)模型。

保溫層導(dǎo)熱公式： （1）

公式是注汽管線保溫層傳熱的數(shù)學(xué)模型。式中t1為注汽鋼管外壁溫度， 由于鋼管蒸汽對管壁對流換熱系數(shù)、管壁導(dǎo)熱系數(shù)非常高，鋼導(dǎo)熱性能良好，可認(rèn)為管壁溫度等于管內(nèi)蒸汽溫度。因此t1可通過蒸汽焓熵圖表查得。 λ是保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，和材料的性質(zhì)使用溫度有關(guān)，可通過查表計算求得。 h是復(fù)合對流換熱系數(shù)，影響因素較多，計算過程復(fù)雜，主要和保溫層直徑、形狀、風(fēng)速、保溫層外表溫度、環(huán)境溫度有關(guān)。通過經(jīng)驗公式計算求得。

2.1鈦陶瓷保溫材料熱損失計算

鈦陶瓷保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)驗公式為

2.2壓力損失計算

蒸汽輸送過程中還存在壓力損失，在輸汽過程中，蒸汽的狀態(tài)參數(shù)壓力、溫度、焓、干度是不斷變化的。壓力損失和蒸汽干度、流量、管徑、、閥門、彎頭管壁粗造度有關(guān)。算出壓力損失后，可求得1000m處的蒸汽壓力。壓力損失包括摩擦阻力損失和局部阻力損失。

2.3摩擦阻力損失計算

3鈦陶瓷新型保溫材料與硅酸鋁巖棉保溫材料比較

3.1鈦陶瓷與硅酸鋁巖棉保溫材料保溫性能

由于注汽管線生產(chǎn)特點通常為間歇式運行，造成管道的不均勻性伸長或縮短，這樣容易造成內(nèi)外層硅酸鋁的松動及內(nèi)外層之間的互錯，形成較大空腔，傳熱方式由傳導(dǎo)改變?yōu)閷α髋c輻射換熱，減弱了保溫層的保溫作用。硅酸鋁理論導(dǎo)熱系數(shù)為0.065w/m.k，使用條件下導(dǎo)熱系，0.0805w/m.k。硅酸鋁保溫層的熱損失使用壽命為3年左右。

3.2干度保留值

通過理論計算鈦陶瓷保溫的管線蒸汽干度比硅酸鋁巖棉保溫的管線蒸汽干度高1.2%實際上硅酸鋁巖棉保溫層的熱流密度遠(yuǎn)大于理論計算值。因該保溫材料不憎水，容易被雨水浸泡，加上踩踏等原因，導(dǎo)致保溫層下沉，使得保溫層厚度不均勻，上半部變薄，下半部變厚。2013年油田熱能監(jiān)測站對固定注汽管線進(jìn)行了熱損失現(xiàn)場測量，每千米注汽管線干度降低值高達(dá)20%，從而驗證了隨著使用時間的延長，保溫性能不斷下降的結(jié)論。

3.3兩種保溫材料熱損失比較

使用鈦陶瓷新型保溫材料每天可節(jié)省燃料量為 815-724.99=90 Kg，每年可節(jié)省燃料量為90*365*0.7=22995 Kg。使用鈦陶瓷新型保溫材料每天可節(jié)省燃料量為1590-695.52=894.48 Kg，每年可節(jié)省燃料量為894.5*365*0.7=228544.75 Kg

3.4鈦陶瓷與硅酸鋁巖棉保溫材料防水性能

鈦陶瓷保溫材料不沾水，防水性能良好，可以在潮濕環(huán)境長期使用。由于防水，所以在雨季仍然有良好的保溫性能。硅酸鋁巖棉不具有憎水的性能，一旦外保護(hù)層出現(xiàn)破損，硅酸鋁便出現(xiàn)吸水、吸濕現(xiàn)象，一方面造成保溫層黏貼、下沉，另一方面因保溫料積水后干燥能力弱，加劇了管線的外部腐蝕，安全運行系數(shù)降低。

3.5鈦陶瓷與硅酸鋁巖棉保溫材料機械性能

鈦陶瓷保溫材料為硬質(zhì)材料設(shè)計，不會下沉、脫落，不怕外力擠壓及踩踏。投產(chǎn)兩年某油田（鈦陶瓷）管線保溫現(xiàn)場的保溫層仍完好無損。硅酸鋁巖棉保溫材料使用一段時間后，出現(xiàn)下沉、脫落，上部保溫層堆積變薄等現(xiàn)象，并且部分區(qū)域開關(guān)閘門時操作人員需要爬到管線上面，保溫層易被踩踏破壞。

參考文獻(xiàn)

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