林佳（大慶油田工程有限公司）

超聲波除垢技術(shù)及波紋管在加熱爐改造中的應(yīng)用

林佳（大慶油田工程有限公司）

二合一加熱爐是油田轉(zhuǎn)油站內(nèi)的重要升溫設(shè)備，為了提高現(xiàn)有加熱爐的熱效率，減緩煙管、火管硬垢的形成，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用波紋管及超聲波除垢技術(shù)改造現(xiàn)有加熱爐。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，加熱爐內(nèi)煙管、火管結(jié)垢明顯減少，爐效升高6.12%，節(jié)氣率為9%，節(jié)能效果良好。

加熱爐 波紋管 超聲波除垢 應(yīng)用效果

大慶油田地處寒冷地區(qū)，原油凝固點(diǎn)高，為保證原油流動(dòng)性，站外集油系統(tǒng)多采用摻水集油的工藝流程。因此，加熱爐成為轉(zhuǎn)油站內(nèi)加熱摻水用水的重要設(shè)備，加熱爐運(yùn)行狀況的好壞也直接影響到油田的安全生產(chǎn)和原油生產(chǎn)成本中的能耗費(fèi)用。通過(guò)對(duì)聚南5-1站已建二合一加熱爐運(yùn)行狀況的長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有二合一加熱爐存在煙管換熱面積小，排煙溫度高的缺陷，加之運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，水垢清理不及時(shí)，造成了火管容易燒損、傳熱效率低的結(jié)果。

為提高加熱爐的熱效率，現(xiàn)場(chǎng)采取更換加熱爐煙管、火管的措施，將雙火管改為單火管，將煙管改造為波紋管式煙管束，同時(shí)采用超聲波除垢技術(shù)減緩煙管、火管表面硬垢的形成。改造后的加熱爐測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，提高爐效6.12%，節(jié)氣率為9%，每年可節(jié)約加熱爐維護(hù)修理費(fèi)用約5萬(wàn)元，節(jié)能效果良好。

1 技術(shù)原理及實(shí)施方案

1.1 技術(shù)原理

1）應(yīng)用波紋管提高換熱效率。原有加熱爐采用雙火管結(jié)構(gòu)，每個(gè)火筒連接兩根煙管，改造后采用單火管與煙管束結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。煙管束采用波紋管，通過(guò)增加換熱面積提高熱效率。

2）采用超聲波除垢技術(shù)。超聲波除垢技術(shù)在油田上主要用于二合一加熱爐的防垢，對(duì)以硬垢為主的垢層有一定的阻垢作用。該技術(shù)是通過(guò)超聲波的聲場(chǎng)作用清除管壁上沉積的垢層，同時(shí)防止垢晶體沉積在管道壁上，是一種物理除垢方法。通過(guò)超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)產(chǎn)生的空化效應(yīng)、機(jī)械剪切效應(yīng)、活化效應(yīng)以及抑制效應(yīng)，使管壁上的垢從致密變得疏松直至脫落，同時(shí)還可以阻止垢的沉積。

超聲波除垢裝置能有效地改善爐內(nèi)煙管、火管的結(jié)垢問(wèn)題，對(duì)以硬垢為主的爐垢起到減緩結(jié)垢的作用。避免因頻繁清洗所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失與不便，延長(zhǎng)了煙管與火管的使用周期，提高了整套設(shè)備的使用壽命；更重要的是提高了熱傳遞效率，減少了能源損耗，達(dá)到節(jié)能目的。

1.2 實(shí)施方案

選擇聚南5-1站1#二合一加熱爐進(jìn)行加熱爐自動(dòng)除垢技術(shù)試驗(yàn)研究。該加熱爐原為摻水熱洗兩用爐，2.0 MW，爐體尺寸為Φ3.0 m×15 m。

1）去掉耐火磚，將火管直徑加大，由以前2個(gè)Φ800 mm的雙火管改為Φ1600 mm單火管，將加熱爐燃燒器更換為一個(gè)長(zhǎng)火焰型燃燒器。

2）在加熱爐進(jìn)、出水管線上增加了一套超聲波除垢裝置。

3）增設(shè)了后煙箱，煙管的排列與連接也相應(yīng)地改變，改為管束型煙管，加熱爐換熱面積由原來(lái)的127.98 m2增加到133.94 m2，換熱面積增加4.7%。

4）火管與煙箱通過(guò)波紋管相連接，有效消除熱應(yīng)力，避免此處焊口開(kāi)裂。

5）原封頭為雙火筒結(jié)構(gòu)，現(xiàn)為單火筒結(jié)構(gòu)，更換封頭。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2009年12月開(kāi)始對(duì)聚南5-1站1#二合一加熱爐實(shí)施改造，2010年8月加熱爐改造完畢投入使用。改造完畢后該臺(tái)加熱爐仍用于摻水熱洗，用于熱洗時(shí)進(jìn)口溫度為37℃，出口溫度可達(dá)75℃以上。升溫速度較快，從37℃升高到70℃，需要1.5 h左右，而同情況下其他加熱爐需要3 h左右。加熱爐運(yùn)行多年來(lái)，煙管、火管運(yùn)行良好，未出現(xiàn)任何燒損以及焊口開(kāi)裂現(xiàn)象。

2011年11月10日通過(guò)節(jié)能監(jiān)測(cè)中心對(duì)該臺(tái)加熱爐及工況相同的聚南5-1站2臺(tái)加熱爐同時(shí)進(jìn)行了加熱爐爐效測(cè)試。2臺(tái)加熱爐均為2.0 MW，且同時(shí)用于摻水，進(jìn)口溫度均為41℃，3#傳統(tǒng)二合一加熱爐、1#加熱爐出口溫度分別為62.8℃、61.5℃，加熱爐負(fù)荷分別為53.88%、51.38%。3#加熱爐排煙溫度為292℃，而1#加熱爐僅為191℃，排煙溫度較1#加熱爐低101℃，排煙熱損失低6.42%。3#加熱爐反平衡爐效為77.69%，1#加熱爐為83.81%，1#加熱爐爐效高出6.12%，節(jié)氣率為9%。

3 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析

1）加熱爐爐效高出6.12%，節(jié)氣率為9%。以加熱爐耗氣量為160 m3/h，年運(yùn)行100天計(jì)算，年節(jié)省費(fèi)用約為31 104元。

2）對(duì)加熱爐設(shè)定指令進(jìn)行自動(dòng)清淤，減少了清淤費(fèi)用，改善換熱效果；同時(shí)，火管直徑變大，可防止火焰與火管壁的直接接觸，減小火管被燒損的可能性。預(yù)計(jì)每年可節(jié)約加熱爐維護(hù)修理費(fèi)用5萬(wàn)元，綜合節(jié)約費(fèi)用約8.110 4萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

1）將二合一加熱爐由雙火管改為單火管，拆除耐火磚，并將加熱爐的火嘴改為一個(gè)長(zhǎng)火焰型燃燒火嘴；同時(shí)，將加熱爐煙管改造為波紋管式管束型煙管，加大了換熱面積，有效利用熱能，提高熱效率。

2）在加熱爐進(jìn)出液口增加了1套超聲波除垢裝置，有效減緩煙管、火管結(jié)垢，既提高了爐體熱效率，又減少工人的清爐次數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度。

表3 改造前后加藥量對(duì)比

由表3可知，增加低溫預(yù)脫水工藝后，總藥劑量減少，每年可節(jié)省藥劑費(fèi)用51.5萬(wàn)元。

綜上所述，實(shí)施低溫預(yù)脫水工藝改造后，運(yùn)行費(fèi)用減少158.8萬(wàn)元/a。

4 結(jié)論

1）原油脫水工藝在進(jìn)站不加熱情況下，通過(guò)增加低溫預(yù)脫水劑可以將高含水原油進(jìn)行污水預(yù)分離，直接進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，節(jié)省大量能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。

2）該工藝中應(yīng)用預(yù)脫水劑量少，作用溫度低，破乳及凈水速度快，且與破乳劑有良好的配伍性。

3）低溫預(yù)脫水工藝改造方案簡(jiǎn)單、適用，投資少、見(jiàn)效快，經(jīng)濟(jì)效益良好，易推廣應(yīng)用。

[1]武斌安.稠油高含水期高效低耗集輸工藝技術(shù)研究[J].中外能源,2006,11(4):52-54.

[2]嚴(yán)大凡.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1986:215-216.

（收稿日期：2015-03-05）

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.005

2015-05-19）

林佳，工程師，2005畢業(yè)于東北石油大學(xué)，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)工作，E-mail：linjia@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田設(shè)計(jì)院油氣集輸室，163712。