王雪
摘 要:隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,油田勘探受到了人們的廣泛關注。油田勘探的順利開展需要大量的機械設備,而加熱爐則是一種十分重要的油田勘探開發(fā)設備,在油田工程中使用數(shù)量多,對油田開采工作起到積極作用。隨著加熱爐使用年限的增加,設備老化問題嚴重,操作技術也越來越落后。特別是近幾年新技術在油田開采中的應用,更需要改變加熱爐的應用現(xiàn)狀,尋找適合我國油田用加熱爐技術的發(fā)展方向。文章主要針對我國當前油田用加熱爐的應用現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向進行了分析,希望能夠給油田工作人員提供一定的借鑒。
關鍵詞:加熱爐;燃燒器;燃油霧化;相變熱傳導技術
前言
隨著石油開采工作的逐步深入,開采難度逐漸增加,開發(fā)的面積也越來越廣泛,而且地下油層開始進入到高含水期,這時所使用的加熱爐的數(shù)量也越來越多。根據(jù)相關調(diào)查顯示,到二零零五年,中石油使用加熱爐的數(shù)量約一萬九千臺,可見其重要性。相比其他的石油開采設備,加熱爐屬于主要能耗設備,在石油加工中使用頻率非常高,當前油田用加熱爐存在設備老化、加工效率低、爐內(nèi)腐蝕嚴重等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象的發(fā)生會影響加熱爐的正常使用,進而影響到整個加工過程的順利開展,油田企公司必須重視加熱爐的使用現(xiàn)狀,關注未來油田用加熱爐技術的發(fā)展方向,這不僅對油田企業(yè)具有重要意義,對于整個石油開采行業(yè)來說都是非常有利的。
1 加熱爐的結(jié)構(gòu)形式與技術分析
根據(jù)加熱爐的結(jié)構(gòu)形式可以分為管式加熱爐、火筒式加熱爐、水套加熱爐、相變加熱爐等類型,不同的加熱爐具有各自的特點,下面我們就具體分析一下這幾類加熱爐的特點。
1.1 管式加熱爐
該種加熱爐能夠直接對加熱管中的介質(zhì)進行加熱,升溫速度非???,單臺功率大,能夠通過很小的受熱面積獲得比較大的加熱功率,不過該種加熱率在加熱原油時,隨著使用時間的增長容易出現(xiàn)管壁結(jié)塊的問題,這就會影響到設備的換熱效果,如果結(jié)垢不均勻還會導致管壁局部過熱的情況,嚴重的可能會引起爆炸事故的發(fā)生。
1.2 火筒式加熱爐
該種加熱爐主要是通過爐內(nèi)燃燒物產(chǎn)生的熱量來加熱生產(chǎn)介質(zhì)。相比管式加熱爐,該種加熱爐在加熱流速緩慢的生產(chǎn)介質(zhì)時結(jié)構(gòu)件上也容易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,但是對換熱效果影響比較小,不過該種加熱爐還是不適合加熱容易結(jié)垢的生產(chǎn)介質(zhì)。該種加熱爐的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)比較簡單,能耗比較小,投資成本低等,但是最大的缺點就是燃燒筒和生產(chǎn)介質(zhì)直接接觸,這可能會污染生產(chǎn)介質(zhì),導致產(chǎn)品質(zhì)量不達標。
1.3 水套加熱爐
相比火筒式加熱爐,該種加熱爐內(nèi)部的爐殼和火筒接觸的介質(zhì)是水,通過加熱水,使得爐殼內(nèi)的盤管溫度上升,進而起到加熱的效果。該種加熱爐的有點就是能夠避免出現(xiàn)火筒結(jié)垢現(xiàn)象,而且介質(zhì)是水也能夠減輕對管壁的腐蝕,安全性上相比其他加熱爐來說更高。近幾年,該種加熱爐在油田生產(chǎn)中的使用頻率逐年增加,不過該種設備也存在著一些缺點,例如傳熱效率比較低、設備結(jié)構(gòu)比較負載,而且在運行的過程中需要隨時補充水。
1.4 相變加熱爐
相變加熱爐是近年來研制的一種新型加熱爐,主體結(jié)構(gòu)包括火筒、爐體(蒸汽發(fā)生器)和換熱盤管。其基本原理是:燃燒產(chǎn)生的熱量使得爐體內(nèi)(蒸汽發(fā)生器內(nèi))的水沸騰汽化,水蒸氣與盤管接觸加熱盤管內(nèi)的生產(chǎn)介質(zhì),水蒸氣接觸盤管冷凝成液體再次在爐體內(nèi)被加熱,由水變成水蒸氣,再由水蒸氣變成水的相變過程中產(chǎn)生熱交換,使得生產(chǎn)介質(zhì)被加熱。相變加熱爐利用相變傳熱原理,具有很高的管外傳熱系數(shù),約為4000W/(m2·℃)。
2 加熱爐技術與分析
加熱爐是由很多零部件組成的,其中最為核心的部件就是燃燒器,燃燒器決定了加熱爐的燃燒效率、安全排放等方面。過去加熱爐的生產(chǎn)廠家以及使用方都不太重視燃燒器技術。但是當前隨著加熱爐的生產(chǎn)廠家逐漸增多,但燃燒器的生產(chǎn)廠家卻在逐漸減少,而且研究燃燒器技術的單位就更少了,這對于加熱爐技術的提升是十分不利的。當前大多數(shù)加熱爐所使用的都是正壓鼓風燃燒器,不能夠滿足不同使用單位的需求。近幾年,很多專家學者以及生產(chǎn)單位已經(jīng)認識到提升燃燒器技術的重要性,并研制出了轉(zhuǎn)杯霧化燃燒器,在實際使用中也獲得了大家的好評。該燃燒器的關鍵技術就是能夠?qū)崿F(xiàn)空氣和燃料的有效混合,也就是燃油霧化法。下面我們就對幾種比較常見的燃油霧化法進行分析。
2.1 外混合霧化器
輔助的壓力噴氣機將空氣高速噴入霧化器,在霧化器端口經(jīng)過渦旋發(fā)生器,產(chǎn)生渦使之與燃料油充分混合霧化,這種霧化器可保證空氣和燃料油在通道內(nèi)不混合,所以空氣壓力波動對燃料油無影響。
2.2 內(nèi)混合霧化器
蒸汽霧化器包括有一定數(shù)量的噴管,噴油孔和噴氣孔對應。油和空氣在內(nèi)部混合,形成油和空氣的高壓乳化液,經(jīng)混合的油氣混合物從最后的管口噴出被霧化后進入燃燒腔。德國的扎克系列燃燒器采用的就是外混合霧化器或內(nèi)混合霧化器,單槍式結(jié)構(gòu)。適合于輕油、重油和天然氣等燃料。
2.3 轉(zhuǎn)杯霧化器
轉(zhuǎn)杯高速(大約5000r/min)旋轉(zhuǎn),燃料油低壓進入轉(zhuǎn)杯,均勻分布于轉(zhuǎn)杯內(nèi)表面并從轉(zhuǎn)杯的圓錐形外緣拋出。帶壓空氣從轉(zhuǎn)杯中心進入在被外觸及拋出的薄膜狀燃油使之霧化。轉(zhuǎn)杯的轉(zhuǎn)速可調(diào)。意大利的白得燃燒器、德國的威索燃燒器主要采用轉(zhuǎn)杯霧化器,適應于輕油、重油、天然氣和油氣混合型燃料。
3 加熱爐技術發(fā)展方向
(1)應用相變熱傳導技術能夠提高加熱爐的換熱效率。由于該種技術主要是把水蒸氣作為傳熱介質(zhì),水在封閉的爐殼內(nèi)受熱,水損失比較小,而且不容易結(jié)構(gòu),能夠保證加熱爐維持在超過百分之九十的換熱效率,在運行的過程中能夠保證設備的安全性和穩(wěn)定性。(2)目前我國高效燃燒器的研究還比較緩慢,為了能夠適應當前我國油田行業(yè)的快速發(fā)展,必須加快高效燃燒器的研究速度,并重點研究霧化技術。當前比較先進的霧化技術不僅能夠燃燒完全,而且還能夠適應各種燃料油。為了能夠保證燃燒器的安全未定運行,需要在其內(nèi)部增設處理系統(tǒng),及時清除燃料油中的固體雜質(zhì)。(3)加熱爐的組成結(jié)構(gòu)十分復雜,其中換熱盤管是一種十分重要的加熱爐部件,在設計盤管時需要全面考慮可能遇到的各種生產(chǎn)介質(zhì),并考慮到管壁結(jié)垢情況,同時還要考慮結(jié)構(gòu)上盡量簡單,方便維護,保證使用效果,延長盤管的使用年限。(4)自動化控制與監(jiān)測技術的應用。自動化控制技術在我國生產(chǎn)加工行業(yè)使用的非常廣泛,在加熱爐中應用自動化控制技術能夠?qū)崿F(xiàn)自動吹灰、自動點火、自動停止和啟動,燃燒利用率可接近百分之百,加熱爐的效率可達百分之九十左右,而且操作起來十分簡單,能夠精確控制介質(zhì)溫度。同時在加熱爐中使用監(jiān)測技術能夠?qū)崿F(xiàn)熄火保護、超溫和超壓保護等等,能夠進一步提高設備運行的安全性。這兩種技術都能夠?qū)崿F(xiàn)遠程化控制,節(jié)省了人力,提高了生產(chǎn)效率,也提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。(5)專業(yè)化制造與供應。我國生產(chǎn)加工領域正在逐步的實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)制造,當前我國油田用加熱爐的生產(chǎn)廠家很多,供應上比較分散,很難形成集中供應能力,專業(yè)化技術不高,對技術創(chuàng)新的重視程度不夠,所以生產(chǎn)企業(yè)應該加強加熱爐的專業(yè)化制造能力以及實現(xiàn)集中供應。
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