史亮?。ù髴c油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

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機械除垢式加熱爐站場應(yīng)用實驗與性能評價

史亮（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

針對常規(guī)火筒式加熱爐在加熱三采采出水過程中出現(xiàn)的淤積結(jié)垢嚴重、燒損頻率高等問題，在三采區(qū)塊試驗了一種新型分體式加熱爐（分體式加熱爐）。通過對分體式加熱爐的運行參數(shù)、結(jié)構(gòu)及機理進行分析，并對比常規(guī)加熱爐在現(xiàn)場的實際應(yīng)用，在優(yōu)化運行的基礎(chǔ)上，客觀評價了分體式加熱爐除垢效果和能耗情況?，F(xiàn)場實驗表明分體式加熱爐除垢效果明顯，加熱三采采出液具有較好的適應(yīng)性，同時對比相同功率常規(guī)加熱爐可節(jié)省天然氣用量，節(jié)能效果較好。

分體式加熱爐；火筒加熱爐；結(jié)構(gòu)機理；機械除垢；性能評價

目前，大慶油田在對采出水進行摻水、熱洗回摻單井過程中采取的是常規(guī)火筒爐加熱的方式。在生產(chǎn)運行過程中，特別是在加熱三元、聚驅(qū)采出水時，火筒式加熱爐煙、火管結(jié)垢嚴重，加熱爐鼓包、燒損現(xiàn)象比較突出。以杏北油田杏六區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊為例，該區(qū)塊建設(shè)轉(zhuǎn)油站2座，火筒式加熱爐6臺，在見劑高峰期，煙、火管外側(cè)結(jié)垢淤積達到35 mm/a，年燒損加熱爐達到11臺。同時，由于結(jié)垢影響造成加熱爐提升速度慢，加大了日常生產(chǎn)運行管理難度。因此，在新建三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊現(xiàn)場實驗應(yīng)用了分體式機械式自動除垢加熱爐（分體式加熱爐），研究在機械除垢、耗氣量方面的現(xiàn)場應(yīng)用效果，為解決三采區(qū)塊加熱爐存在的運行問題提供參考依據(jù)。

1　分體式加熱爐運行機理

該裝置與火筒式加熱爐最大的區(qū)別是將加熱、換熱由同腔式改為分腔式，并利用蒸汽加熱代替了明火直接加熱，從而提高了爐體傳熱效率，降低運行能耗。同時，為避免三元采出液中碳酸鹽、硅酸鹽類垢晶核在高溫下析出、結(jié)晶引發(fā)的局部過熱現(xiàn)象，該裝置設(shè)計在換熱器表面安裝除垢鋼刷，定時清理沉積的污垢，避免因局部過熱引發(fā)的鼓包現(xiàn)象，達到延長加熱爐使用壽命，降低后期維護投資的目的。

1.1參數(shù)及應(yīng)用范圍

分體式加熱爐由臥式加熱爐以及立式換熱器

（配有除垢刷）兩部分組成（表1）。

表1　分體式加熱爐設(shè)計參數(shù)

該裝置適合應(yīng)用在油田轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站的泵前加熱爐流程中，加熱原油和含有各種雜質(zhì)（聚合物、顆粒物）污水，尤其是在加熱聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)采出水時具有明顯的優(yōu)勢。

1.2主要結(jié)構(gòu)及工作原理

分體式加熱爐工作時，載熱體由出口2通過管道進入換熱器管程，同時被加熱介質(zhì)由入口7進入換熱器殼程，在換熱器內(nèi)載熱體與被加熱介質(zhì)充分換熱，冷卻后的熱載體通過回口8流回加熱爐重新加熱升溫，被加熱介質(zhì)吸熱升溫后由出口4流出（圖1）。在工作中換熱器上的自動除垢裝置的減速機驅(qū)動主軸帶動除垢鋼刷在換熱器內(nèi)的換熱體上下表面運動，除掉或防止污垢沉積在換熱體的換熱面上，從而達到除防垢的目的。

圖1　分體式加熱爐主要結(jié)構(gòu)

2　現(xiàn)場使用效果及評價

2.1除垢效果

杏北油田三元-2轉(zhuǎn)油站建有分體式加熱爐1臺，二合一加熱爐3臺，在保證來水水質(zhì)一致的情況下，通過現(xiàn)場實際應(yīng)用情況，對比分體式加熱爐與常規(guī)加熱爐的除垢效果（表2）。

表2　2014年兩種加熱爐淤積結(jié)垢情況對比

通過數(shù)據(jù)可以看出，分體式加熱爐換熱體表面光滑，未結(jié)垢，鋼刷無損壞，除垢效果明顯。目前杏北油田三元-2轉(zhuǎn)油站分體式加熱爐已運行2.5年，未出現(xiàn)淤積燒損問題。與同期對比的常規(guī)二合一加熱爐相比，年維護費用減少30萬元。

2.1.1優(yōu)化除垢周期

結(jié)合分體式加熱爐運行，進一步摸索確定了刮垢周期。分體式加熱爐在刮垢過程中會造成水中懸浮物的變化，因此通過對比不同刮垢周期內(nèi)的出水含懸浮物情況，可確定最佳刮垢周期。

現(xiàn)場分別試驗了6次/d、3次/d、2次/d和1次/d的刮垢周期下的水質(zhì)含懸浮物變化情況（表3），對比不同刮垢周期2次刮垢時間間隔內(nèi)的出水水樣化驗，發(fā)現(xiàn)刮垢周期為3次/d的刮垢后出水水樣含懸浮物最低，并與2次/d、1次/d的出水水樣懸浮物相差不多，考慮到刮垢周期延長，會造成換熱體表面結(jié)垢增厚，刮垢刷不易刮下來，降低加熱爐爐效。因此，現(xiàn)場摸索確定了最佳的刮垢周期為3次/d。

表3　刮垢周期水質(zhì)懸浮固體含量

2.1.2改進垢質(zhì)截留設(shè)計

試驗初期，對比了杏北油田三元-2轉(zhuǎn)油站站內(nèi)的分體式加熱爐和常規(guī)二合一加熱爐出水水質(zhì)效果。

對轉(zhuǎn)油站沉降罐出水、分體式加熱爐出水及二合一加熱爐出水取樣化驗，從化驗結(jié)果看（表4），自動除垢加熱爐比常規(guī)二合一加熱爐出水含懸明顯偏高。經(jīng)分析，分體式加熱爐的污水進口在爐體的下端，出口在上端，污水上行過程中將除垢裝置刮下的固相物質(zhì)帶入摻水管道所致（圖2）。

針對分體爐出水水質(zhì)差的問題，在最上層換熱體的通孔處設(shè)計安裝了過濾網(wǎng)，濾網(wǎng)目數(shù)為40目，實現(xiàn)對管路垢質(zhì)的截留，過濾網(wǎng)的下端面與換熱體的下端面平齊，以便旋轉(zhuǎn)的鋼刷對過濾網(wǎng)的清掃，使下層刮下的垢質(zhì)截留沉降在爐體底部，不隨水流帶入下游摻水管道。

表4　加熱爐出水水質(zhì)情況對比

圖2　分體爐換熱體原理

對9月1—28日運行情況進行改造，運行后分體式加熱爐出水水質(zhì)得到改善，含懸浮物平均為67 mg/L，較常規(guī)二合一加熱爐降低23 mg/L（圖3）。

圖3　分體式加熱爐垢質(zhì)截留技術(shù)改進前后效果對比

2.2能耗效果評價

為保證試驗參數(shù)對等，選取杏北油田杏三-四區(qū)東部三元-5轉(zhuǎn)油放水站分體式加熱爐和二合一加熱爐進行能耗效果評價，基礎(chǔ)參數(shù)見表5。

表5　分體式加熱爐與常規(guī)二合一加熱爐能耗參數(shù)情況

從升溫效果看，在進口溫度為35℃時，分體式加熱爐在1.5 h可將溫度升至80℃，而常規(guī)二合一加熱爐需要4 h（圖4）。

圖4　分體式加熱爐與火筒式加熱爐提溫曲線

實驗選取5月1—12日的耗氣量作為參數(shù)進行對比（圖5），分體式加熱爐平均每天可節(jié)省耗氣276 m3。經(jīng)中國石油天然氣集團公司節(jié)能監(jiān)測評價中心測試，加熱爐正平衡效率為87.75%；加熱爐反平衡效率為85.68%；加熱爐平均熱效率為86.71%［1］。

圖5　分體式加熱爐與火筒式加熱爐自耗氣對比

3　經(jīng)濟效益

由于分體式加熱爐耗氣量低于傳統(tǒng)火筒式加熱爐，且其購進花費與后者相當(dāng)，使得其在經(jīng)濟效益方面有顯著的效果。以三元-5轉(zhuǎn)油放水站單臺分體爐進行經(jīng)濟效益計算：設(shè)備價差分體式加熱爐比二合一加熱爐高27萬元。降低運行成本年節(jié)氣約2.95×104m3，年減少清淤、大修費用30萬元，當(dāng)年即可收回差價成本。

4　結(jié)論

1）分體式加熱爐采取熱蒸汽對流加熱設(shè)計，傳熱效率高，較火筒式加熱爐提溫速度快，同時避免了含油污水直接火管加熱，降低了加熱爐燒損概率。

2）分體式加熱爐采用機械式除垢方式，運行1年后換熱體表面光滑，鋼刷無損壞，除垢效果明顯。

3）分體式加熱爐運行過程中根據(jù)采出水的物性變化，合理優(yōu)化刮垢周期，同時采用垢質(zhì)截留技術(shù)，對三元復(fù)合驅(qū)地面工藝適應(yīng)性較強。

4）在同等參數(shù)條件下，與常規(guī)火筒式加熱爐相比，分體式加熱爐具有能耗低、溫升快、經(jīng)濟效益高的特點。

［1］孫金鳳，畢航銘，王巖.一種自動除垢式加熱爐節(jié)能效果分析［J］.石油石化節(jié)能，2015（8）：41-43.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.012

2016-04-05

（編輯張馨怡）

史亮，工程師，2003年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（石油工程專業(yè)），從事地面工程生產(chǎn)管理和運行工作，E-mail：xuwenhui@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)第四采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，163511。