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        海上稠油熱采小型化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)及應(yīng)用分析

        2016-11-28 10:57:49梁光川
        環(huán)球市場(chǎng) 2016年14期
        關(guān)鍵詞:煙氣系統(tǒng)

        趙 慶 梁光川

        西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院

        海上稠油熱采小型化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)及應(yīng)用分析

        趙 慶 梁光川

        西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院

        目前在海上油田作業(yè)中熱采技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)比較成熟,主要是針對(duì)稠油進(jìn)行開采。不過,由于受到海上環(huán)境及各種條件的限制,要求熱采設(shè)備必須小型化、高效化,因此筆者對(duì)一種小型蒸汽發(fā)生系統(tǒng)進(jìn)行了研究,該系統(tǒng)可以快速、連續(xù)的產(chǎn)生高干度蒸汽,對(duì)海上油田生產(chǎn)起到積極的推動(dòng)作用。

        稠油熱采;小型化發(fā)生系統(tǒng);計(jì)算

        蒸汽熱采作為一種國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)可的稠油開采工藝已經(jīng)非常成熟,然而海上開展蒸汽熱采則會(huì)遇到海上環(huán)境腐蝕、平臺(tái)甲板面積有限、吊機(jī)能力較輕、甲板單位面積載荷小、熱采用水困難等問題。筆者介紹了一種綜合考慮上述問題的能夠適應(yīng)海上平臺(tái)工作環(huán)境小型化蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)。

        一、小型化發(fā)生系統(tǒng)介紹

        小型化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)分為小型化蒸汽發(fā)生器和小型化軟化水處理器兩部分組成,小型化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是先將平臺(tái)水源,經(jīng)過離心泵加壓進(jìn)入一、二級(jí)軟化水罐進(jìn)行離子交換,去除水中鈣、鎂離子實(shí)現(xiàn)水質(zhì)軟化,軟化后的水再經(jīng)過熱力水箱使水加熱至沸點(diǎn)將水中的氧氣排出,實(shí)現(xiàn)去除氧的目的。處理完后的軟化水通過高壓柱塞泵增壓至21MPa進(jìn)入高壓輻射對(duì)流盤管區(qū),同燃燒器所燃燒重油或天然氣放出的高溫?zé)煔鉄徇M(jìn)行輻射換熱和對(duì)流換熱,將受壓盤管內(nèi)的軟化水加熱到具有一定干度的汽水混合物,再由汽水分離器進(jìn)行物理分離,最終產(chǎn)生蒸汽干度為90%以上的汽水混合物。

        二、小型化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)本體結(jié)構(gòu)

        小型化蒸汽發(fā)生器分為六部分組成,1.盤管;2.燃燒室;3.燃燒器;4.汽水分離器;5.控制箱;6.水泵,小型化蒸汽發(fā)生器采用圓形立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),燃燒器通過采用旋風(fēng)式燃燒專利技術(shù),可以提高燃燒效率同時(shí)也可以減少鍋爐內(nèi)部煙氣不均勻系數(shù),最大程度的實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)受熱均勻。高壓受熱管束采用12Cr1MoVG材質(zhì),該材質(zhì)表面溫度在580℃時(shí)仍可以保證材料的安全性,同時(shí)受熱管束采用變化管徑的大小,有效的降低蒸汽水阻力,使設(shè)備電耗處于一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行下。通過巧妙的增加立式汽水分離器將高壓管束內(nèi)的濕飽和蒸汽進(jìn)一步分離,形成干度大于90%的蒸汽。

        蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)在保證蒸發(fā)量的同時(shí)將蒸汽的干度較陸地鍋爐提高了10%,根據(jù)水蒸氣特性可知,鍋爐的出力即功率較陸地油田同等噸位鍋爐高出10%,有效地提高了注汽質(zhì)量,增強(qiáng)了蒸汽吞吐的效果。同時(shí)設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)總共分為9個(gè)模塊:1.發(fā)生器上部高壓管束;2.發(fā)生器下部高壓管束;3.發(fā)生器正壓防爆間上部;4發(fā)生器正壓防爆間下部;5.鍋爐軟化水器模塊;6.高壓泵模塊;7.閃蒸罐模塊;8.除氧水罐模塊;9.汽水分離器模塊。各模塊重量均小于9噸可以滿足海上所有平臺(tái)吊機(jī)能力的要求。

        由于蒸汽發(fā)生器采用立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所以大幅降低了平臺(tái)使用面積。發(fā)生器采用在線蒸汽吹灰解決了以往停爐才能實(shí)現(xiàn)吹灰的問題,增強(qiáng)了鍋爐效率,同時(shí)控制部分采用蒸汽干度實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng),可以有效地監(jiān)測(cè)蒸汽的注汽干度、瞬時(shí)注入熱能、累計(jì)注汽總熱能,即便臨時(shí)中斷后再次注汽也能及時(shí)準(zhǔn)確的計(jì)算出剩余注入能量的多少。

        三、輻射受熱面計(jì)算

        由于采用先進(jìn)的旋風(fēng)燃燒技術(shù)同時(shí)輻射區(qū)域采用圓形設(shè)計(jì),這樣可以將發(fā)生器燃燒室燃燒基本完全對(duì)稱,這樣保證了發(fā)生器燃燒室內(nèi)部所有區(qū)域的受熱均衡,從輻射受熱面的熱有效性系數(shù)

        S′----輻射受熱面的灰污系數(shù)

        X----輻射受熱面的角系數(shù)

        從(1)可以得出,受熱面有效性系數(shù)同角系數(shù)和輻射受熱面的灰污系數(shù)有關(guān)系。輻射受熱面的灰污系數(shù)在燃料為重油時(shí)為0.55,水冷壁角系數(shù),與水冷壁的相對(duì)管距s/d(s----管距,d----管徑)及水冷壁管距爐墻的相對(duì)距離e/d有關(guān)(e----水冷壁管中心到爐墻的距離),當(dāng)s/d=1時(shí)角系數(shù)達(dá)到最大值1,而小型化蒸汽發(fā)生器輻射區(qū)域采用螺旋盤管式結(jié)構(gòu)即s=d即s/d=1,所以采用螺旋盤管式結(jié)構(gòu)作為輻射區(qū)域可以在同等輻射面積的情況下最大的縮小體積。

        四、對(duì)流受熱面計(jì)算

        小型化蒸汽發(fā)生器對(duì)流受熱面采用螺旋蚊香盤管錯(cuò)列式結(jié)構(gòu),采用該結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于,可以在有限的體積內(nèi)能布置更多的對(duì)流受熱面積,同時(shí)煙氣沖刷管束的速度較普通煙氣速度增加近一倍,見換熱計(jì)算公式:

        --對(duì)流換熱量(kJ/kg);H--對(duì)流換熱面積(m2);Δt--對(duì)流放熱溫壓(℃);k--對(duì)流換熱系數(shù);Bj--計(jì)算燃料消耗量(kg/h)

        這樣從(2)中可以看出對(duì)流換熱量同對(duì)流換熱面積、溫壓、換熱系數(shù)以及計(jì)算燃料消耗量有關(guān),計(jì)算燃料消耗量在燃料為油時(shí)已經(jīng)是定值。而k對(duì)流換熱系數(shù)由于公式3所決定:

        1/α1。煙氣側(cè)熱阻(m2時(shí)℃/千焦);δh/7}。受熱面煙氣側(cè)灰污層熱阻(m2時(shí)℃/千焦);δgb/ λgb。受熱面管壁金屬熱阻(m2時(shí)℃/千焦);δsb/ λsb受熱面內(nèi)部工質(zhì)側(cè)水垢層的熱阻(m2時(shí)℃/千焦);1/α2,工質(zhì)側(cè)熱阻(m2時(shí)℃/千焦)

        αd對(duì)流放熱系數(shù)(m2時(shí)℃/千焦);αf輻射放熱系數(shù)(m2時(shí)℃/千焦)

        λ煙氣在管簇中的平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)(m2時(shí)℃/千焦);d管徑(m);w煙氣流速(m/s);煙氣在管簇中的平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s);Pr煙氣在管簇中平均溫度下的普朗特準(zhǔn)則。

        通過(3)、(4)、(5)可以得知,煙氣流速每增加一倍,將給Qch。對(duì)流換熱量增加1.57倍的換熱量,同時(shí)每增加一倍對(duì)流換熱面積將給Qch。對(duì)流換熱量增加1倍的換熱量。所以采用蚊香盤管錯(cuò)列式對(duì)流換熱可以大幅度提高煙氣對(duì)流吸熱能力從而降低結(jié)構(gòu)的體積和占地面積。

        五、結(jié)束語

        小型化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)采用立式盤管輻射結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)中充分利用了燃燒器旋風(fēng)燃燒技術(shù)的專利特點(diǎn)以及在線蒸汽吹灰的優(yōu)勢(shì),可以將蒸汽發(fā)生器將受熱面煙氣側(cè)灰污層熱阻實(shí)時(shí)處在最小狀態(tài),傳熱最大。

        利用幾項(xiàng)關(guān)鍵性設(shè)計(jì)和技術(shù)可以充分保證海上蒸汽發(fā)生系統(tǒng)小型化、模塊化、高效化,能夠適合海上工作環(huán)境和熱采技術(shù)要求,為海上稠油開采提供了全新的工作模式。

        [1]鞏長(zhǎng)明.淺談稠油開采工藝新技術(shù)及其應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2012,11:87.

        [2]王學(xué)忠.稠油開采技術(shù)進(jìn)展[J].當(dāng)代石油石化.2010,01:26-29.

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