王志國(guó)（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

引言

近年來(lái)，油田廣泛使用的加熱爐在運(yùn)行一段時(shí)間以后，由于加熱爐加熱段與緩沖段之間有隔板的原因，在熱水對(duì)流作用下，介質(zhì)中的泥砂在煙火管外表面大量沉積，導(dǎo)致煙火管外表面結(jié)垢或結(jié)焦；一方面使加熱爐熱效率降低，另一方面使煙火管鼓包，甚至燒穿，給加熱爐的安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。尤其是油田注聚、注三元以后，采出液的黏度增加，更加快了煙火管的結(jié)焦進(jìn)程和煙火管的破損速度。

目前油田加熱爐燒損數(shù)量相對(duì)較多。通過(guò)對(duì)損壞的57臺(tái)加熱爐損壞部位分析，加熱爐火管鼓包數(shù)量28臺(tái)，占總數(shù)的49.1%；火管穿孔數(shù)量12臺(tái)，占總數(shù)的21%；焊口開裂數(shù)量21臺(tái)，占總數(shù)的37%。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看出，加熱爐易損壞部位主要是火管，火管鼓包嚴(yán)重的情況就是穿孔，其次是加熱爐內(nèi)部煙火管的焊口部位易損壞。

加熱爐火管內(nèi)部是有明火出現(xiàn)的位置，當(dāng)出現(xiàn)損壞情況，明火就會(huì)在爐膛內(nèi)到處散發(fā)。油田加熱爐處理介質(zhì)多為含水原油、含油污水，屬于甲B類液體，閃點(diǎn)小于28℃，當(dāng)遇到明火就會(huì)燃燒；當(dāng)揮發(fā)蒸汽濃度達(dá)到爆炸極限，爐體就會(huì)發(fā)生爆炸。如果加熱爐損壞發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，造成煙火管穿孔現(xiàn)象，可能會(huì)發(fā)生著火、爆炸及傷人等重大事故。

為避免上述情況的發(fā)生，就需要了解加熱爐煙火管損壞的原因，尋找防治的方法，降低該設(shè)備的損壞概率及生產(chǎn)損失。

1 加熱爐燒損原因

1.1 金屬表面結(jié)垢

從燒損情況比較容易發(fā)生的設(shè)備位置看，煙火管表面結(jié)垢[1]嚴(yán)重。油田采出液本身礦化度較高，內(nèi)部含有大量的Ca2+、Mg2+、SO42-、CO32-等成垢性離子[2]，也含有大量的原油、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等成垢的黏合劑。采出液黏度增加，明顯加大含油污水中泥沙量。采出液被加熱后，具有過(guò)飽和度的CaCO3、MgCO3、CaSO4等鹽類會(huì)形成晶體析出，沉積于加熱爐內(nèi)表面，形成污垢。如果加熱爐煙火管上的污垢累積厚度達(dá)到10 mm時(shí)，就會(huì)明顯降低加熱爐的傳熱效率，增加燃?xì)庀?，并可能?dǎo)致火管變形和穿孔。

1.2 爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

1.2.1 微正壓加熱爐煙火管連接處焊口易開裂

目前某采油廠共有微正壓加熱爐6l臺(tái)，該型加熱爐在設(shè)計(jì)上側(cè)重考慮，通過(guò)增加加熱爐的換熱面積提高加熱爐效率，增加了細(xì)煙管的數(shù)量，替代原有的粗煙管，有20多根煙管與火管連接。在運(yùn)行中由于煙火管受力不均勻，在煙火管連接處易出現(xiàn)焊口開裂。另外，微正壓加熱爐煙管數(shù)量多，煙管與火管之間空隙較小，沉積的雜質(zhì)無(wú)法徹底清除，容易造成局部過(guò)熱，增加了損壞概率。

表1 三元217站火管外壁測(cè)試溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.2.2 真空加熱爐出口溫度偏低

目前某采油廠共有真空加熱爐40臺(tái)，該型加熱爐在使用1年后，介質(zhì)加熱溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度，具體表現(xiàn)為換熱器部分容易結(jié)垢。2006—2008年共有30臺(tái)次真空爐均經(jīng)過(guò)酸洗，酸洗后溫度能超過(guò)70℃，但運(yùn)行一段時(shí)間（一般3個(gè)月），出口溫度下降，達(dá)不到生產(chǎn)要求，影響油井熱洗。在某轉(zhuǎn)油站真空爐檢修時(shí)，打開換熱器封頭后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)污水的管程截面已有一半被水垢堵塞。由于真空加熱爐屬于全自動(dòng)控制加熱爐，器件出現(xiàn)問(wèn)題只能聯(lián)系廠家進(jìn)行維修，售后保障不夠及時(shí)，對(duì)生產(chǎn)有一定影響。

1.3 管理不當(dāng)

當(dāng)加熱爐結(jié)垢而沒(méi)有進(jìn)行清垢時(shí)，在操作過(guò)程中為保證加熱介質(zhì)的出口溫度，必須加大燃?xì)饬?，這樣就會(huì)使火管壁溫度升高，結(jié)垢更加嚴(yán)重，導(dǎo)致熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)，形成惡性循環(huán)，從而造成加熱爐煙火管燒損。

圖1 中102轉(zhuǎn)油站加熱爐爐管泥沙淤積照片

圖2 中601站1#加熱爐爐管塌陷照片

由圖1、圖2可知，加熱爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，火管表面會(huì)有大量泥沙淤積，嚴(yán)重時(shí)火管局部出現(xiàn)塌陷的情況。

2 解決加熱爐燒損問(wèn)題的技術(shù)對(duì)策

2.1 安裝防爐管超溫防爆安全監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置

由于加熱爐存在局部高溫區(qū)使煙火管易燒損，因此，有必要掌握加熱爐煙火管的溫度分布狀態(tài)以采取必要的保護(hù)措施。2017年，在三元217站（20171218）2#加熱爐火管外壁和聚中209站（20171125）火管外壁試驗(yàn)安裝防爐管超溫防爆安全監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置[3]，該系統(tǒng)與已建的自動(dòng)燃燒器進(jìn)行連接，在監(jiān)測(cè)火管壁溫度的同時(shí)，系統(tǒng)還具有報(bào)警和控制的功能。三元217站2#微正壓加熱爐試驗(yàn)情況及加熱爐火管外壁安裝測(cè)溫點(diǎn)位置見圖3，測(cè)試溫度數(shù)據(jù)見表1。

該加熱爐在2017年12月30日16：08之前屬于由烘爐到逐步提溫階段。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，加熱爐火管壁外部各點(diǎn)溫度分布不同，耐火磚內(nèi)外溫差較大，火筒上部耐火磚外300 mm處溫度最高，確實(shí)存在局部高溫區(qū)。16：39時(shí)第3點(diǎn)達(dá)最高溫度，即左側(cè)耐火磚外300 mm處（499.7℃），當(dāng)?shù)?點(diǎn)溫度超過(guò)450℃時(shí)，裝置報(bào)警，操作人員到現(xiàn)場(chǎng)查看火筒有漏水跡象，停爐等候維修。通過(guò)風(fēng)壓測(cè)試檢測(cè)到該加熱爐漏點(diǎn)位置位于耐火磚外側(cè)下面某點(diǎn)處。加熱爐的火管材料屬低合金鋼Q245R，根據(jù)GB 150.2—2011《壓力容器第2部分：材料》所規(guī)定的碳素鋼和低合金鋼鋼板許用應(yīng)力可看出，加熱爐火管溫度不能超過(guò)450℃，否則就不能繼續(xù)使用。在試驗(yàn)階段，找到火管溫度的最高點(diǎn)，將最高點(diǎn)溫度設(shè)定430℃報(bào)警，設(shè)定445℃停爐，然后檢查爐管結(jié)垢情況，若嚴(yán)重需要清淤。在采用技術(shù)手段監(jiān)測(cè)爐管運(yùn)行情況后，加熱爐火管鼓包、穿孔的現(xiàn)象基本解決了。目前某采油廠應(yīng)用防爐管超溫防爆安全監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置的加熱爐共2l臺(tái)。

圖3 中217站安裝測(cè)溫點(diǎn)示意圖

2.2 安裝燃?xì)廨椛涔?/h3>

為了降低加熱爐煙火管局部高溫區(qū)的影響，采用新的防護(hù)技術(shù)，在聚中410站（20171020）和聚中七站（20171031）安裝了加熱爐輻射管[4]（圖4、圖5）。

圖4 4 m長(zhǎng)、4 mm厚的不銹鋼輻射管

2臺(tái)大修加熱爐安裝輻射管投產(chǎn)后，相比其他加熱爐，試驗(yàn)加熱爐溫度提升較快，應(yīng)用效果較好。測(cè)試聚中410站火管壁溫度（測(cè)溫點(diǎn)距離火筒端口分別為1.8 m、2.2 m、4.2 m），最高溫度僅為292℃，說(shuō)明輻射管熱流密度最高值顯著降低。加熱爐爐效已于2017年11月26日由節(jié)能監(jiān)測(cè)中心完成測(cè)試，聚中410站1#爐為82.26%，聚中七站5#爐為81.41%。目前全廠應(yīng)用輻射管裝置的加熱爐共20臺(tái)。

圖5 安裝輻射管的加熱爐火管

2.3 更換加熱爐

更新加熱爐是將原有加熱爐拆除，將新爐安裝在原爐位置上，再配套安裝工藝管道、電氣及自控等設(shè)施。

2.4 大修加熱爐

先停產(chǎn)，清罐、割開單側(cè)封頭。根據(jù)加熱爐損壞情況，在達(dá)到動(dòng)火條件后，將爐內(nèi)原有煙火管全部或部分拆除，再將新預(yù)制的煙火管安裝進(jìn)去或?qū)Σ糠謸p壞的煙火管進(jìn)行修補(bǔ)。完成后對(duì)破壞的防腐保溫層進(jìn)行修復(fù)。

經(jīng)過(guò)采取上述技術(shù)措施，可以降低加熱爐燒損的數(shù)量，提高加熱爐的熱效率，降低維修費(fèi)用。

3 結(jié)論

1）火管局部采用15CrMoR耐高溫鋼。針對(duì)加熱爐火管結(jié)垢過(guò)厚導(dǎo)致局部散熱不暢，引起鋼材機(jī)械性能下降的現(xiàn)象，從火筒本身入手，設(shè)計(jì)在加熱爐新建和改造項(xiàng)目中，局部使用抗高溫性能較好的鋼材（15CrMoR）[5]，應(yīng)用效果需要跟蹤。目前共有56臺(tái)加熱爐應(yīng)用了該材質(zhì)。

2）改進(jìn)加熱爐設(shè)計(jì)不合理的爐體結(jié)構(gòu)。對(duì)于微正壓加熱爐，已經(jīng)對(duì)煙火管的連接方式進(jìn)行了技術(shù)改造，取消煙管彎頭結(jié)構(gòu)，增加了內(nèi)煙箱，解決了因結(jié)垢嚴(yán)重致使金屬壁溫升高、煙管彎頭產(chǎn)生熱裂紋的問(wèn)題，在一定程度上延長(zhǎng)了加熱爐的使用壽命。將微正壓加熱爐的煙管由?89改為?219，煙管間的間隙盡可能大（圖6）；同時(shí)試驗(yàn)應(yīng)用膨脹節(jié)技術(shù)，在靠近煙囪煙箱處，每根煙管上依次錯(cuò)開增設(shè)金屬波紋管膨脹節(jié)，減少因煙管與火管軸向膨脹量不同而產(chǎn)生的煙管對(duì)火管管箱的作用力等。需要對(duì)已經(jīng)改進(jìn)的加熱爐的應(yīng)用效果進(jìn)行跟蹤。

圖6 1.0 MW加熱爐煙火管改造前后布置對(duì)比

3）對(duì)于真空加熱爐[6]，已經(jīng)與廠家達(dá)成協(xié)議，制定出每臺(tái)有問(wèn)題的真空加熱爐的詳細(xì)改造方案；考慮到加熱設(shè)備改造及使用的安全性，改造工程量較大時(shí)均要求有正規(guī)設(shè)計(jì)，由油田管理部和規(guī)劃設(shè)計(jì)所共同負(fù)責(zé)，徹底解決真空加熱爐的問(wèn)題。

4）結(jié)合常溫和降溫集輸工作，降低摻水溫度和摻水量，減少加熱爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低加熱爐運(yùn)行負(fù)荷，杜絕高溫和高負(fù)荷運(yùn)行對(duì)加熱爐造成損害。

5）加強(qiáng)加熱爐清污的質(zhì)量監(jiān)督，保證加熱爐內(nèi)泥砂和煙火管的附著物清除干凈，提高傳熱效率。

6）原來(lái)，某采油廠每年需要修理的加熱爐25臺(tái)，更換1臺(tái)加熱爐煙火管需要40萬(wàn)元，年修理費(fèi)用多達(dá)1000萬(wàn)元，還不能徹底解決加熱爐燒損概率高的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)采取一系列的技術(shù)和管理措施后，某采油廠加熱爐使用壽命逐步延長(zhǎng)，大修加熱爐的數(shù)量每年逐步降低，年減少維修數(shù)量15臺(tái)；以單臺(tái)加熱爐維修費(fèi)用40萬(wàn)元計(jì)，年節(jié)約維修費(fèi)用約600萬(wàn)元。