魯瑜 何江波

1中海石油（中國）有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司

2中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司

目前，海洋平臺原油加熱多采用管殼式及板式換熱器，通過高溫?zé)峤橘|(zhì)油換熱實(shí)現(xiàn)原油加熱目的。熱介質(zhì)油通過循環(huán)泵輸送至廢熱回收裝置，利用透平發(fā)電機(jī)高溫尾氣加熱至150～180℃左右，然后分配到各管殼式或螺旋板式換熱器。通過換熱，原油溫度提升，熱介質(zhì)油溫度下降，通過不斷循環(huán)實(shí)現(xiàn)原油系統(tǒng)的持續(xù)加熱。在實(shí)際應(yīng)用過程中，受原油黏度、驅(qū)油聚合物、熱油溫度過高等因素的影響，換熱器臟堵較嚴(yán)重，臟堵頻率較快，每季度需要隔離進(jìn)行清洗，嚴(yán)重制約原油加熱效果，并影響原油脫水效果[1-2]。只能通過頻繁的物理清洗手段來維持加熱器的使用，浪費(fèi)了大量的人力、物力。

1 蒸汽發(fā)生器原油加熱系統(tǒng)

1.1 蒸汽發(fā)生器的工作原理

經(jīng)過水處理裝置處理后的合格鍋爐用水，經(jīng)過供給泵輸送至蒸汽發(fā)生器預(yù)熱水室，同時燃?xì)馔钙匠鰜淼母邷責(zé)煔鉃轭A(yù)熱水室和蒸汽水室進(jìn)行加熱，使水變成蒸汽，高溫高壓蒸汽輸送至下游各用戶。蒸汽發(fā)生器流程結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 蒸汽發(fā)生器流程結(jié)構(gòu)Fig.1 Flow and structure of steam generator

1.2 蒸汽發(fā)生器原油加熱關(guān)鍵設(shè)備

蒸汽要加熱原油，需要借助原油摻熱裝置，該裝置包括摻熱套管和摻熱管，摻熱套管套裝在摻熱管上，在摻熱套管上有冷原油進(jìn)口管和熱原油出口管，在摻熱套管內(nèi)的摻熱管上有蒸汽噴頭。來自蒸汽管線的高溫水蒸氣經(jīng)過摻汽篩管直接摻入流經(jīng)主管的原油。水蒸氣經(jīng)歷由高溫汽態(tài)變?yōu)檩^低溫度下液態(tài)的相變過程，釋放出大量的熱量，對原油進(jìn)行加熱和摻水以達(dá)到升溫和降黏的目的［3-4］。原油摻熱裝置結(jié)構(gòu)見圖2。方便，熱效率高，安全經(jīng)濟(jì)，幾乎免維護(hù)，流場均勻，流量彈性大，抗干擾能力強(qiáng)；不僅給原油加熱，而且還可以對原油特別是稠油起到降黏作用[5]。同時，稠油在水蒸氣作用下，其組成中飽和烴、芳香烴含量增加，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量減少，黏度下降28%以上，有利于后續(xù)原油脫水處理。利用該相變原油摻蒸汽加熱裝置，可以從根本上解決原油加熱過程中設(shè)備的結(jié)焦、結(jié)垢、熱效率低、費(fèi)用高等問題。

圖2 原油摻熱裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of crude oil heat transfer device

1.3 導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器原油加熱工藝流程

導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器裝置由熱介質(zhì)油及蒸汽發(fā)生器兩部分組成。高溫?zé)峤橘|(zhì)油通過熱油循環(huán)泵或直接由熱載體加熱爐進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的管束內(nèi)[6]，管內(nèi)熱量以一定流量、溫度通過管壁將熱量傳遞給管外鍋爐水，將水加熱產(chǎn)生蒸汽，導(dǎo)熱油被降溫，重新回到加熱爐，使之循環(huán)使用。導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器原油加熱工藝流程見圖3。

圖3 導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器原油加熱工藝流程Fig.3 Crude oil heating process of heat transfer oil steam generator

2 導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器應(yīng)用的可行性

2.1 技術(shù)可行性分析

導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器是否適合在海上平臺應(yīng)用，需重點(diǎn)考慮鍋爐用水、導(dǎo)熱油流量、導(dǎo)熱油溫度、系統(tǒng)配置等方面因素[7]。

（1）鍋爐用水。蒸汽發(fā)生器進(jìn)水需符合鍋爐用水指標(biāo)要求，區(qū)別于陸地，因海上水源較為有限。依據(jù)平臺余熱循環(huán)利用項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，水源采用生產(chǎn)污水較難處理至用水要求，蒸發(fā)器每小時數(shù)立方米的進(jìn)水需求，使用淡水也無法穩(wěn)定供應(yīng)，考慮使用海水淡化或水源井水處理作為水源。但需要經(jīng)過多級過濾、反滲透膜處理及加藥調(diào)整的工藝完成水質(zhì)處理，方可達(dá)到用水要求，成橇體積較大，維護(hù)成本偏高。如果使用小型蒸汽發(fā)生器，可要求廠家精簡工藝，壓縮成橇。熱油蒸汽發(fā)生器目前產(chǎn)品供應(yīng)蒸汽規(guī)格可在0.1～10 t/h選擇，蒸汽產(chǎn)量為供水量的80%左右。

（2）熱油流量。參考海上平臺的熱油系統(tǒng)配置，均有專門的熱油循環(huán)泵，可根據(jù)需求供應(yīng)流量，必要情況可增加新泵。

（3）熱油溫度。從用戶需求考慮，蒸汽壓力應(yīng)達(dá)到0.6 MPa，可廣泛用于換熱系統(tǒng)。根據(jù)飽和水蒸氣壓力與溫度的對應(yīng)數(shù)據(jù)表，蒸汽溫度約159℃[8]。根據(jù)蒸汽發(fā)生器廠家提供的數(shù)據(jù)，熱油與蒸汽溫差需要達(dá)到80℃以上方可連續(xù)穩(wěn)定地產(chǎn)生蒸汽，熱油操作溫度應(yīng)達(dá)到250℃左右為宜。

2.2 系統(tǒng)配置

選擇設(shè)備的出發(fā)點(diǎn)是對蒸汽的壓力和流量要求，明確蒸汽壓力后溫度確定，進(jìn)而確認(rèn)熱油的操作溫度，明確蒸汽用量后，可確認(rèn)水處理裝置的處理能力［9］。導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器為非標(biāo)設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶提出的壓力、流量需求進(jìn)行設(shè)計(jì)訂制，根據(jù)安裝空間選擇立式或臥式（換熱效率不同）。

如上述分析，在海上平臺使用熱油蒸汽發(fā)生器，其系統(tǒng)基本配置如下：

（1）蒸汽發(fā)生器，根據(jù)蒸汽壓力和流量需求設(shè)計(jì)，壓力范圍為0.1～1MPa，可提供蒸汽量0.1～10 t/h[10]。

（2）熱介質(zhì)爐，可選取有熱介質(zhì)爐配置的平臺優(yōu)先考慮，核實(shí)是否能提供需求流量和溫度的熱油。也可考慮新增小型配套燃?xì)鉄峤橘|(zhì)爐（同步方便熱油更換），獨(dú)立于原熱油系統(tǒng)。

（3）水處理裝置，是項(xiàng)目比較核心的設(shè)備，建議根據(jù)水源特質(zhì)和水量需求尋求專業(yè)廠家進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)核算。

（4）相變摻熱裝置，即蒸汽用戶，根據(jù)各平臺對蒸汽的使用需求選擇對應(yīng)的設(shè)備即可[7]。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的管殼式及板式換熱器在海上聚驅(qū)稠油油田應(yīng)用中臟堵頻繁，換熱效果低，影響原油脫水效果，維護(hù)費(fèi)用高。在海洋平臺現(xiàn)行的原油加熱系統(tǒng)中，蒸汽加熱在換熱效率、清洗頻率、節(jié)約成本等方面和傳統(tǒng)換熱器相比，具有無可比擬的優(yōu)勢，但利用透平煙氣安裝的蒸汽發(fā)生器在空間和結(jié)構(gòu)承載方面普遍存在限制。

在研究原有導(dǎo)熱油換熱器基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套可應(yīng)用于海洋平臺的導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)。通過對關(guān)鍵因素的分析，如導(dǎo)熱油的溫度、流量、鍋爐用水的供給、系統(tǒng)配置的需求等，提供了海洋平臺換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)和方案，為小型化、集約化的導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)、制作提供了可靠依據(jù)。