黃琪 曾順鵬 吳志遠(yuǎn) 劉柯彤 許文赟
摘要:針對遼河油田所使用的爐前燃油加熱器隨使用年限增加,傳熱效率降低的問題,在不增加加熱器體積的前提下,通過在爐體內(nèi)部焊接折流板的方法增加燃油受熱時間,結(jié)合Comsol?Multiphysics仿真軟件確定折流板最優(yōu)安裝位置及長度,以達(dá)到增加傳熱效率、節(jié)約成本的目的。按照數(shù)值模擬結(jié)果實(shí)裝折流板后將加熱器投入運(yùn)行并記實(shí)時溫升,再與優(yōu)化前結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明,優(yōu)化后燃油加熱器溫升效率提高約25%,單臺加熱器年均節(jié)省資金約為16464元。
關(guān)鍵詞:稠油油藏;燃油加熱器;數(shù)值仿真;溫升效率;結(jié)構(gòu)優(yōu)化
蒸汽吞吐熱采技術(shù)做為目前最成熟、最普遍的開采重油方法,被廣泛應(yīng)用于各大稠油油田。由于稠油具有很高的溫度敏感性,油田上通常采用燃燒原油的方法來加熱蒸汽。然而,從供油泵直接送出的原油粘度較高,無法滿足鍋爐對燃油流動性及霧化的要求。因此,須將燃油在加熱器中預(yù)加熱到一定溫度使其達(dá)到霧化效果。油田上使用的燃油加熱器普遍采用電加熱管對各類燃料介質(zhì)進(jìn)行直接加熱,即燃料從入口進(jìn)入加熱腔,經(jīng)過加熱后由出口流出。但是,這種單流程式的燃油加熱器加熱不均勻,且燃油加熱器所使用的加熱用電阻絲會因自身壽命、人為操作、環(huán)境等因素,在加熱電阻絲表面結(jié)焦積碳、氧化腐蝕(圖1、2),使其傳熱效率降低,無法滿足出口油溫達(dá)標(biāo)的要求,造成無法及時啟動鍋爐的后果。
圖1?因氧化腐蝕斷裂的加熱電阻絲??????????圖2?在表面結(jié)焦、積碳的加熱電阻絲
因此,在不增加燃油加熱器體積和出口油溫滿足生產(chǎn)要求的前提下,對加熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,通過在加熱器內(nèi)加裝折流板的方式使介質(zhì)以迷宮式路線運(yùn)動(圖3),增加介質(zhì)在加熱器內(nèi)流動時間來提高傳熱效率,對保障生產(chǎn)流程暢通、節(jié)約投入成本都具有重要意義。
圖3?迷宮式構(gòu)造燃油加熱器結(jié)構(gòu)
1確定折流板規(guī)格
由于折流板的安裝位置和長度會影響加熱器的加熱效率。因此,需要利用軟件模擬的方法確定折流板最優(yōu)安裝位置和長度使加熱器在特定環(huán)境下傳熱效率達(dá)到最高。軟件在穩(wěn)態(tài)流動的狀況下,Comsol?Multiphysics軟件無法通過控制相同的出口溫度來模擬最優(yōu)變量(折流板的位置與長度),但可以模擬相同時長內(nèi),不同變量(折流板的位置與長度)下得到的溫升值來確定最優(yōu)參數(shù)值。以BZYJR-7型燃油加熱器的規(guī)格參數(shù)進(jìn)行模擬,分別設(shè)置折流板安裝位置與長度(表1、2)。
通過參數(shù)化掃描計算得到折流板處于不同位置和長度時域探針(域探針位置設(shè)置在加熱介質(zhì)出口處)處的溫度表及對應(yīng)曲線示意圖(圖4、5)。由結(jié)果圖可以看出,應(yīng)用于BZYJR-7型燃油加熱器的折流板最佳安裝位置(直徑)應(yīng)為0.34m,長度應(yīng)為1.86m。
圖4?不同折流板位置下探針溫曲線度圖
圖5?不同折流板長度下探針溫曲線度圖
2現(xiàn)場實(shí)裝及測試
考慮到工業(yè)電壓為380V,為了使電壓均勻分配,我們設(shè)計使用3組每組4根加熱電阻絲的規(guī)格進(jìn)行實(shí)裝(圖6),加裝全部熱阻后,按照模擬結(jié)果的尺寸制作折流板并焊接(圖7),與內(nèi)部熱阻共同形成加熱室,最后再安裝外部殼體并完成接線。
圖6?加裝熱阻???????????????????????????圖7?焊接折流板
將組裝完畢的新型電加熱器通過打壓試驗(yàn)合格后,投入運(yùn)行試用。對新型電加熱器出、入口介質(zhì)溫度和加熱器電流測試。測試方法如下,將傳統(tǒng)電加熱器與新型電加熱器并聯(lián)在供油流程中,使被測試的兩種電加熱器處于同等測試條件下(圖8),通過測試新舊兩種電加熱運(yùn)行中的電流及出、入口溫升得出對比結(jié)果如下所示(表3)(圖9)。
圖8?新、舊兩型加熱器測試接線圖
3結(jié)論
原有電加熱器工作電流為38A,而新改進(jìn)的電加熱器在相同工作環(huán)境中的工作電流僅28A??紤]到爐前油溫達(dá)到101℃時即滿足要求,因此,記錄溫度達(dá)到101℃的時間為21分鐘,而同樣時間下,舊型燃油加熱器的油溫僅為96℃,且隨時間增加熱效率持續(xù)降低,繼續(xù)加熱使其達(dá)到101℃所需時間達(dá)到26分鐘。計算可得,溫升效率提高約25%,按照大功率用電價格計算,單臺加熱器每年節(jié)約成本超1.5萬元。因此,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的燃油加熱器完全符合初始所設(shè)定的各項(xiàng)目標(biāo)值。
作者簡介:黃琪(1992—),男,碩士研究生,石油與天然氣工程領(lǐng)域,油氣田開發(fā)方向.