劉政偉，張俊杰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

0 引 言

某試采平臺(tái)是用于油田前期勘探測(cè)試獲取準(zhǔn)確油藏地質(zhì)資料的主體設(shè)施，具有原油處理、儲(chǔ)存、外輸、試油、棄井等功能。該平臺(tái)配置熱介質(zhì)鍋爐2 臺(tái)，一用一備，鍋爐燃燒3 種模式分別為柴油、原油、天然氣。熱油用戶有：原油艙、污油水艙、生產(chǎn)設(shè)備等。在投產(chǎn)過程中，分別對(duì)3 種燃燒模式進(jìn)行調(diào)試，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)：柴油模式運(yùn)行成本高，存在間歇性停爐現(xiàn)象；原油模式耗油量比柴油模式高，但可以自產(chǎn)自用且燃燒穩(wěn)定；天然氣模式氣源氣量不穩(wěn)定，氣源品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行流程優(yōu)化改造才能投入使用。

針對(duì)平臺(tái)生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況從減少熱油鍋爐原油模式燃料消耗入手，降低平臺(tái)運(yùn)營成本。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 系統(tǒng)概況

熱油系統(tǒng)主要用于產(chǎn)生熱能，為平臺(tái)原油艙、污油水艙、測(cè)試加熱器、高效分離器、電脫水器加熱器、閉排罐、熱油鍋爐日用原油柜、導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器等保溫、加熱。系統(tǒng)采用天然氣、柴油和原油為燃料，燃料經(jīng)由燃燒器，在加熱爐爐膛內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量分別以輻射和對(duì)流的形式傳遞給中間載熱體(熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油)，由導(dǎo)熱油循環(huán)泵建立熱油加熱系統(tǒng)的循環(huán)，被加熱的高溫導(dǎo)熱油在用戶換熱設(shè)備中與用熱工質(zhì)進(jìn)行換熱，從而將燃燒產(chǎn)生的熱量間接傳給用熱工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)加熱的目的。換熱后的導(dǎo)熱油再返回到加熱爐進(jìn)行再次加熱，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱用熱工質(zhì)。熱介質(zhì)鍋爐參數(shù)和熱油循環(huán)泵參數(shù)分別見表1、2。

1.2 柴油/原油消耗對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取的2018 年5 月6 日至5 月16 日的柴油消耗量以及2018 年6 月1 日至11 日的原油消耗量見表3。

表1 熱介質(zhì)鍋爐參數(shù)Tab.1 Parameters of thermal medium boiler

表2 熱油循環(huán)泵參數(shù)Tab.2 Parameters of hot oil circulating pump

表3 柴油與原油每日消耗量Tab.3 Daily consumption of diesel oil and crude oil

2 現(xiàn)場(chǎng)問題分析及處理措施

2.1 操作參數(shù)設(shè)置不合理

鍋爐風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況影響風(fēng)壓和風(fēng)量，從而間接影響燃油二次霧化。二次霧化不良，會(huì)使燃料得不到充分燃燒，增加燃料的消耗量。風(fēng)壓，對(duì)應(yīng)于風(fēng)門，取決于風(fēng)機(jī)的工作情況。如果風(fēng)機(jī)工作不正常，風(fēng)壓必然異常，風(fēng)量和風(fēng)速就難以保證，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致熄火。鍋爐啟爐或停爐過程中爐膛溫度較低，燃料在爐膛內(nèi)得不到充分燃燒，增加鍋爐運(yùn)行成本。鍋爐的配風(fēng)變化對(duì)爐膛內(nèi)燃料的作用有很大影響，特別是在低負(fù)荷的情況下，影響更加顯著，如不正確處理，無法保證燃燒效率，耗油量會(huì)顯著增加。在鍋爐運(yùn)行調(diào)整中，合適的配風(fēng)風(fēng)量對(duì)提高經(jīng)濟(jì)性、降低燃料消耗有重要作用[1]。

噴油器霧化不良，導(dǎo)致噴油器堵塞或滴漏，油未完全燃燒而帶入鍋爐尾部，造成鍋爐二次燃燒或燃燒不暢。鍋爐的熱效應(yīng)不充分，鍋爐出口溫度達(dá)到設(shè)定值的時(shí)間增加，燃料的消耗率也會(huì)增加[2]。

平臺(tái)鍋爐廠家為德國威索，可自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，鍋爐控制系統(tǒng)根據(jù)噴油量自動(dòng)計(jì)算所需風(fēng)門大小，經(jīng)檢查風(fēng)油比一直處于良好狀態(tài)，燃料燃燒相對(duì)充分。該設(shè)備出廠時(shí)廠家已經(jīng)對(duì)鍋爐各個(gè)組件進(jìn)行仔細(xì)的檢驗(yàn)，并由第三方頒發(fā)產(chǎn)品合格證書。設(shè)備到達(dá)建造現(xiàn)場(chǎng)之后，相關(guān)人員也對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收、調(diào)試，鍋爐及附件沒有出現(xiàn)故障問題。

2.2 設(shè)備保溫層破損

鍋爐運(yùn)行中，由于保溫材料并非完全絕熱，鍋爐的介質(zhì)和工質(zhì)的熱量通過爐墻、煙風(fēng)道、架構(gòu)、汽水管道的外表面散發(fā)出來，該部分散失的熱量主要是由鍋爐外壁相對(duì)面積及外壁溫度所決定。一般來說鍋爐的散熱損失較小，可以通過加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，整修鍋爐本體及管道保溫層，防止和減少爐體表面熱量損失，消除供熱系統(tǒng)中閥門和接頭等部位的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象；在鍋爐輻射段保溫層內(nèi)噴涂高溫遠(yuǎn)紅外涂料，提高爐膛吸熱能力，減少熱量損失[3]。平臺(tái)生產(chǎn)期間，各換熱設(shè)備及管線均安裝保溫層且無破損，環(huán)境溫度低時(shí)啟用電伴熱輔助保溫，散熱損失較小。

2.3 環(huán)境影響

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度過低，會(huì)造成熱量損失增多。如果環(huán)境濕度過大，電機(jī)易受潮，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，從而影響燃燒器的配風(fēng)，配風(fēng)量過小，燃料得不到充分燃燒，熱效率降低，會(huì)造成燃料消耗量增加。此外下游用戶溫度設(shè)定不合理，用戶所需的溫度低于鍋爐的溫度值，鍋爐未得到充分利用，也會(huì)導(dǎo)致燃料的浪費(fèi)，因此下游的設(shè)定溫度應(yīng)與鍋爐的出口溫度設(shè)定值處于最佳比，可保證鍋爐高效利用。

平臺(tái)投產(chǎn)至今，鍋爐系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，經(jīng)歷最低環(huán)境溫度為-20 ℃左右，降溫前各設(shè)備已投用保溫伴熱，熱量損失較小。為提高原油處理流程脫水效果同時(shí)保證原油下艙溫度在安全范圍以內(nèi)，生產(chǎn)操作人員根據(jù)流程運(yùn)行情況實(shí)時(shí)調(diào)整操作溫度，用戶溫度調(diào)整前后，鍋爐溫度設(shè)定值也會(huì)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，流程設(shè)定溫度提高時(shí)流程流體與熱介質(zhì)油之間的熱交換量會(huì)提高，因此溫度設(shè)定調(diào)整對(duì)鍋爐原油耗油量影響較小。

2.4 測(cè)量誤差影響

在熱介質(zhì)鍋爐運(yùn)行期間，由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不及時(shí)，未根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)選擇最佳參數(shù)設(shè)置，導(dǎo)致鍋爐燃油量高。監(jiān)測(cè)設(shè)備故障或設(shè)備本身存在設(shè)計(jì)缺陷，測(cè)量后數(shù)據(jù)產(chǎn)生明顯偏差，導(dǎo)致運(yùn)行數(shù)據(jù)讀取計(jì)算誤差較大，也會(huì)導(dǎo)致熱介質(zhì)鍋爐燃料消耗升高。

鍋爐設(shè)備相關(guān)運(yùn)行參數(shù)直接傳遞到中控PCS 系統(tǒng)，相關(guān)人員可以直接讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，判斷鍋爐運(yùn)行狀態(tài)。鍋爐發(fā)電工每隔2 h 巡檢過程中會(huì)詳細(xì)記錄鍋爐運(yùn)行參數(shù)，如：爐體進(jìn)出口壓力、導(dǎo)熱油進(jìn)出口溫度等，并且完好保存巡檢記錄表，方便查看鍋爐歷史運(yùn)行狀態(tài)，可針對(duì)流程運(yùn)轉(zhuǎn)情況作出調(diào)整。鍋爐系統(tǒng)相關(guān)儀表附件目前均檢驗(yàn)合格，并由第三方提供合格證書，儀表設(shè)備均不存在測(cè)量偏差。

2.5 原油性質(zhì)影響

原油作為熱介質(zhì)鍋爐燃料，其粘度對(duì)鍋爐燃燒狀態(tài)有較大影響。粘度越大越不易被風(fēng)打散，良好霧化所需風(fēng)量就越大(即所需的風(fēng)油比越大)，而且粘度越大流阻越大，一次霧化易變差。當(dāng)粘度過大時(shí)，甚至可能導(dǎo)致霧化嚴(yán)重不良，進(jìn)而導(dǎo)致熄火。可見，粘度直接或間接影響二次霧化。為促進(jìn)重油的完全燃燒，必須將重油預(yù)熱到適當(dāng)?shù)臏囟取囟冗^低，重油粘度過大，影響霧化質(zhì)量，使燃燒惡化，出現(xiàn)燃燒不完全、冒煙、火嘴結(jié)焦、易積碳灰等現(xiàn)象；溫度過高、燃料油過熱，造成重油的蒸發(fā)或閃蒸，引起爐膛火焰脈動(dòng)或因碳?xì)埩粑锓e聚在燃料油換熱器的盤管上而堵塞換熱器，故需要掌握最佳燃燒溫度范圍。

本試采平臺(tái)接收原油本身含水率較低，在流程處理過后，未投用電脫水器電場(chǎng)情況下原油入艙含水率已經(jīng)滿足商品油外輸要求。由于鍋爐燃油要求含水率更低，綜合考慮后，平臺(tái)投用電脫水器電場(chǎng)，同時(shí)調(diào)整井口管匯處破乳劑注入量，從24 mL/min 提高至38 mL/min，在高效分離器入口增加破乳劑注入點(diǎn)，注入速度為24 mL/min，在電脫水器定期排液檢查，發(fā)現(xiàn)乳化液后及時(shí)處理，通過以上措施，確保原油含水符合鍋爐燃料用油標(biāo)準(zhǔn)。在保證流程穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，逐步下調(diào)原油處理流程熱油溫度設(shè)定值，降低鍋爐運(yùn)行負(fù)荷。通過查驗(yàn)相關(guān)資料，確定原油粘溫曲線，將鍋爐日用原油柜溫控調(diào)節(jié)閥設(shè)定溫度由60 ℃提高至70 ℃，以降低燃料原油粘度，提高熱介質(zhì)鍋爐霧化效果，如圖1 所示。

圖1 鍋爐原油日用柜溫度趨勢(shì)Fig.1 Temperature trend of crude oil daily service tank of boiler

3 效果評(píng)價(jià)

通過系列對(duì)策的實(shí)施，下艙原油含水率由之前的平均含水0.5%，降至平均含水0.2%左右，下艙原油含水符合鍋爐燃燒標(biāo)準(zhǔn)，日用原油柜升溫降粘，燃燒效果提升顯著，燃料原油霧化效果良好，爐內(nèi)積碳減少，熱介質(zhì)鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)原油消耗量每天減少約1 m3，原油每日消耗量見表4。

表4 對(duì)策實(shí)施后原油每日消耗量Tab.4 Daily consumption of crude oil after implementation of countermeasures

4 結(jié) 語

作為集多功能于一體的專業(yè)化試采平臺(tái)，將會(huì)面對(duì)諸多不同生產(chǎn)條件的作業(yè)任務(wù)。此次鍋爐優(yōu)化整改取得成功后，仍需持續(xù)優(yōu)化工藝流程，仔細(xì)推敲每個(gè)設(shè)定值及系統(tǒng)上下游關(guān)聯(lián)情況，不斷提高流程、設(shè)備的精細(xì)化管理，最終實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。