劉燕 李洋 張姍姍

摘? 要：作為稠油開發(fā)中必不可少的生產(chǎn)設(shè)備，注汽鍋爐本身是一種高耗能設(shè)備，為了推動(dòng)油田生產(chǎn)向節(jié)能減排方向發(fā)展，就必須要高度重視提升注汽鍋爐熱效率。本文在對(duì)油田注汽鍋爐熱效率影響因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一些提高筑起鍋爐熱效率的策略。

關(guān)鍵詞：注汽鍋爐;熱效率;影響因素;提升策略

分類號(hào)：TE934.4

我國稠油資源豐富，實(shí)際開發(fā)過程中需要借助注汽鍋爐來改善稠油的流動(dòng)狀態(tài)，提高其開采效率。但是由于油田注汽鍋爐本身是一種高耗能設(shè)備，影響熱效率的因素眾多，如果不及時(shí)進(jìn)行管控，則會(huì)極大增加稠油開發(fā)的成本，影響稠油開采經(jīng)濟(jì)效益。在這樣背景下，如何有效改善注汽鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)，提高其熱效率是當(dāng)前值得深入討論的一個(gè)重要話題。

一、油田注汽鍋爐熱效率的影響因素

1.1? 注汽干度

注汽干度是影響注汽鍋爐運(yùn)行中熱效率的一個(gè)關(guān)鍵影響因素，可以對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生直接影響，并且注汽干度以及排煙溫度都會(huì)在很大程度上影響注汽鍋爐熱效率。有關(guān)調(diào)查研究結(jié)果表明，注汽干度濃度和注汽鍋爐熱效率之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系。如果注汽干度比較高，那么注汽鍋爐熱效率則會(huì)相應(yīng)地展現(xiàn)為顯著的下降變化趨勢。而排煙溫度則會(huì)伴隨著注汽鍋爐熱效率的降低而呈現(xiàn)為上升變化趨勢。雖然當(dāng)下注汽鍋爐熱效率可以在一定程度上得到有效控制，但是如果涉及到過高的排煙溫度，那么就會(huì)對(duì)注汽鍋爐本身運(yùn)行的可靠性與安全性等帶來不利影響。因此，為了有效控制注汽鍋爐運(yùn)行中的熱效率，就必須要保證注汽干度濃郁程度維持在適宜范圍之內(nèi)。因此，在注汽鍋爐運(yùn)行期間，有關(guān)人員必須要注意結(jié)合注汽鍋爐實(shí)際運(yùn)行條件等，有效控制注汽干度濃度，保證其維持在適宜范圍之內(nèi)，以此才能夠?yàn)樘岣咦⑵仩t熱效率創(chuàng)設(shè)一個(gè)適宜的環(huán)境條件。

1.2? 負(fù)荷率

負(fù)荷率是影響注汽鍋爐熱效率的另一個(gè)關(guān)鍵影響因素。在注汽鍋爐在運(yùn)行過程中，相應(yīng)鍋爐負(fù)荷率的影響因素比較多，但是其中最為突出的影響因素是注汽管網(wǎng)。在注汽鍋爐運(yùn)行過程中的注氣量達(dá)到一定程度之后，有關(guān)人員為了減少注汽鍋爐負(fù)荷就會(huì)選擇停止繼續(xù)注汽。但是由于注汽鍋爐本身涉及到復(fù)雜的構(gòu)成，其中影響鍋爐負(fù)荷率的部位也比較多，這種情況的存在大大增加了鍋爐負(fù)荷率調(diào)控的難度。因此，有關(guān)注汽鍋爐運(yùn)行調(diào)控管理人員必須要深刻認(rèn)識(shí)注汽鍋爐本身的結(jié)構(gòu)構(gòu)成情況，并且可以有效把控不同注汽鍋爐部位所形成的負(fù)荷，這樣方可科學(xué)制定注汽鍋爐運(yùn)行方案，最大程度降低注汽鍋爐運(yùn)行過程中的損耗量，延長其使用年限的同時(shí)，有效控制注汽鍋爐的熱效率。

1.3? 配風(fēng)量

在注汽鍋爐運(yùn)行過程中，空氣中氧有利于輔助燃料燃燒，這種燃燒特性決定了配風(fēng)量會(huì)對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生極大影響，所以如果可以有效控制配風(fēng)量，那么可以有效提高燃?xì)忮仩t本身的燃燒率，所以在注汽鍋爐運(yùn)行期間必須要對(duì)相應(yīng)的配風(fēng)量進(jìn)行有效控制，力求可以最大程度確保注汽鍋爐內(nèi)部添加的燃料都可以得到徹底燃燒，不斷提升注汽鍋爐燃燒效率。但是如果涉及到比較大的配風(fēng)量，那么相應(yīng)排煙溫度也會(huì)相應(yīng)地增加，這種情況的存在會(huì)極大地降低注汽鍋爐熱效率。因此，在開展配風(fēng)工作期間，要嚴(yán)格依據(jù)有關(guān)的工作標(biāo)準(zhǔn)及要求對(duì)配比進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，力求在確保注汽鍋爐運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上，不斷提升注汽鍋爐運(yùn)行中的燃燒率。反之，如果注汽鍋爐運(yùn)行中涉及到比較低的培風(fēng)率，那么會(huì)直接降低注汽鍋爐運(yùn)行中的熱效率，進(jìn)而會(huì)增加注汽鍋爐本身的運(yùn)行成本。此外，除了上述問題之外，還要注意綜合考慮配風(fēng)量設(shè)施同其他有關(guān)控制設(shè)備之間的相關(guān)性，盡可能地增強(qiáng)不同設(shè)備之間的互動(dòng)性和聯(lián)動(dòng)性，這樣方可更好地降低注汽鍋爐運(yùn)行管理的難度，增加注汽鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

二、油田注汽鍋爐熱效率的提升策略

2.1? 優(yōu)選恰當(dāng)高溫輻射涂料

注汽鍋爐本身的運(yùn)行環(huán)境溫度較高，如果環(huán)境溫度超過700℃那么相應(yīng)的鍋爐熱傳遞方式為輻射傳射，為了可以有效減少輻射熱量散失量，就可以采取有效的一些方法來對(duì)輻射換熱進(jìn)行改善來提高注汽鍋爐熱效率。特別是要針對(duì)爐壁與爐管等關(guān)鍵散熱部位選擇適宜的高溫輻射涂料，以此可以顯著增強(qiáng)這些散熱部位的輻射波或黑度。在設(shè)置的高溫輻射涂料形成的輻射波和注汽鍋爐形成的熱輻射之間出現(xiàn)共振的時(shí)候，則可以顯著提升爐壁或爐管等部位的吸熱能力。比如，F(xiàn)HC-AB型高溫涂料是當(dāng)下比較多用的一種高溫涂料，如果可以將它們涂抹于注汽鍋爐的爐壁或爐管部位，那么在內(nèi)部運(yùn)作溫度超過600℃之后，涂料會(huì)形成固化瓷膜，以此就可以對(duì)爐管管壁本身的黑度與輻射性能進(jìn)行顯著改善，并且伴隨著注汽鍋爐爐管吸熱能力的增強(qiáng)，可以促使鍋爐爐腔之內(nèi)送進(jìn)的燃料得到更為充分、徹底地燃燒。相較于沒有涂抹高溫輻射涂料的注汽鍋爐，相應(yīng)的熱效率提升比例可以達(dá)到10%及以上，充分驗(yàn)證了高溫反射涂料應(yīng)用在提升注汽鍋爐運(yùn)行中熱效率方面的積極作用。

2.2? 優(yōu)化注汽鍋爐燃燒結(jié)構(gòu)

在稠油開采中應(yīng)用注汽鍋爐期間會(huì)常常使用渣油這種傳統(tǒng)的燃料，其較于天然氣本身的燃燒率更低，容易在實(shí)際的燃燒過程中出現(xiàn)不充分燃燒問題，并且渣油本身涉及到比較高的價(jià)格，這使得稠油開采成本大大提升。因此，為了提高注汽鍋爐熱效率，就必須要注意引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)及設(shè)備制造技術(shù)等來對(duì)注汽鍋爐內(nèi)部的燃燒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并要注意持續(xù)探索以油氣混合燃料等為主的新型鍋爐熱能提供系統(tǒng)，保證不斷提升鍋爐內(nèi)燃料的燃燒效率。但是如果在注汽鍋爐中采用油氣混合燃料或者天然氣作為燃料期間，要注意密切監(jiān)控天然氣壓力情況，并配備相應(yīng)的壓力報(bào)警系統(tǒng)，這樣一旦鍋爐內(nèi)注入的天然氣發(fā)生泄露問題或者在外部原因造成天然氣供應(yīng)壓力過低的情況后，所設(shè)置的天然氣壓力預(yù)警系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出警告信息并及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急方案，包括及時(shí)切斷天然氣供應(yīng)閘門。又或者，在使用中監(jiān)測到天然氣供應(yīng)壓力過大，此時(shí)也要及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，避免天然氣消耗過快，否則也會(huì)因?yàn)槿紵裏崮苓^于旺盛而造成不必要的能量消耗。

2.3? 安置煙氣余熱回收設(shè)備

考慮到排煙損失是影響注汽鍋爐熱效率，造成熱損失的一個(gè)重要路徑，所以為了提高鍋爐熱效率，可以采取降低排煙溫度的方式。雖然現(xiàn)階段煙氣溫度降低的方法不多，但是卻可以通過對(duì)助燃空氣溫度提升的方式來降低注汽鍋爐運(yùn)行中的排煙溫度，減少排煙熱損失量。而通過科學(xué)設(shè)置煙氣余熱回收設(shè)備，則可以將注汽鍋爐運(yùn)行中所形成的排煙中的余熱來加溫助燃空氣，以此可以顯著提升注汽鍋爐運(yùn)行中的熱效率。與此同時(shí)，在煙氣余熱回收設(shè)備設(shè)置的基礎(chǔ)上，還可以科學(xué)地設(shè)置熱交換器來進(jìn)一步回收利用排煙中的熱量，進(jìn)一步降低排煙帶來的熱損耗，保證可以不斷提升注汽鍋爐運(yùn)行的熱效率。有關(guān)研究表明，通過安裝熱管換熱器以及其他余熱回收設(shè)備，可以回收煙氣余熱進(jìn)行再利用，這樣可以將最終排出的煙氣溫度降低程度控制在40～70℃范圍內(nèi)，相應(yīng)鍋爐熱效率提升幅度可以達(dá)到1.2%～1.6%。

2.4? 引進(jìn)蒸汽干度監(jiān)測技術(shù)

在以往注汽鍋爐運(yùn)行過程中，濕蒸汽干度發(fā)生改變之后只能夠進(jìn)行粗略調(diào)整，一般可以將其控制在65%左右，相應(yīng)的干度波動(dòng)范圍主要處于15%～20%范圍之內(nèi)。而如果可以有效地利用PLC自動(dòng)化控制技術(shù)構(gòu)建是蒸汽干度在線監(jiān)控系統(tǒng)，那么可以自動(dòng)化監(jiān)測注汽鍋爐蒸汽干度發(fā)生的改變及偏差量，之后可以及時(shí)加以自動(dòng)化調(diào)整，以此可以顯著提升注汽干度穩(wěn)定性，并且干度測量的相應(yīng)精度可以維持在2%～4%范圍內(nèi)，波動(dòng)范圍可以控制在2%～5%，這較以往有了極大程度的改變，尤其是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測和自動(dòng)化調(diào)控干度的有效結(jié)合，火、水之間可以進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)，避免蒸汽壓力波動(dòng)或者燃料量波動(dòng)問題可能擾動(dòng)干度的情況。此外，基于這種先進(jìn)干度監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以通過依據(jù)蒸汽干度變化來自動(dòng)化調(diào)控注汽鍋爐內(nèi)部燃料的實(shí)際消耗量，同時(shí)可以精準(zhǔn)地調(diào)控給水溫度與給水量，避免在注汽鍋爐運(yùn)行中浪費(fèi)燃料。如此一來，借助這種先進(jìn)的干度監(jiān)測系統(tǒng)可以對(duì)干度進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)上，極大提高注汽鍋爐本身運(yùn)行的熱效率。

2.5? 加強(qiáng)注汽鍋爐運(yùn)行管理

在注汽鍋爐使用過程中，配風(fēng)量會(huì)對(duì)鍋爐熱效率帶來極大影響，所以在注汽鍋爐運(yùn)行管理期間要注意切實(shí)做好配風(fēng)量控制，保證注汽鍋爐爐腔之內(nèi)空氣含量得到有效控制，避免爐腔之內(nèi)包含的空氣含量過高或過低，否則都會(huì)造成鍋爐內(nèi)部的燃料出現(xiàn)不完全燃燒問題，使得煙氣中具有比較高的燃燒成分，進(jìn)而可能會(huì)增加熱損失而影響鍋爐的熱效率?；谌粘Ｗ⑵仩t運(yùn)營管理需求以及實(shí)驗(yàn)研究，可知在保證注汽鍋爐之內(nèi)燃料充分燃燒的基礎(chǔ)上，要注意有效控制空氣過量系數(shù)，具體可以維持在1.07～1.25范圍之內(nèi)。只有這樣才能夠提升油田注汽鍋爐運(yùn)行管理的效果，有效提升鍋爐熱效率。此外，在注汽鍋爐運(yùn)行管理期間還要注意做好水處理工作，具體就是對(duì)水源硬度變化進(jìn)行有效檢測，避免水質(zhì)過硬，否則容易在注汽鍋爐內(nèi)部形成過多水垢，這也會(huì)直接影響注汽鍋爐的熱效率。

2.6? 加強(qiáng)注汽鍋爐運(yùn)行維護(hù)

在注汽鍋爐正常運(yùn)行期間，由于鍋爐內(nèi)部的溫度比較高，這會(huì)使得內(nèi)部的各種物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而可能會(huì)在內(nèi)部翅片管的管壁上面附著比較多種類和較大量的聚合物。如果不及時(shí)清理這些管壁上附著的聚合物，那么就會(huì)對(duì)翅片管本身的導(dǎo)熱性帶來不利影響，甚至還可能會(huì)對(duì)煙道造成阻塞，使得鍋爐爐腔內(nèi)部壓力出現(xiàn)升高變化，進(jìn)而會(huì)對(duì)鍋爐熱效率帶來不利影響。因此，為了進(jìn)一步提高注汽鍋爐熱效率，就必須要定期巡檢及維護(hù)注汽鍋爐，包括及時(shí)清理翅片管管壁上面附著的各種聚合物或者其他雜志。在對(duì)翅片管管壁上的聚合物進(jìn)行清理中可以采取高壓水射流沖洗的方式或者使用化學(xué)藥劑進(jìn)行處理，保證可以更好地改善翅片管的導(dǎo)熱性能，不斷提升注汽鍋爐熱效率。

三、結(jié)語

綜上所述，油田注汽鍋爐的熱效率影響因素眾多，主要包括注汽干度、負(fù)荷率和配風(fēng)量等。為了改善注汽鍋爐運(yùn)行情況，提高其熱效率，可以從選恰當(dāng)高溫輻射涂料和優(yōu)化注汽鍋爐燃燒結(jié)構(gòu)出發(fā)，注重合理安置煙氣余熱回收設(shè)備，引進(jìn)蒸汽干度監(jiān)測技術(shù)，同時(shí)要加強(qiáng)注汽鍋爐運(yùn)行管理和運(yùn)行維護(hù)，這樣才能不斷增加注汽鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益。

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