許海東，秦斌，馬建營(yíng)，鐘柯(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

稠油是一種復(fù)雜的、多組分的有機(jī)混合物，主要由烷烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青組成。稠油中一般含硫、氧、氮等雜質(zhì)，有的還含有一些稀有金屬，如鎳(Ni)和釩(V)，這對(duì)煉制提出特殊要求。 稠油中瀝青、膠質(zhì)含量高，輕質(zhì)餾分很少，隨著膠質(zhì)與瀝青含量增高，稠油的密度、黏度也增加，高黏度、高密度是稠油的主要特征，這也是區(qū)別與普通輕質(zhì)原油的主要指標(biāo)。稠油開(kāi)采過(guò)程中需要通過(guò)蒸汽將油層中的原油進(jìn)行加熱，來(lái)降低稠油的黏度，達(dá)到增加稠油在油層中流動(dòng)性的目的。而蒸汽的獲取需要通過(guò)鍋爐中液(氣)體燃料的燃燒，也就是將燃料的化學(xué)能通過(guò)燃燒的方式轉(zhuǎn)變成熱能，來(lái)達(dá)到使鍋爐水沸騰產(chǎn)出水蒸氣的目的。而調(diào)整鍋爐的燃燒負(fù)荷來(lái)使產(chǎn)生的蒸汽具有相應(yīng)的溫度、壓力和干度，使其滿足注入地層的要求。鍋爐就是把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成蒸汽的熱能的設(shè)備，鍋爐要實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒過(guò)程和熱量的傳遞過(guò)程，基本結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)，一是鍋，也就是水變成蒸汽的裝置，二是爐，也就是燃料燃燒的裝置。某熱采平臺(tái)采用的鍋爐型號(hào)為YZG18-18.1-D，表示油田注汽鍋爐蒸發(fā)量每小時(shí)18 t，額定蒸汽壓力18.1 MPa，使用油氣雙燃料[1]。

鍋爐的組成主要由輻射段、對(duì)流段、過(guò)渡段、燃料油換熱器和鍋爐系統(tǒng)。鍋爐系統(tǒng)主要包括燃料油的空氣霧化和蒸汽霧化系統(tǒng)、純油燃燒系統(tǒng)、燃?xì)馊紵到y(tǒng)、柴油燃燒系統(tǒng)、混燒系統(tǒng)、自控系統(tǒng)和取樣冷卻系統(tǒng)。而鍋爐系統(tǒng)也稱作鍋爐輔助設(shè)備，它是保證鍋爐正常運(yùn)行的必要條件，也是必需設(shè)備[2]。

1 蒸汽鍋爐出現(xiàn)排煙溫度高的問(wèn)題分析

某熱采平臺(tái)飽和蒸汽鍋爐B爐出現(xiàn)排煙溫度持續(xù)高的現(xiàn)象，其排煙溫度達(dá)到高報(bào)值300 ℃，而鍋爐排煙溫度高高320 ℃，會(huì)造成鍋爐停爐。因此就無(wú)法保證鍋爐的蒸汽干度與蒸汽溫度，從而對(duì)注熱造成影響。排煙溫度主要用于監(jiān)測(cè)鍋爐煙氣的數(shù)值，而鍋爐的煙氣是通過(guò)換熱的方式在對(duì)流段起到加熱鍋爐給水，從而節(jié)省鍋爐燃料達(dá)到提高鍋爐熱效率的作用。對(duì)流段主要都是盤管盤踞在鍋爐的煙道里，使其更好地?fù)Q熱，充當(dāng)鍋爐的輔助受熱面的作用，其吸熱量約占總吸收熱量的40%左右。而鍋爐的排煙溫度高，說(shuō)明其熱效率下降，吸收熱量不足，導(dǎo)致其升高。一月份、二月份、三月份鍋爐使用情況分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 一月份鍋爐使用情況登記表

圖2 二月份鍋爐使用情況登記表

圖3 三月份鍋爐使用情況登記表

通過(guò)鍋爐使用情況登記表，可以得出兩臺(tái)鍋爐在三個(gè)月份內(nèi)的利用率(如圖4所示)。

圖4 一、二、三月份鍋爐使用率

根據(jù)鍋爐使用率，可以得出鍋爐B爐在三個(gè)月份內(nèi)使用率較高。某平臺(tái)鍋爐燃燒燃料為燃料油、天然氣、柴油。燃料油就是通過(guò)平臺(tái)原油處理系統(tǒng)所得溫度較高、含水較少的原油。油田注汽鍋爐燃料為重油，油品必須去除雜質(zhì)和水分。而根據(jù)工況，某平臺(tái)在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中主要采用燃料油作為主燃料。由于燃燒主要燃料為燃料油，燃料油在燃燒之后會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，在日常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)堆積在鍋爐對(duì)流段管線上，而鍋爐B爐處于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)，造成鍋爐對(duì)流段管線積灰嚴(yán)重，換熱效率降低。鍋爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣是對(duì)鍋爐水加熱的重要途徑之一。利用鍋爐燃料燃燒產(chǎn)生煙氣的余熱對(duì)鍋爐水進(jìn)行加熱。燃燒產(chǎn)生的煙氣無(wú)法充分與對(duì)流段中鍋爐水進(jìn)行換熱，繼而造成排煙溫度高。對(duì)流段管線積灰情況如圖5所示。

圖5 對(duì)流段管線積灰情況

根據(jù)導(dǎo)熱的計(jì)算公式：

式中：Q為導(dǎo)熱速率(W)；A為導(dǎo)熱面積(m2)；為溫度梯度(K/m)；λ為比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)(w/m·K)；

可以得出，鍋爐對(duì)流段積灰嚴(yán)重，會(huì)造成管壁厚度Δδ增加，根據(jù)公式可以得出導(dǎo)熱速率Q與管壁厚度Δδ成反比關(guān)系，從而導(dǎo)熱速率Q下降，鍋爐煙氣換熱效率下降，鍋爐煙氣得不到充分的換熱，使排煙溫度升高。

2 處理措施及依據(jù)

通過(guò)鍋爐90天運(yùn)行排煙溫度的數(shù)據(jù)記錄表作分析，如表1所示。根據(jù)運(yùn)行情況分析，鍋爐在運(yùn)行兩個(gè)月之后，鍋爐煙氣溫度有明顯上升趨勢(shì)，達(dá)到鍋爐煙氣溫度高報(bào)的臨界值。所以在鍋爐運(yùn)行兩個(gè)月之后，應(yīng)對(duì)鍋爐對(duì)流段進(jìn)行整體管線吹灰，從而防止排煙溫度過(guò)高，對(duì)注熱造成影響。對(duì)流段管線吹灰之后情況如圖6所示。根據(jù)導(dǎo)熱公式，我們可以得出影響排煙溫度的因素，從而可以采取一些在線措施對(duì)鍋爐排煙溫度進(jìn)行降溫，避免鍋爐因排煙溫度過(guò)熱而造成停爐。

圖6 對(duì)流段管線吹灰之后情況

表1 鍋爐運(yùn)行排煙溫度記錄表

(1)將鍋爐對(duì)流段入口水管線的旁通進(jìn)行打開(kāi)，通過(guò)旁通可以增大對(duì)流段入口水的水量，達(dá)到使對(duì)流段入口水溫降低的目的。從而使排煙溫度與水溫之間的溫度差Δt增加。根據(jù)公式導(dǎo)熱速率Q與溫差Δt成正比關(guān)系，所以導(dǎo)熱速率Q增加，提高了換熱效率，達(dá)到降低煙溫的效果。

(2)將鍋爐水的排量增大，也就是提高鍋爐水供給泵的頻率，使其在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的水量體積增加，從而可以達(dá)到變向的增加導(dǎo)熱面積A的效果。根據(jù)公式導(dǎo)熱速率Q與導(dǎo)熱面積A成正比關(guān)系，所以隨著導(dǎo)熱面積A的增大，而導(dǎo)熱速率Q必然增大。提高了換熱效率，達(dá)到降低煙溫的效果。

(3)對(duì)鍋爐進(jìn)行在線吹灰，通過(guò)空氣對(duì)鍋爐對(duì)流段的積灰進(jìn)行在線吹掃，使對(duì)流段管段的管壁與煙氣接觸的厚度降低，即降低管壁厚度Δδ。根據(jù)公式導(dǎo)熱速率Q與管壁厚度Δδ成反比關(guān)系，管壁厚度Δδ越小則導(dǎo)熱速率Q越大，提高了換熱效率，達(dá)到降低煙溫的效果。

除以上措施之外，還可以利用鍋爐的風(fēng)門開(kāi)度，將鍋爐的風(fēng)門開(kāi)度降低，使煙氣在對(duì)流段停留的時(shí)間增加，使其可以充分換熱，換熱效果增加，從而達(dá)到降低排煙溫度的效果；或者降低鍋爐的燃燒負(fù)荷，使其燃燒產(chǎn)水的總熱值下降，從而使排煙溫度降低。但通過(guò)鍋爐燃燒負(fù)荷調(diào)整的話，會(huì)導(dǎo)致鍋爐燃燒的蒸汽干度以及蒸汽溫度下降，無(wú)法保證注入地層的蒸汽質(zhì)量，對(duì)注熱效果產(chǎn)生不良影響，不建議采用。干度是表示蒸汽質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)稠油開(kāi)采效果影響較大。由于飽和水是逐漸變成干飽和蒸汽的，所以鍋爐的受熱面內(nèi)是水和蒸汽的汽水混合物，有水混在一起的蒸汽為濕蒸汽，每公斤濕蒸汽(汽水混合物)中干蒸汽的含量(重量含量)稱為干度，在一定壓力下，干度越高，其對(duì)原油的加熱能力越強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

鍋爐排煙溫度高主要說(shuō)明對(duì)流段爐管積灰嚴(yán)重，爐管吸熱性能下降，鍋爐熱損失增加，熱效率降低，增加了鍋爐的耗能。從而在鍋爐運(yùn)行的過(guò)程中要及時(shí)通過(guò)在線吹灰、風(fēng)門開(kāi)度等手段調(diào)節(jié)鍋爐的排煙溫度，可以更好地提高鍋爐的換熱效率、達(dá)到節(jié)約能源的目的。在日常操作維護(hù)過(guò)程中，要及時(shí)對(duì)鍋爐對(duì)流段爐管進(jìn)行在線吹灰，及時(shí)緩解鍋爐排煙溫度上高的程度。在鍋爐使用兩個(gè)月左右停運(yùn)的時(shí)候，要對(duì)鍋爐對(duì)流段爐管進(jìn)行開(kāi)蓋整體吹灰，保持爐管熱效率。蒸汽鍋爐排煙溫度的變化直接影響著鍋爐的排煙熱損失，成正比關(guān)系。如果排煙溫度升高，蒸汽鍋爐排煙熱損失也會(huì)增加。在正常情況下，如果能夠降低蒸汽鍋爐排煙溫度15 ℃到20 ℃，則能夠降低1%的排煙熱損失。不過(guò)，如果排煙溫度過(guò)低，達(dá)到了燃料煙氣露點(diǎn)溫度以下，可能會(huì)造成尾部受熱面結(jié)灰堵塞的情況，導(dǎo)致尾部受熱面腐蝕。因此在溫度控制中也要加以注意。