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        XX聯(lián)熱水站建設(shè)模式優(yōu)化研究

        2021-11-29 02:16:06姜國強(qiáng)
        全面腐蝕控制 2021年10期

        姜國強(qiáng)

        (大慶油田第八采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所,黑龍江 大慶 163000)

        1 XX熱水站工藝及存在問題

        1.1 XX熱水站建設(shè)現(xiàn)狀

        XX熱水站建于2011年,站內(nèi)采用“管道泵+相變爐+裝車鶴管”處理工藝,站內(nèi)額定瞬時最大用水量為48m3/h,主要負(fù)責(zé)該地區(qū)轉(zhuǎn)油站所轄油井加藥、熱洗、作業(yè)施工及水井洗井用水。其中,加熱爐為利舊XX轉(zhuǎn)油站拆除的2臺2.08MW相變加熱爐(2006年投產(chǎn)),由XX污水站提供污水(來水壓力0.04MPa),污水管線采用單根電伴熱保溫,經(jīng)管道泵升壓后,進(jìn)相變爐加熱,加熱至80℃,通過鶴管向罐車加水。

        1.2 存在問題

        經(jīng)過多年運行,該熱水站目前存在以下問題:一是換熱效率低,經(jīng)測試僅為71%,出口溫度低于60℃;二是爐內(nèi)無法形成負(fù)壓,真空閥頻繁開啟。三是加熱爐無法連續(xù)運行,需經(jīng)常補(bǔ)水;四是燒火間內(nèi)加熱面板變形,存在安全隱患。出口溫度低,達(dá)不到溫度80℃的要求。目前只有1臺加熱爐工作,單臺加熱爐功率約為1.7MW,由于爐效低,最大出水能力為24m3/h,高峰期熱水量需求約為75m3/h,不能滿足生產(chǎn)需求。理論計算單臺加熱爐出水能力約為24m3/h,折合每分鐘用水量為0.4m3,生產(chǎn)中單罐車加水量約為10~12m3,加水時間約為25~30分鐘,高峰期用水出現(xiàn)排長隊等待現(xiàn)象,工作效率低。

        結(jié)合加熱爐結(jié)構(gòu)特點,通過現(xiàn)場勘察已打開封頭的1#加熱爐,分析目前熱水站加熱爐存在的問題,判斷產(chǎn)生原因有以下幾方面。

        一是盤管內(nèi)壁結(jié)垢,造成換熱效率低。由于來水為污水,易造成盤管內(nèi)壁結(jié)垢,相當(dāng)于在盤管內(nèi)壁增加一層保溫層,蒸汽產(chǎn)生的熱量無法完全傳遞至盤管內(nèi)。盤管內(nèi)的污水未充分換熱,造成出水溫度低,經(jīng)測試加熱爐熱效率僅為71%,低于90%的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);

        二是換熱器內(nèi)部壓力過高,造成真空閥頻繁開啟。真空閥的設(shè)計壓力為-0.1~0.03MPa,換熱器內(nèi)部壓力一般在-0.03~0MPa,正常運行時,換熱器內(nèi)部壓力始終低于外界大氣壓力,真空閥關(guān)閉,爐體內(nèi)部形成負(fù)壓真空狀態(tài)運行。由于盤管結(jié)垢,蒸汽未充分換熱,換熱器內(nèi)氣相壓力高于大氣壓力,真空閥頻繁開啟泄壓,造成加熱爐類近似于敞口運行,蒸汽均從真空閥流失,無法實現(xiàn)相變換熱,爐內(nèi)液位降低,需停爐不斷補(bǔ)水,加熱爐無法連續(xù)運行;

        三是加熱爐燃?xì)夤艿朗墙?jīng)過爐體內(nèi)部預(yù)熱后供加熱爐燃燒使用,該預(yù)熱管道常年侵泡于水中,有腐蝕穿孔的可能性,一旦發(fā)生燃?xì)庑孤?,加熱爐存在燃燒、爆炸的風(fēng)險。

        2 熱水站建設(shè)模式確定

        該熱水站負(fù)責(zé)XX地區(qū)油水井、提撈井的生產(chǎn)用水,該區(qū)域內(nèi)共轄油井706口,實際開井?dāng)?shù)為593口,水井173口。通過現(xiàn)場調(diào)查及與生產(chǎn)單位核實,升平地區(qū)熱水用量主要包括以下幾方面用水需求,根據(jù)用水量時間段不同,折合每小時用水量為75m3/h。

        為滿足高峰期加水需求,加水按最低75m3/h考慮,同時由于該區(qū)塊位置偏遠(yuǎn),工作有效時間按8小時計算,確定該熱水站設(shè)計規(guī)模為600m3/d。目前常用的熱水站流程有兩種,一種為“加熱爐+儲水罐”流程,另一種為“加熱爐”高架流程。

        2.1 “加熱爐高架”流程

        該流程主要是由升壓泵、加熱爐、裝車鶴管構(gòu)成。主要原理:出水口位于加熱爐的上部,底部加水,隨著熱水流出爐腔,液位隨之下降,自動啟動補(bǔ)水泵,低溫水從加熱爐下部上移,逐漸升溫,上部出水口的溫度始終保持80℃(設(shè)定溫度)。該流程的裝車速度(熱水流入罐車的速度),是由爐腔內(nèi)液位高度和出口管道的摩阻決定,根據(jù)以往的經(jīng)驗,液位在6.5m時,出口管道為DN150是,裝車速度約為15分鐘。

        熱水站來水溫度為32℃,加熱后溫度要求為80℃,溫升48℃,爐效按90%考慮。根據(jù)熱量計算公式:Q=Cm△t*0.9,當(dāng)采用2.5MW加熱爐時,單臺加熱爐每小時產(chǎn)水量為40m3。根據(jù)現(xiàn)場需求,需選用帶有一定儲水功能的火筒式加熱爐,當(dāng)采用2.5MW加熱爐時,其容積為110m3,加熱后可提供的熱水量約為50m3。單臺罐車加水量為10m3,按15分鐘一車的裝車速度考慮,每小時加水量也為40m3,裝車速率與加熱速率匹配。

        熱水站預(yù)測日耗氣量公式如下:

        式中qv為日耗氣量(m3/d);Q水為需要加熱的水量(m3/d);C為水的比熱(KJ/(m3/d));△t為溫升(℃);qnet為基低位發(fā)熱量(KJ/m3);η為加熱爐效率。

        熱水站需要水量600m3/d,△t是48℃,代入公式計算預(yù)測熱水站日耗氣量為3454m3。

        2.2 “加熱爐+儲水罐”流程

        該流程主要是由升壓泵(循環(huán)泵)、加熱爐、加水泵、儲水罐,裝車鶴管構(gòu)成。

        該主要流程主要原理:來水先進(jìn)入立式儲罐,經(jīng)循環(huán)泵輸送到加熱爐,加熱到一定溫度后再經(jīng)升壓泵循環(huán)至儲水罐,達(dá)到設(shè)計溫度后,再由加水泵裝車。儲水罐儲水溫度降至設(shè)計溫度以下時,啟動循環(huán)泵,實現(xiàn)罐內(nèi)水到加熱爐多次加熱,采用循環(huán)泵實現(xiàn)循環(huán)加熱。

        儲水罐:規(guī)模600m3/d,白天加熱爐有效運行6h可產(chǎn)生熱水288m3,其余312m3熱水需依靠儲罐儲存,夜間加熱時間6.5h即可達(dá)到所需溫度,其余時間加熱爐低負(fù)荷維溫運行。儲水罐容積確定為500m3,有效容積按80%計算,存水量為400m3。

        在該流程下,裝車速率是由現(xiàn)場加水泵的排量確定,為滿足現(xiàn)場實際需求,罐車容積按每車10m3,每罐車加水時間為10min,則加水泵排量確定為60m3/h,需設(shè)裝車泵2臺,單臺泵各對應(yīng)單個加水鶴管。

        該流程下加熱爐需連續(xù)運行,實際加熱的水量遠(yuǎn)大用水需求量,尤其在冬季,儲水罐降溫速度快,加熱爐耗氣量明顯增加,折合實際加熱水量為800m3/d,經(jīng)計算熱水站日耗氣量為4605m3。

        2.3 建設(shè)模式情況對比

        “加熱爐”高架流程新建2.5MW火筒爐2臺,升壓泵3臺,總投資497萬元,具有工藝流程簡單,占地較小,便于管理,能實現(xiàn)無人值守,加熱爐間歇運行耗較低,投資少的優(yōu)點,缺點為加水速度較慢,當(dāng)加水量超過8臺/小時,會出現(xiàn)排隊等候現(xiàn)象?!凹訜釥t+儲水罐”流程新建1.5MW火筒爐2臺,循環(huán)水泵(升壓泵)3臺,加水泵2臺,新建500m3儲水罐1座,總投資595萬元,加水速度快,工作效率高,能實現(xiàn)無人值守,加熱爐功率較小的優(yōu)點,缺點為工藝流程較復(fù)雜,占地面積較大,能耗高,補(bǔ)水時間集中,對污水站沖擊較大,管理點多,投資高。

        3 結(jié)語

        (1)外圍油田熱水站采用加熱爐高架流程及“加熱爐+儲水罐”流程均能滿足現(xiàn)場對熱水量的需求;

        (2)采用加熱爐高架流程在滿足加水速率要求的情況下,具有占地面積小,投資低,工藝流程簡單優(yōu)勢;

        (3)采用加熱爐高架流程在后期運行時,年節(jié)省氣約為43.2萬方,節(jié)約運行成本約70萬元。

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