油田水套加熱爐應(yīng)用簡介

油田水套加熱爐應(yīng)用簡介石西油田·基東采油站2011年8月前言給原油、天然氣加熱是油氣集輸過程中的最根本的工藝技術(shù)。原油的儲存、運(yùn)輸、脫水、穩(wěn)定等都需要將原油加熱到所需的溫度。加熱油氣所需的熱能，來源于不同的熱源和不同的方法。加熱爐是給原油等介質(zhì)加熱的一種設(shè)備，即加熱爐利用燃料燃燒的火焰和煙氣作為加熱劑，來加熱金屬管內(nèi)或容器中流動的原油、天然氣或水，有不同的種類，本文主要介紹油田水套加熱爐結(jié)構(gòu)原理及使用維護(hù)方面的知識。一、加熱爐的分類〔1〕按功能分類①二合一，完成其加熱和緩沖的功能或者加熱和外輸功能；②三合一，完成其加熱、別離、和緩沖的功能；③四合一，完成其加熱、別離、緩沖和游離水脫除功能；④五合一，完成其加熱、別離、緩沖、游離水脫除和電脫水功能。盡管合一程度不同，但內(nèi)部結(jié)果大同小異，根本由隔板將殼體分成兩段或多段結(jié)構(gòu)，一側(cè)完成介質(zhì)加熱緩沖的工藝要求，另一側(cè)收油。另外五合一裝置的電脫水是其他合一裝置未具備的，具有不同的特點(diǎn)。油田將這些合一裝置稱為加熱緩沖裝置，通常在轉(zhuǎn)油站比擬多見。〔2〕按加熱方式分類①火筒式加熱爐。這種加熱爐的殼體內(nèi)無隔板，介質(zhì)通常是含水較少的原油。它主要由燃燒器、火管、煙管構(gòu)成，通過火管壁、煙管內(nèi)的煙氣來對介質(zhì)加熱，提高介質(zhì)溫度。②管式加熱爐。通常也稱臥式圓筒爐。它主要由燃燒器、輻射管、對流管構(gòu)成。通過熱輻射和對流方式直接對爐管內(nèi)的介質(zhì)加熱，外殼起到封閉火焰和爐管的作用，外殼不承壓。它的熱效力較高，介質(zhì)提升溫度高，所以也稱為高效爐。它的工作介質(zhì)通常是油、水或含油污水。③水套加熱爐。主要由火管、煙管和受熱盤管構(gòu)成。這種加熱爐殼體內(nèi)的介質(zhì)是清水，盤管內(nèi)的介質(zhì)通常是含水較少的原油。其工作原理是首先由煙管和火管內(nèi)的煙氣對其周圍的水進(jìn)行加熱，然后熱水對盤管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行水浴加熱，提升盤管內(nèi)介質(zhì)的溫度，通常盤管內(nèi)的介質(zhì)壓力較高，以便外輸。④真空加熱爐。這種加熱爐主要由燃燒器、煙管、火管、受熱盤管構(gòu)成。它屬于微負(fù)壓或常壓容器，通過加熱中間介質(zhì)水產(chǎn)生水蒸汽，水蒸氣再加熱受熱盤管，水蒸氣被受熱盤管吸收熱量后冷凝為水，如此反復(fù)循環(huán)到達(dá)加熱目的。因此這種加熱爐也被稱為蒸汽換熱加熱爐。真空加熱爐可以實(shí)現(xiàn)集油加熱、摻水、采暖加熱多功能，并實(shí)現(xiàn)了爐前自動控制，操作方便可靠，具有效率高、爐體小、鋼耗低等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。此外還有有機(jī)熱載體爐、分體相變相加熱爐等。

二、油田常見水套加熱爐結(jié)構(gòu)及原理水套加熱爐是為滿足油田特殊需要而設(shè)計(jì)的一種專用加熱設(shè)備,主要用于油氣集輸系統(tǒng)過程中,將原油天然氣加熱到工藝要求的溫度,以便進(jìn)行輸送、沉降、別離、脫水和初加工。水套爐在油氣集輸輸氣系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，具有品種多、配置多樣，結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、適用范圍廣等特點(diǎn)，是理想的加熱設(shè)備。水套爐是以水作為傳熱介質(zhì)的間接加熱設(shè)備，如下列圖。水套爐是由簡體、煙火管、氣盤管和其他附件組成。氣盤管和進(jìn)出筒體處用盤根密封，松緊由填料壓蓋調(diào)節(jié)。水套爐通過水箱給爐內(nèi)加水，水套爐爐內(nèi)壓力(殼程壓力)為常壓。水套爐筒體上焊有溫度計(jì)插孔，裝有水位計(jì)，以控制水套爐運(yùn)行。水套爐筒體靠鞍式支座支撐，筒體上敷設(shè)耐火材料保溫。水套爐的加熱原理是天然氣燃燒器噴出的高溫火焰直接加熱煙火管，高溫?zé)煔庀蚝罅鲃?，?jīng)煙氣出口管進(jìn)入煙箱，然后經(jīng)煙囪排入大氣。但煙火管和煙氣出口管附近的水受熱后因密度減小而上升，與氣盤管接觸傳熱后溫度下降，又因密度增加而下沉，又被加熱后又上升，如此不斷循環(huán)，以加熱氣盤管內(nèi)的天然氣，到達(dá)提高天然氣氣流溫度的目的。但要注意水套加熱爐禁止超壓使用，即氣盤管內(nèi)的天然氣不能超過允許工作壓力。三、水套加熱爐燃?xì)夥绞剿谞t根據(jù)燃燒方式分為微正壓和負(fù)壓水套爐：①微正壓燃燒水套加熱爐。燃燒器風(fēng)機(jī)強(qiáng)制向爐膛供風(fēng)，并配備白動程序點(diǎn)火與熄火保護(hù)裝置。大局部采用平直或平直與波形組合的火筒和螺旋槽構(gòu)成，盤管采用可拆式螺旋槽U形管束。優(yōu)點(diǎn)：熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，鋼材耗量少〔如下列圖〕。水套加熱爐實(shí)現(xiàn)正壓燃燒通過燃?xì)馊紵刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)〔見下列圖〕：主要結(jié)構(gòu)部件為控制器、燃燒器及其它附件〔火焰探測器、探頭等、穩(wěn)壓閥、電磁閥〕。原理：當(dāng)可燃?xì)怏w由控制程序控制進(jìn)入燃燒器的燃燒頭內(nèi)，由一次風(fēng)與可燃?xì)怏w混合，點(diǎn)火燃燒，二次風(fēng)助燃，實(shí)現(xiàn)充分燃燒。——獲得高燃燒效率的核心技術(shù)〔目前常用進(jìn)口德國產(chǎn)“威索”、意大利“利雅路”〕②負(fù)壓燃燒水套加熱爐。負(fù)壓燃燒即燃燒所需空氣為自然進(jìn)風(fēng)，火筒與煙管采用U形或類似結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，密封效果好〔如下列圖〕。四、水套加熱爐的安裝方式油田采油使用水套加熱爐按安裝方式可分為撬裝式和地面下磚混式。隨著油田配套設(shè)施的開展，磚混地下安裝水套加熱爐由于其熱效率低、安裝不便、占地面積大、故障率高等原因，正逐步被相對性能較佳的撬裝式水套加熱爐所替代。撬裝式水套加熱爐具有以下優(yōu)點(diǎn)①露天擺放，大局部安裝配套自動燃燒控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占地面積小、可整體搬遷，安裝投產(chǎn)迅速；②具有自動點(diǎn)火，熄火，自動切斷氣源，水溫自動調(diào)節(jié)功能，操作維護(hù)方便；③使用燃燒器微正壓燃燒，熱效率較高；④燃燒器點(diǎn)火前強(qiáng)制通風(fēng)2～3分鐘，熄火后自動切斷氣源，杜絕了危險(xiǎn)的爆燃，平安系數(shù)高。撬裝式水套加熱爐在具有較多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也有一定的缺點(diǎn)：冬季計(jì)量站配水撬、多通撬、計(jì)量撬、操作間均采用電暖氣保溫，由于電暖氣使用壽命較短，形成浪費(fèi)；五、一種帶熱水自然循環(huán)供熱的水套加熱爐地下安裝磚混式水套加熱爐通常還有給油氣計(jì)量間、配水間供暖的作用，也就是說，此類水套加熱爐同時(shí)也是一座熱水鍋爐。該類型供熱原理：水隨溫度升高而其密度變小，故導(dǎo)致供暖系統(tǒng)中熱水上升冷水下降形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)?！才蛎浰洌喝菁{因加熱膨脹的體積，起到排氣，定壓的作用，見右圖〕。六、水套加熱爐的使用考前須知1、準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備相關(guān)工具、材料準(zhǔn)備，穿戴好勞動保護(hù)用品。2、點(diǎn)爐前應(yīng)檢查相關(guān)內(nèi)容： 〔1〕新建爐或檢修后的加熱爐，必須經(jīng)過嚴(yán)密強(qiáng)度試壓〔實(shí)驗(yàn)壓力為工作壓力的1.5-2倍〕，穩(wěn)壓24h，檢查各部有無滲漏現(xiàn)象，合格前方可使用?！?〕檢查爐頂、爐膛、保溫表、爐管和煙道是否到達(dá)投產(chǎn)要求，并去除爐膛和煙道內(nèi)施工或檢修遺留下來的雜物。〔3〕檢查風(fēng)門、防爆門、觀火口、火嘴是否安裝合格，風(fēng)門擋板是否靈活好用，并根據(jù)燃燒量調(diào)節(jié)好風(fēng)門開度?！?〕檢查水位計(jì)是否密封，接頭是否好用，并調(diào)整水位至2/3的位置?！?〕檢查平安閥、上水閥是否靈活好用，上水管線是否暢通。〔6〕檢查各種儀表〔壓力表、溫度計(jì)〕是否齊全完好，投用熄火、停爐報(bào)警裝置?！?〕檢查燃料油、天然氣是否充足，管線是否暢通，各油氣閥是否關(guān)閉嚴(yán)密，有無滲漏現(xiàn)象，并啟動燃料油泵及電加熱器，使燃油進(jìn)行循環(huán)，燃料油壓力控制在本爐的適用規(guī)定范圍內(nèi)?！?〕使用轉(zhuǎn)燒火嘴時(shí)，要對電路和油路進(jìn)行檢查，是否到達(dá)點(diǎn)火要求?！?〕檢查加熱爐煙囪繃?yán)K和接地線是否良好?！?0〕如采用正壓燃燒，應(yīng)檢查并啟動鼓風(fēng)機(jī)，使?fàn)t內(nèi)通風(fēng)5-10min。3、點(diǎn)爐運(yùn)行考前須知〔1〕使氣能充分燃燒，燃?xì)獬实{(lán)色火焰，煙囪不冒煙的狀態(tài)?！?〕爐膛升溫不得太快，防止各部受熱不均勻。〔3〕調(diào)整燃燒器、燃油壓力、燃?xì)饬?，保證加熱爐出口溫度滿足要求，并保持爐溫平穩(wěn)運(yùn)行，并作好運(yùn)行記錄?！?〕冬季長期停爐，應(yīng)將爐內(nèi)存水放凈，以免凍壞爐體。七、常見危險(xiǎn)因素及應(yīng)對措施1、火管燒損火管燒損是合一裝置、火筒爐及水套爐使用過程中常見的問題，尤其以合一裝置最為嚴(yán)重。表現(xiàn)形式通常為火管近火焰處的鼓包變形，隨著變形的進(jìn)一步加大，導(dǎo)致變形部位的金屬厚度減薄，由于變形部位的應(yīng)力集中，加之外部壓力的作用，可能導(dǎo)致火管產(chǎn)生裂紋及穿孔。由于介質(zhì)為含水較少原油，一旦火管燒穿，勢必引發(fā)事故?！?〕介質(zhì)中的雜質(zhì)影響由于加熱爐加熱的介質(zhì)是從地下采出，只經(jīng)過簡單處理，在金屬加熱爐之前未對其進(jìn)行徹底有效的凈化別離，含有大量泥沙及一些礦物質(zhì)，高溫作用下在火管、煙管及筒體內(nèi)壁結(jié)垢，硬垢上層還會附著一層軟垢，嚴(yán)重的垢的厚度達(dá)50mm以上。〔2〕結(jié)垢結(jié)焦的影響結(jié)垢、結(jié)焦導(dǎo)熱系數(shù)較低，這使煙火管外表形成致密隔熱層，熱量無法及時(shí)散出?！?〕燃燒器加熱爐所用燃料為油田伴生氣，采用燃?xì)馊紵?。這種燃燒器采用自然配風(fēng)，形成的火束粗，火焰過短、過長均會造成耐火磚的鋪設(shè)距離與火焰長度不匹配，造成火管燒損。燃燒器安裝不合理造成火焰偏燒也會造成火管燒損。

2、腐蝕〔1〕內(nèi)腐蝕合一裝置中別離出的天然氣中含S和P等雜志，與水形成酸性物質(zhì)造成對金屬的腐蝕，多表現(xiàn)為大面積均勻腐蝕和點(diǎn)蝕，并且以氣相空間局部最為嚴(yán)重。加熱爐、管道酸洗后殘留酸液對加熱爐內(nèi)壁也產(chǎn)生腐蝕?！?〕外腐蝕由于排煙溫度低，煙囪產(chǎn)生的露水無法及時(shí)從煙箱排出，露水與天然氣燃燒產(chǎn)物中的氮氧化物、硫化物等共同作用形成酸性溶液對煙箱、煙箱側(cè)封頭、煙囪都構(gòu)成腐蝕作用，造成加熱爐煙箱側(cè)封頭產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕，煙箱和封頭連接處壁厚減薄，甚至穿孔。另外，還存在制造原因、修理質(zhì)量差和內(nèi)部管理等因素。

3、平安對策措施針對以上危險(xiǎn)因素，在平安評估過程中應(yīng)采取以下有針對性地平安對策措施?！?〕在工藝中增加污水進(jìn)入加熱爐前的沉降、別離時(shí)間，沉積物和泥沙充分沉降、別離。〔2〕按《石油工業(yè)用