相变加热炉在矿场油气集输系统的低碳化应用

王东（辽河油田公司质量节能管理部）

相变加热炉在矿场油气集输系统的低碳化应用

王东（辽河油田公司质量节能管理部）

在矿场油气集输领域，对净化原油、含水原油、掺输、含油污水及采暖清水等介质均需进行加热，每个站都需要有一定数量的加热炉。一般的油气接转站三种介质须同时加热，联合站四种介质须同时加热；需要加热的介质多，且加热炉功率都较小，能耗和污染物排放量较高。通过在矿场油气集输系统应用相变加热炉，加热炉的工况可根据加热介质流量的大小自动进行温度调节，在节约能耗、减少污染物排放量的同时，减轻了劳动强度，炉效可达到 90%以上。

油气集输 相变加热炉 工艺技术 炉效 低碳减排

油田用加热炉是矿场油气集输中的重要设备之一，尤其是在油田进入高含水期的稠油开发和天然气开发中，加热炉显得更为重要。加热炉是矿场油气集输中主要的能耗设备之一，一般单台 1750kW的加热炉年耗气量为 55×104m3，普通联合站配备的加热炉数量为 10台左右，每年总耗天然气量为438× 104m3， 废 气 排 放 量 5711.5× 104m3（标）， 耗能和废气排放量十分惊人。

1 老式加热炉存在的问题

目前，老油田使用的老式水套式加热炉和绹纤毡加热炉由于使用年限长，加热炉主要存在设备老化 （平均 新 度 系 数 0.41）、 腐 蚀严重， 能 耗 高、效率偏低、燃烧不充分、炉内腐蚀结垢等问题。老式水套炉基本没有自动调节功能，不能随着加热介质流量的大小进行温度调节，很容易出现烧高温或加热不足的问题。因此，关注油田用加热炉技术和发展对安全生产、节能和提高生产效率有着非常重要的 意义[1]。

2 相变加热炉的技术特点

2.1相变传热技术

利用水的相变传热技术，中间传热介质水在封闭状态下运行极少损失，不需经常添加；系统在无氧无垢状态下运行（不在炉内形成垢层、避免氧腐蚀）， 可 提高加热 炉 的 使 用 寿命[2]。

2.2蒸汽发生器

蒸汽发生器采用新型火管炉体结构，应用高效传热元件——螺纹烟管，配以合理的烟气流速，受热面不会在运行中发生积灰，因此可保证加热炉热效率不会因运行时间延长而降低。拱形管板、螺纹烟管使锅壳由准刚性体变为准弹性体，配合翼形烟道，完全避免了传统烟火管锅炉高温管板开裂的弊病[3]（图1）。

图1 相变加热炉内部结构及工作原理

2.3蒸汽换热

采用蒸汽换热，温度范围为 100～170 ℃，增加汽化潜热的能量传递，可以有效提高换热能力。蒸汽发生器与管壳式换热器上下安装，依靠重力作用实现水的蒸发、冷凝、回落、再蒸发的自然对流 ， 无 需 外界动力 ， 运 行 成 本很低[4]。

2.4控制系统

采用一体化结构配置及自动化技术控制与监测技术的应用方式，有效改善了加热炉的运行控制。

2.5模块化结构

采用分体式结构，包括加热器（产生蒸汽）和换热器两个系列的模块组，在一定条件下，一个加热 模块可以 带 多 只 换 热器，完 成 多 种 介 质的加热[5]。

3 现场使用情况及效果

辽河油田金马油田开发公司针对外输加热炉自动调节差、能耗高、热效率低的现状，在辽河油田公司首次引进并规模应用自控相变加热炉，该加热炉采用目前油气集输领域最为高效的水蒸汽相变间接加热技术，可根据不同的加热需求使用不同温度的饱和水蒸气 （温度范围一般为 100～170 ℃），并实现远程监控。加热炉采用成本低廉的水作中间传热介质，在封闭状态完成受热蒸发和换热冷凝；加热炉运行中极少补水，因此炉体受热面不会结垢，由此使加热炉受热面始终保持很高的传热系数，加热炉热效率达 88%～95%。

在金马油田矿场油气集输系统的采油站和联合站共安装相变加热炉 67台，从运行情况看 （表1），基本达到了该炉改造的预期目标，加热炉热效率 由 原 来 的 77.6% 提 高 到 目 前 的 90.3% ， 提 高 12.7个百分点，平均每个月节气 30.9694×104m3，减少废 气 排 放 403.8× 104m3（标）， 累 计 节 约 天 然 气1114.9× 104m3， 累 计 减 少 废 气排 放 1211.4× 104m3（标）。

表1 加热炉改造前后参数对比

相变加热炉热效率平均值高 （90%以上），且排烟温度、空气过量系数等指标达标，充分显示出加热炉高效、低碳、节能和环保的特点。

根据计量，使用 67台相变加热炉年可节气371.6328×104m3，减少废气排放量 4846.1×104m3（标）。 按 现 行 的天然气价格 0.68 元/m3计算，年可增效252.7万元。

4 结论

辽河油田金马油田开发公司矿场油气集输系统加热炉的低碳化改造——采用相变加热式水蒸气导热技术是成功的，从加热炉目前的运行状况看，达到了设计中要求的各项指标，节约天然气量达20%。

1）每台加热炉可设置三种盘管，为三种不同的介质进行加热，减少了加热炉的数量，减少了占地面积。

2）真空加热炉通过沸腾蒸发水蒸气的携带作用，排除系统内的不凝气体；锅壳内的水在封闭状态下运行损失极少，不需经常添加，即使采用普通的井水也不会结垢；由于系统处于无氧状态下运行，无氧化腐蚀，寿命长。

3）真空加热炉采用相变换热，利用水蒸气的潜热，可获得较高的传热效率。

4）相变加热炉的使用有效地减少了燃料的使用量，减少了废气排放，实现了低碳减排的目标。

[1]陈涛平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工业出版社, 2000:128-135.

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[4]马强.自控技术在金马油田二次开发中的应用[C]//谢文彦.第三届全国特种油气藏技术研讨会优秀论文集[C].沈阳:辽宁科学技术出版社,2008:688-691．

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10.3969/j.issn.2095-1493.2013.010.010

王东，工程师，1989年毕业于西北大学 （热能工程专业），2005年毕业于中国石油大学（计算机科学专业），从事节能监测 与 研 究 工作 ， E-mail： starmq@163.com， 地 址： 辽 宁 省 盘锦 市 兴隆台区辽河油田公司质量节能管理部节能监测中心，124010。实践证明，自动化控制实现了自动吹扫、供空气、自动点火、燃烧、自动停机和启动，减轻了工人劳动强度，提高了设备的安全性。自动控制运行参数，可使燃料利用率达到 99.5%以上，加热炉效率达 88%～95%，方便操作，具有远程控制功能；控制系统设置在专用的板房内，生产介质温度可精确控制。应用监测技术实现了熄火保护、低水位保护、超温超压保护等，保证了设备安全运行。

2013-02-14）