小压降全自动在线除垢相变加热装置

2014-03-09刘继刚大庆油田设计院

油气田地面工程 2014年4期

刘继刚大庆油田设计院

小压降全自动在线除垢相变加热装置

刘继刚大庆油田设计院

小压降全自动在线除垢相变加热装置的结构具有以下技术创新点：建立了管内蒸汽自然冷凝、管外介质强制对流的计算模型，开发了无动力管内相变换热技术；采用倾斜式换热器结构，开发了蒸汽自然循环、可拆卸滑动管板填函式换热器技术；采用滚筒或齿条结构，开发了侧向动力传动、无接触控制、毛刷水平往复除垢技术。该装置中被加热介质不与火焰直接接触，减少了烟火管鼓包、穿孔的可能性，延长了加热炉的使用寿命。与普通二合一加热炉相比，每台加热炉每年节省费用8.4万元。

除垢相变加热装置；倾斜式换热器；除垢；投资成本

1 工作原理

小压降全自动在线除垢相变加热装置主要由正压相变加热炉和自动除垢换热器两个部分构成。

正压相变加热炉是以天然气为燃料，将炉内软化水沸腾汽化，蒸汽通过连接管道进入自动除垢换热器的管程内，与壳程内被加热介质进行相变换热，冷凝水经倾斜的换热管靠重力流入换热器管箱，再由连接管道进入正压相变加热炉的壳体内，往复循环换热。

自动除垢换热器由滑动管板式填料函换热器、除垢机构、中间传动总成和驱动机构四个部分组成。驱动机构通过中间传动总成带动除垢机构，沿着换热管束外壁往复运动，去除换热管外的污垢。除垢机构刮下的垢质，部分随被加热介质排出，部分沉积到换热器底部由排污管排出。被加热介质在壳程内流动，压降较小。驱动机构由PLC控制，间歇工作，正、反向运行，还可自由设定清垢周期。

2 结构的优化设计

经过近几年的持续攻关，开发出了小压降全自动在线除垢相变加热装置，并形成了配套的现场施工工艺，解决了加热炉因加热较差介质，造成烟火管外结垢、结焦，导致加热炉烟火管鼓包变形、穿孔和炉效降低的问题，保证了加热炉的高效运行。该结构具有以下技术创新点：

（1）建立了管内蒸汽自然冷凝、管外介质强制对流的计算模型，开发了无动力管内相变换热技术。目前油田上常用的换热器管程和壳程中的介质流动时均靠动力驱动，且管程内的介质冷凝时均为单向流传热（液相或气相）。蒸汽在管程内流动时，运动状态比较复杂，没有参考数据。根据相关换热理论，进行室内实物模拟试验，并对部分换热参数进行修正，最终开发出了无动力管内相变换热软件。

（2）采用倾斜式换热器结构，开发了蒸汽自然循环、可拆卸滑动管板填料函式换热器技术。滑动管板式填料函换热器中的换热管束可以抽出，不需现场动火，也不会破坏换热体的防腐和保温层结构，具有维修费用低，停产时间短的特点。为了建立蒸汽在管内的自然循环，对换热器的倾斜角度进行了模拟计算和优化设计，并在工厂通过大量试验，确定将换热器设置成倾斜角度安装。当换热器设置成一定的倾斜角度后，也大大提高了被加热介质与蒸汽的冷凝换热效率。

（3）采用滚筒或齿条结构，开发了侧向动力传动、无接触控制、毛刷水平往复除垢技术。除垢机构主要靠外力除垢，换热管之间穿插着多排除垢毛刷，多排除垢毛刷通过刮板环、定距管组合成一个整体，由缠绕在卷筒上的钢丝绳拉动除垢机构间歇地往复运动，去除换热管外的污垢。采用该传动机构，可将驱动机构产生的垂直于换热器壳体的推动力转换成除垢机构往复运动所需的水平力，方便了驱动机构的安装，降低了整套装置的投资成本。