油田注汽锅炉炉管过热研究

林惠春

摘要：油田注汽锅炉在实际运行中，往往会因为供给锅炉的燃油（气）突然压力升高等因素；导致火量过大而造成蒸汽温度过高，锅炉炉管过热。锅炉火量绝对过大长时间持续后，最终会形成二类传热恶化，直接导致炉管过热而爆管。在注汽井出现串层等突发状况时，注汽压力突然下降，导致炉管内产生过热蒸汽，锅炉给水中所含的杂质析出并粘附在炉管内壁上，最终形成炉管结垢。通过对炉管过热现象的研究，采取相应的措施减少炉管过热现象的发生频率，可有效地避免注汽锅炉爆管事故的发生。

关键词：油田 汽锅锅炉 炉管过热 研究

1 概述

辽河油田锦州采油厂是一个以稠油开采为主的石油单位，有稠油注汽井近千口，在用稠油注汽锅炉40台。日注汽量8000立方米左右。从热注锅炉到井口是一个封闭的高温高压系统，并且大部分高温高压管线都暴露在伸手可及的范围内，管道的正常工作压力达15Mpa、蒸汽温度在335℃左右，每台锅炉的高压流程上的压力表、阀门、安全阀等多达50余处，高压连接部位十分集中。而随注汽锅炉使用年限的延长，设备整体老化，炉管结垢增加，注汽锅炉炉管过热现象频发，由此而造成的注汽锅炉爆管事故也偶有发生，所以有必要对注汽锅炉炉管过热现象及其危害进行全面分析，在此基础上，采取相应的防范措施。

2 注汽锅炉炉管过热原因分析

造成注汽锅炉炉管过热的直接原因是蒸汽温度过高（蒸汽过热），而导致蒸汽过热的原因则有以下几个方面：

2.1 火量过大造成蒸汽过热。油田注汽锅炉实际运行中，导致火量相对于水量过大的主要原因如下：①供给锅炉的燃油（气）压力升高；锅炉供燃油（气）量增加，会导致火量过大。②炉管结垢、锅炉对流段严重积灰导致蒸汽干度烧不上去时，持续增加锅炉燃油（气）量，会导致火量过大。③蒸汽干度、注汽量计量仪表显示值偏低，锅炉运行工发生误判，增加锅炉燃料供给量，造成火量过大。

2.2 蒸汽压力降低造成蒸汽温度过高。在油田注汽锅炉实际运行中，以下情况皆可造成蒸汽压力骤降。①注汽井突然出现串层后压力突然下降。②注汽管线或者高压部件连接处断裂，管道内压力瞬间释放。③生产工艺要求造成。如不停炉开放空投球、直接转注衔接井、利用管网蒸汽给新接管线试压、相邻注汽站利用固定管网串汽加热燃油等等，以上原因均可造成不等时间的压力下降。

3 注汽锅炉炉管过热的危害

3.1 锅炉火量绝对过大造成炉管传热恶化。由于水从液态到汽态是一个逐渐变化的过程，首先经过泡态沸腾到第一类膜态沸腾，称为一类传热恶化；再到第二类膜态沸腾，称为二类传热恶化。在这个过程中炉管的吸热能力逐渐降低。蒸气干度过高出现第二类膜态沸腾时的最小热负荷称为临界热负荷，临界热负荷的数值随着压力的升高而升高，达到最大值后，随着压力的升高而下降，当升至临界压力时，临界热负荷为零。也就是说，随火量绝对过大持续，单位质量的水变成蒸汽需要的热量少了，并且水的临界热负荷在不断降低，如果这一过程没有监控调整，燃烧火量保持不变，最后将产生严重的二类传热恶化，直接导致炉管过热而爆管。

3.2 锅炉蒸汽压力降低造成蒸汽温度过高，导致锅炉炉管结垢。从饱和水蒸汽的温度压力对照表可以看出，不同压力下所对应的饱和温度不同，在压力稳定的状态下饱和蒸汽温度不变，但压力突然降低后，其对应的饱和温度会同时降低，由此将导致炉管内蒸汽干度迅速上升，并且实际蒸汽温度高于饱和温度，产生过热蒸汽。而当炉管内产生过热蒸汽后，炉水中所含的杂质必然析出，析出的杂质就粘附在炉管内壁上。虽然每次干度超标的时间和过热度不等，但最终累计形成炉管结垢。也就是蒸汽过热必然产生结垢。

水垢对锅炉受热面的传热影响相当严重，由于水垢的导热系数很小，它的导热热阻相当于受热面金属导热热阻的6～1000倍，在锅炉结垢后其总传热系数下降的情况下，要保证蒸汽干度不变，就要保持锅炉吸收的传热量不变，根据传热学理论的传热关系式：Q=F·K（t1t-ts），（Q——单位时间内锅炉受热面的传热量W；F——锅炉受热面面积m2；K——总传热系数kw/m2；t1t，ts分别为锅炉和水（或水蒸汽）的温度，℃），因此只有增加受热面的温差（t1t-ts）了。炉管内部需要的温度是一定的，那就必须提高外部温度，因此就提高了燃料量，同时提高了烟气的温度，也增加了炉体散热损失，其结果一方面浪费燃料，另一方面炉管在每次不同时间不同过热度的情况下逐渐蠕变，致使炉管强度降低。而火量增大，势必造成新的过热，多次往复后将使结垢增加，炉管的老化速度加快，致使结垢部位的炉管产生高温蠕变，最终发生炉管脆性爆裂。

4 控制减少注汽锅炉炉管过热措施

①定期校验温度、压力、流量、干度检测等注汽锅炉在用计量仪表，保证其在检定期内运行，避免因其示值偏差，造成锅炉运行工发生误判。②选用相对来源稳定的燃料，减少输入锅炉的燃料的压力变化，避免因燃料压力突然升高，导致火量过大。③注汽锅炉定期检炉洗管，定期吹灰，减少炉管结垢、对流段积灰。④对运行中的注汽锅炉炉管温度和蒸汽压力实行自动化监控，在温度和压力出现波动时及时报警提示。

5 措施实施效果

以锦州采油厂7号站2#炉为例，采取上述措施后，10个月内共发生蒸汽温度高预报警39次，发生蒸汽压力波动预报警13次。全厂40台在用注汽锅炉2年来没有出过一次爆管事故。

参考文献：

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