基于用于气田的水套炉烟火管改造研究

李晓林

引言：在油气田生产和运输中，因水套炉泄漏等问题，严重制约了气田的生产与发展。面对经济发展对天然气的需求，加强对气田的水套管的改造研究，建立新型的水套炉，防止接环焊缝泄漏等问题的发生，以保证气田生产顺利进行。

在单井集气站工艺流程中，水套炉的使用，主要目的是给天然气节流降压提供能量，确保天然气节流降压顺利进行。水套炉的工作原理是通过利用天然气燃烧产生的热能来加速天然气的流动。但是，面对水套炉在运行改造中烟火管泄漏问题，加强水套炉的改造是非常有必要的，针对水套炉存在的问题，有针对性地进行改造，使水套炉在天然气生产和运输过程中发挥重要作用。

一、水套炉运行过程中存在的问题

以川东气田生产为例，其有型号为SSL、SL水套炉310余台，热负荷为60kW、240kW、360kW，压力等级为32MPa。通过在单井集气站安装水套炉，为天然气的节流降压提供了能量。水套炉主要由燃烧系统、天然气通道及壳程组成，而燃烧系统主要由挡风板、炉膛、烟火管等组成。但是，水套炉在运行过程中，常常出现泄漏等问题，如水套炉燃烧系统及烟火系统存在的问题，尤其是烟火管泄漏现象的发生，严重阻碍了气田的生产。针对烟火系统存在的问题，由于水套炉烟火管与炉膛是焊缝连接，容易出现腐蚀穿孔漏水现象，导致水套炉无法正常使用，并且烟火系统中烟囱也容易发生腐蚀穿孔。针对这种现象的发生，烟火系统发生腐蚀的原因有很多，其中，最主要因素可能是引起烟囱发生腐蚀的凝析水，也有可能是甲烷（CH4）燃烧产物产生水汽的冷凝水。为了有效检测出引起烟火管腐蚀的原因，通过检测天然气计量温度，在水套炉周围安装电磁阀，水套炉中的燃烧器主火实行两位式控制，同时对燃烧的火焰进行监测，若出现火焰熄灭的现象，必须将燃气阀管壁，并及时报警。针对水套炉控制系统存在的问题，其主要体现在两个方面，一是火焰监测仪安装位置的不规范，导致无法监测火焰的燃烧情况；二是燃烧器主火打开时，不能及时准确的点燃，主要原因是因燃烧器的引导火一直处于燃烧状态，当外界的空气进入烟火管时，导致天然气的密度远远小于空气密度，在运行过程中，一般燃烧压力设计为16kPa。面对空气进入烟火管的现状，若天然气计量温度下降到设计的标准范围时，燃烧器主火打开，这时燃烧器出来的气流将有相对较高的动能，因天然气冲到炉膛底部，在炉膛的压力作用下，天然气将被反弹回来，致使天然气被引火点燃，并且天然气也进入了烟火管及烟道，等到被点燃时，必将出现爆鸣、回火等现象的发生，这带来了严重的安全隐患。即使安装了火焰检测仪，因安装位置的原因，也无法正确监测火焰燃烧情况。

二、水套炉改造措施

针对水套炉烟火系统存在的问题，进行水套炉的改造具有十分重要的意义。建立一套新型的水套炉，以保证天然气正常生产和运输。因此，在水套炉改造方案中，首先，必须引进先进的设备，增加水套炉的型号，若水套炉选择的型号太少，将降低了其使用效率，进而造成水套炉自用气保温效果差，在这种生产模式下，既减少了水套炉的使用寿命，也加大了制造成本和使用成本。所以，在选择水套炉型号上，应遵循压力原则和处理量原则，选择的压力有16、32MPa，处理量选择60kW、120kW、240kW、360kW等。从实际情况看，压力原则基本适合，而处理量原则不适应现场，这就导致水套炉提供的能量源源小于设计的选择值，致使水套炉无法为单井气站自用气提供足够的能量。为此，在改造过程中，可以增加水套炉的压力等级，增加至12MPa，以适应高压低渗透进的生产；处理量等级增加12、24kW，以适应高低产井的生产。除此之外，增加热负荷为0.1×103～4×103的小型水套炉，压力等级应小于9MPa，使天然气自用气节流降低提供能量。其次，进行引导或燃烧器的改造，做好引导火燃烧器的安装，在实际情况中，若引导火无法及时点燃主火，将造成严重的安全隐患。因此，在安装过程中，一是注重自用气流程的改进，从现有的自用气流程来看，水套炉在获得能量过程中，大多数能量在管段、阀建中就完全散失，导致自用气无法节流降压。针对这种现状，在流程為改变的前提下，将散热元件都安装在自用气进水套炉加热前，例如切断阀、过滤器等元件。除此之外，将自用气的出水套炉改为焊接方式，其可以达到良好的绝热保温效果。然而，对于水套炉燃烧系统中烟囱的安装要求，在安装过程中，应注重其绝热保温效果，注重燃烧后的气体排放，有效避免尾气排放不到位而影响冬季天然气的液化效果。最后，对于配风系统的改造，在水套炉配风设计中，由于带引火的配风不可调节，配风箱同样如此，总的来说，整个配风系统既不方便使用，也不方便维护。在设计过程中，若将配风系统的调风门置于配风箱之外，既可以确保天然气得到充分燃烧，也可以方便配风系统的使用和维护，有利于克服水套炉燃烧过程中出现爆鸣、回火等现象的发生。

因此，对于水套炉的改造，经对川东气田的生产参数分析，可知不管水套炉的压力变化怎样，产量将随着井口温度变化而变大，当产量达到一定范围时，天然气流动温度提供的能量足以满足天然气自用气节流所需要的能量；为了充分发挥气井油管的节流效应，井下温度应低于10～16℃。所以，在水套炉改造中，第一，水套炉壳程水温度应控制在35～65℃内；第二，在压力选择上，水套炉压力应约为气田井口关井压力的0.8倍，气流流量随着系统的变化而变大；第三，产量选择上，应选择60kW的气井，确保天然气自用气节流降压；第四，火焰监测上，首先必须进行试验，正确安装火焰监测仪，使监测仪正确监测火焰燃烧情况；第五，将配风系统的调风门置于配风箱外面，主火应设置在引导火的上面，建立新型的水套炉，从而克服当前水套炉烟火管泄漏等问题。

总结

在天然气自用气节流中，因水套炉腐蚀而造成泄漏，严重阻碍了天然气的生产。因此，通过对水套炉进行改造，建立新型的水套炉，为天然气节流降压提供所需的能量，以保证天然气节流降压的顺利进行。

参考文献

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[2]蒋昌星.苏里格气田地面工艺技术研究[D].西安石油大学，2012.

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（作者单位：重庆欣雨压力容器制造有限责任公司）