油井加热用火管炉失效原因分析

杨 波

（辽河油田曙光采油厂，辽宁盘锦 124109）

油井加热用火管炉失效原因分析

杨 波

（辽河油田曙光采油厂，辽宁盘锦 124109）

油田企业单井常用的加热炉现在多数为火管炉，火管炉失效频率明显高于水套炉。从火管炉的加热及结构进行失效形式分析。分析炉管高温后出现的蠕变、结焦、渗碳过程，结合生产环境因素分析火管炉采用外翅片结构形式对加热效率影响。造成加热炉失效的主要因素为高温失效，确定高温的影响因素多数现在于管理环节，加热温控可以相应延长火管炉的寿命。

加热炉；高温；翅片；失效

油田企业在用的加热炉主要有两大类。一类是间接加热式，俗称为水套炉，一类为直接加热，俗称为火管炉。间接加热式的加热炉由于最高温升通常超不过150℃，同时多为大型加热设备，使用中定期检查与保养工作较全面。而直接加热式的加热炉，由于多用于单井及平台井的加热，在应用环境与燃烧条件上与间接加热炉有明显的区别。直接加热炉的损坏率较高，而应用效率低下，尤其是在冬季的应用中，存在问题较为突出。

1 炉管高温失效

1.1高温蠕变

由于单井出液量不均，在加热过程中，存在加热温度过高或过低的现象。当油井出液量少或不过液时，火管炉仍处于加热状态，此时火管炉的加热温度已超过炉管钢材的最大热应力，加之炉管内有一定的压力，造成炉管出量在高温状态下的变形。经过几次的变形，达到炉管的屈服极限，造成炉管破裂。此种现象多出现在油井出液量少，抽油机井排液不正常情况，该种损坏占火管炉损坏的50%以上，主要是人为因素造成的。

1.2裂解炉管内油质

1.2.1结焦

炉管内的油质及沥青质在高温加热后，内部的轻质成份减少。当炉管高温一定时间后，炉管内的油质与沥青质会发生裂解。裂解炉管内大多数烃的反应物在高浊下是不稳定的，缩聚和过度裂解的最终产物为焦碳并放出碳和氢。焦碳吸附在炉管内壁，降低了加热效率，使得管内介质得不到加热，造成热量积聚，使得结焦处炉管温升更高。

1.2.2渗碳

当结焦后，碳质转为稳定成分。而此时氢成分相对增加。氢对钢材中的碳具有一定的吸附作用，即氢腐蚀。温度过高，加速氢对钢腐蚀，造成炉管中的含碳量减少。这样钢材中的碳会渗出，而未渗碳的外壁就会受到接应力，造成管外壁产生裂纹和开裂。

1.2.3炉管接头处热影响区

由于炉管加工过程中也不是一个整体。在使用中，接头处由于高温影响，热变形量不同，会造成接头焊口变形量加大，造成接头处的热应力相对集中，增加发生断裂开焊的机率。

2 翅片失效

2.1火管炉使用的翅片结构

常用火管炉使用的翅片一种为肋板式，一种为环片式。应用于油井使用的火管炉支片多为肋板式，此类翅片管可以采用铸造而成，加工过程相对简单，由于采用铸造形式，外形较为圆滑，多为平滑过渡。而环片式由于加工时，需要将环片加工由管壁外侧，环片由于外壁较薄，不能承受直接加热过程中火焰直接加热的高温，所以通过不采用。

2.1翅片的应力腐蚀开裂

火管炉的炉管为了增加热效率，在炉管外壁增加了翅片，即所谓的外翅片管。在油井火管炉加热时，多数采用的是油井本井回收的自产气，自产气含有大量水蒸气及硫化氢（H2S）等腐蚀性气体。加热时，硫化氢燃烧后生成水后二氧化硫（SO2）。同时由于火管炉在使用中烟囱帽不可能密封，会造成雨水等杂物进入炉膛，创造了二氧化硫与水生成亚硫酸或硫酸的条件。加之炉管在运行中还在承受一定的拉应力，即形成一定的应力腐蚀效应。经过长时间的工作，翅片吸热不均，造成盘管受热不均，出现腐蚀断裂现象。

2.2翅根积垢

火管炉燃烧过程，对于燃烧状况多采油肉眼观察，对于进入的空气量没有不能很好地控制，引起炉膛内自产气不能充分燃烧，由于燃烧过程中不能及时对炉膛进行清碳清垢处理。在翅片的根部会造成燃烧不净的碳质沉积极在翅片的根部，造成炉管加热不均，引起炉管一定的变形，降低加热效率。

3 炉管其他失效原因

气液间断现象会在管内形成气锤，使炉管局部受热应力增加，造成炉管破裂。

季节交替没有进行很好的保温及排空措施，造成炉管的破裂。

加热炉外壁部分破损，造成加热炉炉管不同部位温差较大，引起热应力集中。

设备安装过程中，没有考虑现场条件，安装位置及角度随意性大，引起炉膛内火焰对炉管的加热不均等。

4 失效原因分析

从上述失效原因分析中可以看出，火管炉的操作不当，造成的设备内部局部高温引起的失效为主要操作因素。翅片的积垢、腐蚀造成的设备输送管外壁损伤而引起的失效为主要环境因素。而这两个因素对设备的运行起关键作用，当设备定位于操作环境时，可以通过加装保温，增加防雨、防水，改变燃烧介质来优化操作环境。在设备使用中，操作因素贯穿于设备投用、使用、失效的全过程，在此期间延长设备的使用期限就应作为设备操作培训的主要方向。建立相应的火管炉加热操作规程，进行定期与不定期相结合的检验、检查体系以完善设备使用规程，延长设备使用期限。

5 结论

总体而言，火管炉失效频率明显高于水套炉失效频率，从现场条件对比看，环境因素占比相对较小。在使用过程中，造成失效多为人为因素。从上述失效形式中可以看出，高温、受不均为主要因素。因此对火管炉的管理主要应以控制火管炉出现高温、受热不均为主要切入点，加强火管炉的温控管理，做到火管炉加热温度的平稳运行，从改善燃烧环境及油井出液条件等多方面入手，以延长火管炉的使用寿命。

[1] 陶延令.采油技术问答[M].北京：石油工业出版社，1998：142.

[2] 卢绮敏.石油工业中的腐蚀与防腐[M].北京：化学工业出版社，2001：45.

Oil Heating Boiler Failure Analysis

Yang Bo

Single-well oil companies are now mostly commonly used furnace tube furnace fi re，fi re tube furnace failure frequency was signifi cantly higher than that of the water jacket furnace.Failure mode analysis carried out from the heating furnace and fi re tube structure.Creep analysis of high-temperature tube furnace after appearing，coking，carburization process，combined with environmental factors produce fi re tube furnace with external fi ns in the form of structure on heating effi ciency.Most of the major factors infl uencing factors for high temperature furnace failure failure，high temperature determined now to management aspects，the heating temperature can be extended fi re tube furnace life.

heating furnace；high temperature；fi n；failure

TE974.2

A

1003-6490（2016）01-0025-02

2016-01-02

杨波（1977—），男，四川达县人，高级技师，主要从事石油管理和采油工作。