海上稠油热采小型化蒸汽发生系统及应用分析

2016-11-28梁光川

环球市场 2016年14期

关键词：干度小型化热阻

赵庆梁光川

西南石油大学石油与天然气工程学院

海上稠油热采小型化蒸汽发生系统及应用分析

赵庆梁光川

西南石油大学石油与天然气工程学院

目前在海上油田作业中热采技术的运用已经比较成熟，主要是针对稠油进行开采。不过，由于受到海上环境及各种条件的限制，要求热采设备必须小型化、高效化，因此笔者对一种小型蒸汽发生系统进行了研究，该系统可以快速、连续的产生高干度蒸汽，对海上油田生产起到积极的推动作用。

稠油热采；小型化发生系统；计算

蒸汽热采作为一种国内外普遍认可的稠油开采工艺已经非常成熟，然而海上开展蒸汽热采则会遇到海上环境腐蚀、平台甲板面积有限、吊机能力较轻、甲板单位面积载荷小、热采用水困难等问题。笔者介绍了一种综合考虑上述问题的能够适应海上平台工作环境小型化蒸汽发生器系统。

一、小型化发生系统介绍

小型化蒸汽发生系统分为小型化蒸汽发生器和小型化软化水处理器两部分组成，小型化蒸汽发生系统是先将平台水源，经过离心泵加压进入一、二级软化水罐进行离子交换，去除水中钙、镁离子实现水质软化，软化后的水再经过热力水箱使水加热至沸点将水中的氧气排出，实现去除氧的目的。处理完后的软化水通过高压柱塞泵增压至21MPa进入高压辐射对流盘管区，同燃烧器所燃烧重油或天然气放出的高温烟气热进行辐射换热和对流换热，将受压盘管内的软化水加热到具有一定干度的汽水混合物，再由汽水分离器进行物理分离，最终产生蒸汽干度为90%以上的汽水混合物。

二、小型化蒸汽发生系统本体结构

小型化蒸汽发生器分为六部分组成，1.盘管；2.燃烧室；3.燃烧器；4.汽水分离器；5.控制箱；6.水泵，小型化蒸汽发生器采用圆形立式结构设计，燃烧器通过采用旋风式燃烧专利技术，可以提高燃烧效率同时也可以减少锅炉内部烟气不均匀系数，最大程度的实现炉内受热均匀。高压受热管束采用12Cr1MoVG材质，该材质表面温度在580℃时仍可以保证材料的安全性，同时受热管束采用变化管径的大小，有效的降低蒸汽水阻力，使设备电耗处于一个经济合理的运行下。通过巧妙的增加立式汽水分离器将高压管束内的湿饱和蒸汽进一步分离，形成干度大于90%的蒸汽。

蒸汽发生器系统在保证蒸发量的同时将蒸汽的干度较陆地锅炉提高了10%，根据水蒸气特性可知，锅炉的出力即功率较陆地油田同等吨位锅炉高出10%，有效地提高了注汽质量，增强了蒸汽吞吐的效果。同时设备采用模块化设计系统总共分为9个模块：1.发生器上部高压管束；2.发生器下部高压管束；3.发生器正压防爆间上部；4发生器正压防爆间下部；5.锅炉软化水器模块；6.高压泵模块；7.闪蒸罐模块；8.除氧水罐模块；9.汽水分离器模块。各模块重量均小于9吨可以满足海上所有平台吊机能力的要求。

由于蒸汽发生器采用立式结构设计所以大幅降低了平台使用面积。发生器采用在线蒸汽吹灰解决了以往停炉才能实现吹灰的问题，增强了锅炉效率，同时控制部分采用蒸汽干度实时测量系统，可以有效地监测蒸汽的注汽干度、瞬时注入热能、累计注汽总热能，即便临时中断后再次注汽也能及时准确的计算出剩余注入能量的多少。

三、辐射受热面计算

由于采用先进的旋风燃烧技术同时辐射区域采用圆形设计，这样可以将发生器燃烧室燃烧基本完全对称，这样保证了发生器燃烧室内部所有区域的受热均衡，从辐射受热面的热有效性系数

S′----辐射受热面的灰污系数

X----辐射受热面的角系数

从(1)可以得出，受热面有效性系数同角系数和辐射受热面的灰污系数有关系。辐射受热面的灰污系数在燃料为重油时为0.55，水冷壁角系数，与水冷壁的相对管距s/d(s----管距，d----管径)及水冷壁管距炉墙的相对距离e/d有关(e----水冷壁管中心到炉墙的距离)，当s/d=1时角系数达到最大值1，而小型化蒸汽发生器辐射区域采用螺旋盘管式结构即s=d即s/d=1，所以采用螺旋盘管式结构作为辐射区域可以在同等辐射面积的情况下最大的缩小体积。