长庆油田相变原油加热炉应用现状及发展方向

2017-01-20武喜怀

中国设备工程 2017年16期

关键词：烟管炉体长庆油田

武喜怀

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750001）

长庆油田相变原油加热炉应用现状及发展方向

武喜怀

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750001）

本文分析了长庆油田相变原油加热炉运行中存在的主要故障及处理方法，阐述了使用操作和维护保养时应注意的事项，提出了技术改进的措施和今后的发展方向。

相变原油加热炉；主要故障；处理方法；使用操作；改进措施；发展方向

1 概述

长庆油田自2000年以来，在生产现场新投和改造更新了462台相变原油加热炉，其中分体式相变加热炉111台，真空相变加热炉351台，满足了低渗透油田和超低渗透油田联合站油气水分离、原油加热、站内采暖和输油站、转油站原油外输的需求。本文就长庆油田相变原油加热炉在十多年的运行过程中存在的主要故障和处理方法、使用操作保养和选型时应注意的事项，以及设计时应改进的措施和今后的发展方向等进行探讨和分析。

2 相变加热炉的结构

（1）相变加热炉的结构。相变加热炉由炉体、炉膛、烟管、换热盘管、燃烧系统、PLC控制系统和安全附件等组成。真空相变加热炉又被称为一体式相变加热炉，炉膛、烟管和换热盘管安装在一个圆柱形的炉体里，下半部分为燃烧空间，上半部分为换热空间。分体式相变加热炉是在真空相变加热炉的基础上改进和发展而来的，其与真空相变加热炉的主要不同之处是将换热盘管改造成单独的换热器，从炉体中分列出来，置于炉体上方，通过蒸汽连接管和凝结液回流管连通在一起。

（2）相变加热炉的工作原理。燃烧器喷出的燃料在炉膛内燃烧，产生的高温烟气经火筒（辐射受热面）和烟管（对流受热面）吸收热量，加热锅筒内的中间介质水受热沸腾，由液相变为汽相蒸发，上升到相变换热空间，由于盘管内被加热介质管壁温度远低于蒸汽温度，从而使蒸汽在盘管外壁冷凝，放出相变热，把热量传递给盘管内的介质，冷凝后的水在重力作用下返回到液相空间，如此蒸发→冷凝→再蒸发→再冷凝的循环往复，完成了相变换热过程。

3 相变原油加热炉运行中存在的主要故障和处理方法

460多台相变原油加热炉在运行中，充分体现了其安全性高、可靠性强、热效率高、适应性强、自动化程度高、可实现远距离数字化控制等优点。但也出现了盘管进出口压差大、换热效果差、热效率低、排烟温度高、烟囱根部流水腐蚀、烟囱冒黑烟、锅筒缺水、真空阀漏汽、爆破膜漏汽以及燃气管路堵塞、燃烧器频繁启停和不点火、PLC控制系统失灵等故障。

（1）盘管进出口压差大。原因：①盘管进出口阀门未全开到位；②含水原油中的杂质和垢渣沉积在盘管内壁上，盘管积垢或弯管堵塞；③不同层系含水原油中的结垢组分不配伍，加热后起化学反应，产生钙镁垢或钡锶垢后堵塞盘管。处理方法：①将阀门全开到位或更换阀门；②通洗或更换换热器盘管（化验水垢组份，是钙镁垢酸洗盘管，钡锶垢因不溶于酸，当进出口压差大于0．35 MPa时，更换盘管）；③分层系进油。对不同配伍层系的混合油，分层系加热，不能混进流程。

（2）换热效果差，热效率低。原因：①盘管结垢或弯头堵塞；②混合油流速高，负荷过大；③锅筒内有空气；④烟管内有大量积灰；⑤真空加热炉水位过高，淹没了换热盘管，变成了水煮炉。处理方法：①通洗或更换换热器盘管；②降低液量流速，减小负荷；③检查各密封点，排气操作；④每年彻底清理一次烟管积灰；⑤按规定调整水位。

（3）烟囱根部流水，腐蚀筒壁。原因：①排烟温度低；②加热炉燃用的油井伴生气是湿气，虽然有分液缸，但未彻底分离和干燥，燃烧后，在冬季易产生冷凝水，顺烟囱内壁流到烟囱底部，造成筒壁腐蚀。③若伴生气燃料中含有硫化氢气体，则筒壁酸腐蚀现象更加严重。处理方法：①适当提高排烟温度；②烟囱外壁保温；③加装伴生气分离器，干燥成干气；④烟囱内壁做防腐。

（4）排烟温度高。原因：①燃烧器喷油（气）量过大，过后燃烧严重；②烟管积灰。处理方法：①调小燃烧器喷油（气）量；②每年彻底清理一次烟管积灰。

（5）烟囱冒黑烟。原因：①燃烧器风量过小，灰分和烟尘易吸附在烟管的管壁上，堵塞烟管；②燃烧器喷油（气）量过大，燃料未充分燃烧。处理方法：①调整燃烧器，调大进风量；②调整燃烧器，减少燃料供给；③每年彻底清理一次烟管积灰。

（6）锅筒缺水、真空阀或爆破膜排蒸汽。原因：①加热炉进出水闸阀、排污阀、真空阀、爆破膜或连接管路密封不严，内漏、漏气；②燃烧器自动控制失灵，不能根据负荷变化自动调整大小火，一直大火燃烧，易造成加热炉高温，锅水汽化，真空阀动作，蒸汽外泄。处理方法：①检查进出水闸阀、排污阀、真空阀和连接管路的密封情况；②检修燃烧器控制电路；③及时检修和校验真空阀的密封性、更换爆破膜；④缺水后应停炉，查清原因，排除故障后再补水。

（7）锅筒停机后真空表恢复到零。原因：真空阀、进出水阀或排污阀关闭不严，蒸发器与换热器连通的软管泄漏、爆破膜破损、管路密封不严，内漏。处理方法：检修真空阀，更换漏水的闸阀、更换漏汽的软管或爆破膜，检查系统的密封性。

（8）油盘管或水盘管腐蚀漏油（水）。原因：①因使用时间长，盘管内部和外部腐蚀，造成漏油，锅筒中有原油；②水盘管破损是因锅筒漏气，在循环过程中经常性补水，将氧气带入系统。处理方法：①更换油水盘管；②检查漏水、漏气，更换损坏部件，排气操作。

（9）PLC控制系统失灵。原因：厂家选用的PLC控制系统质量差。处理方法：加热炉生产厂家应配套功能强大、可靠性高、质量好的PLC控制系统。

（10）加热炉启停频繁，不能连续运行。原因：①加热炉启动和停炉温度设置太接近；②进液量过大。处理方法：①按运行要求重新设置启炉和停炉温度；②控制进液量。

4 使用操作和维护保养时应注意的事项

（1）锅筒加注的水质应符合低压锅炉水质标准，硬度应不大于0．6mmol/L，不能使用未经处理合格的硬水；（2）要在流程中安装自动加药装置，定时、定量添加阻垢剂、以减小盘管结垢倾向；（3）每年用磷酸三钠煮炉一次，在锅筒内表面形成一层碱性保护膜，以延长设备的使用寿命；（4）每年停炉保养时，应清理一次烟管积灰，保养一次燃烧器；（5）要保持炉体内密封，不能漏气、漏水；（6）若加热温度达不到要求，如果不是进液量过大，应判断为锅筒内有空气，进行排气操作；（7）加热炉正常使用时，因不消耗水，不需要排污；（8）锅筒前部的两只水位计和两只压力表的结构、大小和量程应相同；（9）运行中应检查水位，位于液位计的1/2～2/3处，缺水时应首先查明原因，排除故障后再补水；新加热炉安装竣工后，须进行水压试验，检查炉体的密封性，并进行煮炉操作。

5 选型时应注意的事项和设计时应改进的措施及今后的发展方向

（1）油田生产现场应优先选用微压相变原油加热炉，不推荐使用压力相变原油加热炉；（2）真空相变加热炉和分体式相变加热炉相比，故障率较高，热效率低。应优先选择分体式相变加热炉；（3）功率在1．6 MW以下，选择真空相变加热炉；功率在1．6 MW及以上，应选择分体式相变加热炉；（4）应选配全自动比例调节式燃烧器，燃料量可根据来液量的变化自动在大、小火间调节；（5）选配的自动燃烧器额定功率应大于相边加热炉额定功率130%，过载能力强；（6）相变加热炉安全系统除在顶部设计一只爆破膜外，还应在顶部前后端设计双真空阀安全冗余结构；（7）防爆门应设置在后部或下部，起跳开口朝下或朝上，以不妨碍人员和其它设备；（8）换热盘管结垢是相变加热炉的主要失效形式。要根据换热盘管内被加热原油的结垢组份，在进油端采取防垢措施，加装有效的通洗和除垢设备，增大换热盘管直径等措施，以延长换热盘管的使用寿命；（9）换热器盘管设计为可拆卸式，用螺栓将换热器前管板与换热器壳体法兰连接，换热器内设置导轨，放置盘管，以保证换热盘管维护和更换方便；（10）在北方使用，冬季气温低，烟囱外壁要设计保温，内壁要做防腐；（11）1．6MW以下的真空加热炉，采用卧式二回程结构，烟囱位于炉体前部侧面；1．6MW及以上的分体式相变加热炉，应采用卧式三回程结构，烟囱位于炉体后部侧面，或采用长度较长的二回程结构，烟囱位于炉体前部侧面；（12）影响加热炉热效率的主要因素是排烟温度和过剩空气系数，排烟温度应不大于150℃，也不能低于120℃；（13）燃烧器正压燃烧，过剩空气系数一般取1．1～1．25；（14）燃气进燃烧器前，应经过油气水分离器加热、干燥和脱水，燃油管线应加装加热装置；（15）冬季为了确保燃烧器保温，加热炉前部应设计操作间；（16）要根据加热炉使用地的海拔高度计算烟囱的供货和安装高度。