注汽锅炉给水磁化节能装置在油田生产中的应用

赵宇（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

注汽锅炉给水磁化节能装置在油田生产中的应用

赵宇（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

提升油田注汽锅炉系统运行效率，降低注汽吨汽能耗和稠油开采成本，已成为各稠油开发管理区块的一项重要研究课题，而注汽锅炉水质质量不仅影响到整个注汽锅炉系统的运行效率，还会影响到注汽锅炉系统的正常安全运行。利用注汽锅炉给水磁化节能装置对经过软化处理的锅炉给水再进行磁化处理，降低锅炉给水汽化潜热，通过除垢、阻垢，提高锅炉传热效率，实现节能降耗。介绍了节能装置的工作原理、特点、安装以及现场应用情况，并对实施效果进行了分析评价。实践证明，该节能装置利用外加磁场的方法实现注汽锅炉系统节能，同时由于磁化节能装置具有除垢、阻垢作用，从而有效地提高了整个炉水系统的传热效果，节约了燃料用量，具有很高的推广应用价值。

注汽锅炉；给水磁化；节能装置；应用；效果

随着油田对超稠油油层、低渗透油层和深井稠油的热力开采和试采，注汽开采工艺技术在油田得到广泛应用，已形成稠油注汽开发生产工艺技术日趋成熟，稠油产量逐年增加的良好局面[1-2]。近几年，国际油价持续在低价位，提升注汽锅炉运行系统效率，降低注汽吨汽能耗和稠油开采成本，已成为各稠油开发管理区块的一项重要研究课题。而注汽锅炉给水处理是注汽锅炉生产运行系统的一个重要环节，其水质质量既影响到整个注汽锅炉系统的运行效率，也影响到注汽锅炉系统的正常安全运行，水质处理不达标甚至会严重影响注汽锅炉的使用寿命[3-4］。为了提升注汽锅炉给水质量，降低注汽吨汽能耗，提升注汽锅炉运行系统效率，在调查研究的基础上，提出了引进应用注汽锅炉给水磁化节能装置这一研究课题，并取得了良好的现场应用试验效果。

1 注汽锅炉给水磁化节能装置的工作原理

传统的注汽锅炉给水水处理主要是通过脱盐装置，将自来水（硬水）进行软化处理，经过软化处理的锅炉给水可以大大减少或避免锅炉结垢，确保注汽锅炉的运行效率和安全运行。而注汽锅炉给水磁化节能装置就是对经过软化处理的锅炉给水再进行磁化处理。其工作原理是：

1）充分利用稀土永磁材料具有的磁能，替代部分能量，克服水分子间引力，有效地分解水分子团簇，提高传热速度，实现节能目的。从水分子的结构特性可知，若干个水分子受氢键的作用，可以结成一个个大团簇。水满而不溢、水由气态变液态、再变为固态等等自然现象，原因就是水分子间氢键的作用。要使液态水变为水蒸汽，首先就是要破坏形成水分子团簇的氢键。目前，主要有外加磁场、外加电场、激光辐射、直接加热等四种方法，而该节能装置就是采用了外加磁场的方法实现节能。其次基于水是反磁物质的特性，通过精确的计算和加工，形成一个与锅炉给水流量、流速、流向相适应的磁力能量场。使流经磁化节能装置的水分子团簇中的氢键由于磁力线的作用而被扭曲、伸长以致断裂。将水分子大团簇，分解为小团簇，甚至出现若干单个水分子，从而降低锅炉给水密度、黏度等物理特性，从而达到节能降耗的目的。

2）通过除垢、阻垢，提高锅炉传热效率，实现节能降耗。经过磁化节能装置的锅炉给水，因其分子团簇大幅度变小，渗透、乳化、溶解、扩散力大幅度提高，所以可以容纳更高的离子浓度，生成可溶Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2，从根本上抑制一次水垢的形成，而且还可以不断地使原有垢层生成可溶性碳酸氢盐，最终使垢层松散，变成泥状物质被排出。由于磁化节能装置具有除垢、阻垢作用，所以会对整个炉水系统进行清理，从而有效地提高了整个炉水系统的传热效果，节约了燃料用量。

2 注汽锅炉给水磁化节能装置的特点

1）节能效果好。据有关科学实验对比分析结果表明，经过注汽锅炉给水磁化节能装置处理后的锅炉给水与未经磁化节能装置处理的锅炉给水汽化潜热相比，可降低锅炉给水汽化潜热61.64 kJ/kg，提升注汽锅炉系统运行效率3%左右[5]。

2）除垢、阻垢效果好。相关研究结果表明，应用磁化节能装置的锅炉，炉水系统管样组织均为铁素体+珠光体，晶粒度细于8级，管样内壁未见氢损伤微裂纹及脱碳层等缺陷，具有良好的除垢、阻垢作用[5]。

3）装置压力损失小。经检测阻力小，水压损失小于0.03 MPa。

4）安装简单方便，且无需提供电源。注汽锅炉给水磁化节能装置只需加装在相应位置，且设备安装简单方便。

5）具有免维护功能。不需要人工定期维护，且常年运行免维修，维护费用为零。

6）设备运行安全可靠。使用寿命长，最短使用寿命10年以上，且安全、环保。

3 注汽锅炉给水磁化节能装置的安装

注汽锅炉给水磁化节能装置的安装很简单，在除盐水管道或者在凝结水泵出口管道处，用相应的管道、阀门将磁化节能装置与除盐水管道或者凝结水管道并连而成即可［6］。除盐水管道安装示意见图1，凝结水泵处安装示意见图2。

图1 除盐水管道安装示意

图2 凝结水泵处安装示意

4 现场应用情况及实施效果分析

4.1 现场应用情况

该注汽锅炉给水磁化节能装置先后在某油田稠油开发区块2个固定注汽站投入使用。这两个固定注汽站分别有210 t/h和130 t/h的2台高压注汽锅炉。表1为210 t/h高压注汽锅炉安装给水磁化节能装置前后的能耗对比。表2为130 t/h高压注汽锅炉安装给水磁化节能装置前后的能耗对比。

表1 210 t/h高压注汽锅炉安装给水磁化节能装置前后的能耗对比

表2 130 t/h高压注汽锅炉安装给水磁化节能装置前后的能耗对比

4.2 实施效果分析

由表1和表2可知，210 t/h高压注汽锅炉安装给水磁化节能装置后，锅炉运行系统效率提升了3.8%，吨汽耗标煤下降了4.72 kg/t，130 t/h高压注汽锅炉安装给水磁化节能装置后，锅炉运行系统效率提升了2.89%，吨汽耗标煤下降了3.53 kg/t，取得了良好的节能技术改造效果。

5 综合评价

1）节能效果显著。油田高压注汽锅炉应用给水磁化节能装置后的效果表明，高压注汽锅炉运行系统效率，平均提升了3.35%，吨汽耗标煤平均下降了4.153 kg/t，节能效果明显。

2）改善了注汽锅炉给水水质。由于磁化节能装置具有良好的除垢、阻垢作用，大大地改善了注汽锅炉给水质量。

3）延长了注汽锅炉的使用寿命。良好的水质确保了注汽锅炉的良好运行，解决了注汽锅炉因结垢所带来的负面影响，有利于延长注汽锅炉的使用寿命。

4）安全可靠性好。产品性能安全可靠，自投入现场应用以来，该系统运行正常，没有发生运行机制故障，现场维护简单，减轻了员工的维护工作强度。

5）具有良好的性价比。安装当年即可见到回报，且使用寿命长，安全环保没有任何负作用。

6 结论

实践证明，注汽锅炉给水磁化节能装置是针对高压湿蒸汽发生器运行情况而设计的新型节能产品，可以使注汽锅炉给水降低汽化潜热，提升注汽锅炉系统运行效率，利用外加磁场的方法实现注汽锅炉系统节能，同时由于磁化节能装置具有除垢、阻垢作用，从而有效地提高了整个炉水系统的传热效果，节约了燃料用量。该节能产品具有节能效果好、改善注汽锅炉给水水质、延长注汽锅炉的使用寿命、安全可靠且性价比高等优点，具有很高的推广应用价值。

[1]史红芳.提高稠油注汽开发质量效果的探讨[J].石油工业技术监督，2012，28（4）：32-34.

[2]朱益飞，潘道兰.影响孤东油田注汽系统效率的因素及对策[J].石油工业技术监督2007，23（7）：44-46.

[3]霍广荣，李献民，张广卿，等.胜利油区稠油油藏热力开采技术[M].北京：石油工业出版社，1999：78-80.

[4]朱益飞，石晓明，马冬梅.提高孤东油田机采系统效率的途径[J].电力需求侧管理，2009（4）：44-46.

[5]林宗虎，徐通模.实用锅炉手册[M].北京：化学工业出版社，1999：216-219.

[6]王在仕.蒸汽锅炉用水磁化装置节能降耗：ZL2014202672 06.6[P].2014年2月26日.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.008

2017-05-08

（编辑 李珊梅）

赵宇，工程师，1991年毕业于浙江大学能源工程系，从事热工、暖通设计工作，E-mail：zhaoyuu0430@sina.com，地址：黑龙江省大庆市萨尔图区友谊大街采油一厂规划设计研究所，163000。