试论油田注汽锅炉节能技术

2018-01-30王列邹善义印涛

中国设备工程 2018年11期

王列，邹善义，印涛

（渤海装备辽河热采机械公司，辽宁盘锦 124209）

稠油是原油的一种，因为其胶质和沥青质的含量很高，因此粘性非常的大，在我国，稠油主要由辽河油田提供，该地区油田的稠油产量占据着总原油产量的一半以上。由于稠油的粘性过高，不利于开采工作的进行，因此就需要降低它的粘性，而这就是注汽锅炉的作用，通过向地下注入大量的水蒸气来降低稠油的粘性，从而对其进行开采。但是注汽锅炉最明显的不足就是其耗能过重，严重的影响了稠油的开采效益，因此对注汽锅炉的节能改造就显得十分重要。本文就围绕这一点来进行简要的分析。

1 油田注汽锅炉概述

在我国的石油行业的石油开采工作中，时常会用到蒸汽热力采油技术，而该技术实施的主要设备就是油田注汽锅炉，该设备的工作压力为了满足工作的需要被设计在11MPa以上，该设备主要由锅炉本体和辅助设备两部分组成。注汽锅炉是一种高压直流锅炉，对水质的要求很高，为了控制成本同时又保证锅炉的稳定运行，通常将生产湿饱和蒸汽的干度设计为80%。

2 油田注汽锅炉原理及应用

油田注汽锅炉的的工作原理与注水采盐的原理是极为相似的，注水采盐的工作原理是向盐层中注入淡水，从而溶解其中的固体盐，因为盐溶液的浓度比水溶液大，就会出现盐溶液在下水溶液在上的情况，这样也将水和盐有效的分离开来，通过不断的注水，也就有效的开采出了盐。而油田注气锅炉的原理就是，向石油开采井中注入干度极高的水蒸气，在井的底部形成蒸汽腔，再通过对蒸汽腔的边缘进行加温，对其进行冷凝处理，使其蒸汽液化成液体状态的水，然后对原油进行稀释降低其粘性，使其流入到生产井中，最后被大量的开采。这个过程是可以不断的循环的，可以不断的对蒸汽腔进行扩展，并且对其边缘不断的进行加温，这也就实现了对原油连续的开采过程，蒸汽腔可以一直被扩展到原油生产井最大容量。在工艺原理方面，以蒸汽辅助重力泄油SAGD（SteamAss-istedGravityDrainage）为例，这是一种通过将锅炉中产生的蒸汽注入到油藏底部的生产井中，使蒸汽进入到油藏中，从而将油藏内的原油稀释，使其粘性降低增强其流动性，最后由于重力的作用使其从底部的水平生产井中流出，已达到开采原油的目的。该技术主要有两方面的特征：（1）过度进行对蒸汽腔边缘的加温工作，就会导致蒸汽中的饱和水过多，这些过量的水不但对原油开采没有帮助，反而会堵住底层中的缝隙，降低底层缝隙的体积，严重的会造成原油的产量大大减少。（2）由于重力泄油是原油开采的主要手段，因此要保证生产井的高度在5m到15m的范围内。相关部门通过对SAGD工作原理对其进行不断研究，总结出了以下的设计方式，向原油直井中注入适量的高干度水蒸气，然后通过油藏底部的水平生产井将与水结合的低粘性原油大量的排出，最后再通过适当的方式将流出的原油进行收集，在经过换热处理后，对其原油量进行计算，送入相关的原油处理站，进行最后的处理工作然后向外界输送。

3 注汽锅炉的能耗特点分析

3.1 锅炉的排烟损失

注汽锅炉的排烟温度相对来说是非常高的，并且根据不同的能源作为燃料时其排烟温度也会有所不同，例如，将原油作为注汽锅炉的能源时，其排烟的温度可以控制在214摄氏度以下；将天然气作为注汽锅炉的能源时，排烟温度可以被有效的控制在180摄氏度以下。具有高温度的烟气排放不仅对环境会造成一定程度的污染，同时也带走了蒸汽锅炉内大部分的热能，这也造成了能源的损失。因此注气锅炉的节能技术必须要重视排烟的温度和体积。

3.2 燃料的未完全燃烧热损失

注汽锅炉在使用的过程中，通常将原油和天然气作为其燃料。但是这些化学物质在锅炉中的燃烧过程中，有时并没有完全的被燃烧消耗，在锅炉排放的烟气中，通常有一些未燃尽的气体也一同被排出，这会造成较为严重的能源浪费，并且这些被排放出的可燃气体通常对环境是有害的，也会对环境造成一定程度的破坏。这也是注汽锅炉耗能极大的主要原因之一。那么造成燃料没有完全燃烧的主要原因及对其燃烧程度造成影响的因素有很多：燃料的燃烧特性、过量空气系数、炉腔的容积。如果燃料具有较高的挥发性，炉内的过量空气系数过小，炉腔的容积过小这就会造成燃料的燃烧程度过低，造成严重的能源浪费。

3.3 锅炉的散热损失

在注汽锅炉的运作过程中，由于其本身的温度在工作时是要普遍的高于周围的环境温度，由于热能的特性，锅炉内部和外界环境的温差，会造成锅炉内的热能向着温度较低的范围扩散，这也就是锅炉的散热现象，这也会对锅炉的热能造成一定的损失。并且这种散热情况在我国的东北地区是尤为严重的，因为东北地区的冬天是很冷的，会加重周围环境和锅炉之间的温差，加剧散热的速度。

4 注汽锅炉节能技术分析

4.1 降低排烟温度，充分利用烟气余热

（1）采用复合相变换热技术：该种换热技术的主要工作原理就是将锅炉中排出的高温烟气进行有效的利用，通过具有高温的烟气加热复合相变换热装置中的水，让水汽化成水蒸气；再通过水蒸气本身的热能对注汽锅炉所提供的水源进行加热。这有效的控制了锅炉所排烟气的温度，同时又对未充分利用的热能进行了有效的利用，切实的提高了锅炉的工作效率，达到了很好的节能效果。

（2）合理布置锅炉的对流段：在注汽锅炉的结构中，对流段处于锅炉的辅助受热面，也就是锅炉尾部的排烟道位置。可以通过对对流段布置位置的合理设计，对通过对流段的高温烟气进行合理的利用，利用高温烟气来对锅炉的给水进行加热，可以有效的将散失的热能回收，这在注汽锅炉的节能方面具有较大的作用。

（3）优化注汽锅炉燃料结构：注气锅炉的常用燃料通常是原油和天然气两种，但是在提供相同热量的情况下，利用原油作为锅炉燃料排出的烟气是明显高于天然气的，对热能的损失也就更为严重。因此，在注气锅炉的节能改进中，应该积极的使用天然气作为锅炉的燃料，或者积极的去发展油气混燃技术。值得注意的是在将天然气作为锅炉的燃料时，应为锅炉配置相应的天然气压力报警系统，在天然气出现压力不足或者压力过大导致泄漏时及时的发出警报，以积极的进行补救措施。如果对油气混燃技术进行应用的话，就要对锅炉的控制系统以及燃烧系统进行相应的改造，增加必要的天然气高压报警装置，防止燃料消耗过多而造成水蒸气温度过高的现象出现。

4.2 采用高温红外辐射涂料技术

在注气锅炉工作的过程中，对能源的浪费形式中，散热的形式是极为常见的。并且，当锅炉的工作温度达到六百五十摄氏度以上时，在辐射段内热能主要以辐射的形式散出，因此如果将辐射段表面的辐射率提高，则可以有效的增强注汽锅炉炉膛的吸热量。相关工作单位的技术人员可以在注气锅炉的辐射段表面上涂抹一层红外辐射涂料，这可以有效的提高辐射段表面对热量的辐射率，据准确的数据表示增高的辐射率数值可以从0．45升高到0．9以上，如此显著的辐射率提升，可以有效的增高炉腔的吸热量。并且这种红外辐射涂料在高温的作用下会产生穿透力极强的红外波，这也就促进了锅炉内液态水的活跃性，使得水得到了均匀的受热，也就促进了水对热能的吸收，有效的减少了能源的消耗。

4.3 积极引进湿蒸汽干度在线监控系统

在我国相关的原油开采部门对注汽锅炉所应用的普通控制系统下，由于受到热惯性的影响，当相关的工作人员检测到蒸汽的干度发生变化以后，也很难精确的对温度进行合理的调整在遇到这种情况时，工作人员通常会根据自己以往的经验来对其进行适当的调整，就不能对蒸汽的干度进行精确的控制，导致其波动较大，这就需要注气锅炉耗费更多的燃料。针对这种情况，我国的相关单位引进了对蒸汽干度的在线监测系统，可以实现对蒸汽干度较为精确的检测。该系统不但可以对蒸汽的干度进行精确的检测，同时也可以有效的控制蒸汽干度的控制范围，也就调高了稠油开采过程中所使用的蒸汽质量。同时还要在锅炉上安装一些流量计和变送器，以对燃料的消耗量和给水量还有给水的温度进行精确的检测和有效的控制，从而最大程度的减少燃料的消耗。