稠油储罐加热器结构选择

摘要：本文分析了传统稠油储罐罐壁加热盘管结构形式的一些缺陷，介绍了一种新的加热盘管结构形式及其优点，并应用于具体工程设计中。

一、罐壁壁挂式加热器介绍

储罐是油田生产过程中的重要设备，在辽河油田分公司的油气集输工程项目中应用广泛，而且其中大多数都是稠油储罐，由于辽河油田地处严寒地区，而且稠油粘度较大，因此罐壁加热器应用的非常普遍，传统的罐壁加热器采用壁挂式结构，加热介质首先通过进口流入分配总管，然后分别流入多组壁挂式加热管组，再流入回流汇管并通过出口流出储罐，多组壁挂式加热管组并联在分配总管和回流汇管之间，主要通过多组壁挂式加热管组对稠油进行加热。

这种结构有很多弊端，首先是存在加热不均匀的问题，壁挂管组竖向排列，与罐内介质自然对流方向一致，由于稠油粘度较大，因此自然对流在水平方向的作用较弱，而相邻两组壁挂式加热盘管组之间的距离一般都有3-5m左右，分配总管和回流总管之间的距离也有4-5m，所以存在一个加热盲区，采用这种加热结构的储罐，有时会发生取样不畅的问题，经开罐检验，这些取样口的取样部位正好位于加热盲区内，这也从生产实践中证实了壁挂式加热器确实存在加热盲区。

其次是存在偏流的问题，由于多组壁挂式加热管组呈并联布置，分配总管入口到每个管组的距离不可能相等，同理回流汇管的出口到每个管组的距离也不可能相等，在介质相同、罐壁摩阻、压降相同的情况下，流动距离不同则流量必然不同，导致偏流。同时每个管组由多个支管并联构成，由于制造质量等因素的影响，各个支管之间也会有偏流现象产生。偏流的存在，使得罐内稠油的加热变得不均衡，影响加热效果。

此外加热器内的介质温度较高，罐内稠油的温度较低，存在温差。而加热器每次启停时，加热介质与加热器之间也存在温差。以上温差的存在，必然导致加热器本身热膨胀变形，加热器分配总管和回流汇管均为封闭圆环，而且他们之间焊接着多组刚性很大的壁挂式加热管组，同时又都有固定支架固定，限制了加热器的自由变形，这种结构处理不好，存在安全隐患。

最后在结构设计和制造方面，壁挂式加热器每个壁挂管组的汇管两端的堵板处是角焊缝，钢管之间的焊缝绝大部分也是角焊缝。由于壁挂管组又是由短的支管组成，导致焊缝的数量非常多。角焊缝的焊接难度较大，同时又不能进行射线和超声波探伤，焊接质量相对不太好保证，大量的焊缝又增加了施工难度，影响施工进度，增加施工成本。

二、罐壁弹簧管式加热器的优点

由于壁挂式加热器存在以上的一些缺点，在辽河油田分公司曙四联合站改造工程中，罐壁采用了新的加热器布置方式----弹簧管式加热器。加热介质首先通过进口管流入弹簧形加热管螺旋上升，再从出口管流出罐外，主要通过弹簧形加热管对罐内稠油进行加热。

弹簧形加热管为单管程结构，首先解决了偏流问题（当然，经过热力与水力计算，整个加热器的压降控制在工艺允许的范围内）。由于弹簧形加热管的布置方向为水平方向，与罐内介质自然对流方向垂直，而且每圈弹簧管之间的距离控制在0.7-0.8m之间，所以不存在加热盲区。每圈加热器都不是一个封闭的结构，他们之间也没有钢管竖向刚性连接，加热器具有较大的自由度，不存在安全隐患。

在结构设计和制造方面，罐壁弹簧式加热器钢管之间的焊缝全部是对接焊缝，有几根钢管就是几道对接焊缝，焊缝的数量仅仅取决于钢管的长度。以曙四联改造工程中5000m3稠油储罐为例，设计结果表明，实际工程中采用的弹簧式加热器一共有100多道对接焊缝，而采用相同规格的壁挂式加热器却有近300道焊缝，而且大多是角焊缝，去掉了60%以上的焊缝。由于对接焊缝可以采用射线和超声波探伤，焊接质量容易保证。储罐的组装采取的是倒装法，既首先是焊接罐底板，再组焊罐顶，然后焊接最上一层罐壁，焊接完毕后，通过铰链提升，再焊接下一层罐壁，直到焊完最下层壁板，再焊罐壁与罐底之间的角焊缝。由于弹簧式加热器从上到下一层层水平布置，在罐体组焊过程中就可以同时进行焊接和探伤检验，非常方便，大大简化施工工艺。很明显弹簧式加热器具有施工难度低、进度快、成本低的优势。

三、结束语

综上所述，弹簧管式加热器与壁挂式加热器相比，具有很大的优越性，归纳起来有以下几点：

1.消除了加热不均匀的现象;

2.解決了偏流的问题

3.改善了结构受力情况

4.降低而施工难度，加快了施工进度，降低了施工成本，提高了施工质量。

对于今后类似的工程设计提供了一些经验，具有借鉴作用。

作者简介：

钱媛（1980-）女，汉，辽宁盘锦人，中油辽河工程有限公司，工程师，本科学历，现从事化工设备与机械设计工作。