油田在用加热炉维修改造技术分析

张其建

（大庆油田装备制造集团容器制造分公司，黑龙江 大庆 163000）

油田加热炉是油气开采输送过程的重要设备之一，其主要作用在于油气输送以及油气初加工阶段的掺水、热洗以及对外输送的伴热和采暖等。在国内，很多油田含水量较大，原油较为黏稠的情况下，加热炉的作用在石油开采中的作用也越来越大。随着我国石油开采量及开采难度的增大，对于加热炉的需求度也越来越高。但目前，我国油田在用加热炉设备老化现象较为普遍，加热炉效率相对低下，且安全风险较高，需要对加热炉进行必要的维修改造，以达到油气开采安全生产及节能环保的目的。

1 油田加热炉的形式及特点

随着我国经济和科学技术的不断发展，苏联对我国援助的斜顶炉已逐步淘汰，目前，我国油田中大部分采用的是火筒式加热炉、管式加热炉、水套加热炉以及相变加热炉这四种类型。

1.1 火筒式加热炉

火筒式加热炉是直接通过加热炉内的生产介质进行燃烧而产生热量。火筒式加热炉因其自身特点，对换热影响相对较小，燃烧筒结垢敏感度较低，影响较小。但需要炉内的生产介质流苏相对较快，否则，容易在炉壁生产化学污垢，从而影响加热炉的导热效果。因此，火筒式加热炉在生产介质选取上一般不用三次采油污水或是稠油等容易结垢的生产介质。另外，因火筒式加热炉的燃烧筒直接接触生产介质，其安全隐患较大，但该加热炉的优点在于结构相对简单、耗材相对较少，成本相对较低。

1.2 管式加热炉

管式加热炉因为炉管中的生产介质直接被火焰加热，因此，升温相对较快，内外温差相对较大且可以承受生产介质较大的压力。另外，直接加热使得该类型的加热炉可以用较小的换热面积换取较大的加热功率。然而，管式加热炉因其自身特点，在使用易结垢的生产介质或者原油时，管壁结垢相对较快且不均匀，导热效率相对减弱，严重时，可能引发爆炸事故。

1.3 水套加热炉

水套加热路最大的特点就是在加热炉和生产介质之间通过水的导热效应实现将生产介质进行加热的目的。生产介质通过盘管输送，从而避免了燃烧筒与生产介质直接接触，在安全性能上相对较高，同时，也减少了燃烧筒产生结垢和腐蚀的概率，因此，目前油田生产企业大量使用水套加热炉。然而，水套加热炉结构相对复杂，生产升本较高，传热效果相对较差导致加热炉能耗偏高，另外，在实际运行中需要经常补充水量，操作上也相对复杂。

1.4 相变加热炉

相变加热炉的基本原理在于利用蒸汽发生器和相变传热原理，使炉体内的水通过燃烧筒产生的热量生成热蒸汽，热蒸汽对盘管内的生产介质进行加热，水蒸气在加热盘管的同时，自身发生冷凝作用再变成水，然后，再加热成水蒸气，在水于水蒸气的相变过程中进行热量交换。相变加热炉是我国近年来研发的新型产品，其结构主要包括燃烧筒、炉体以及加热盘管。按照加热盘管的不同，可以分为分体式和一体式相变加热炉，按照水蒸气压力不同，分为承压相变和真空相变加热炉。

2 油田加热炉现状分析

油田的加热炉是油田开采的耗能大户，燃气使用总量接近油田生产用气的90%甚至更高，多种因素造成目前油田在用加热器的效率不高。因此，如何有效提高加热炉的效率对于油田生产有着重要的意义，也是我们对加热炉进行维修改造的主要目的。

2.1 部分加热炉年限较长，热损较高

据初步统计，目前，油田企业中超过10年以上的加热炉约占加热炉总量的50%，此部分加热炉在长时间的运行过程中，大部分的燃烧筒结垢情况较重，烟管严重老化腐蚀，导致加热炉的故障发生频率相对较高，且热损较大。

2.2 部分加热炉结构陈旧，效率低下

部分火筒加热炉因为燃烧筒直接接触生产介质，产生的温差较大，升温较快，导致炉壁结构严重且分布不均匀，进而造成局部位置过热，管壁局部过热使得一部分热量直接以烟气的形式散发到空气中，造成加热炉的热换效率偏低，同时，也导致能源的浪费。另外，我国的油田企业从安全角度出发，使用了大量的水套加热炉，该形式的加热炉结构简单，安全性能较好，但水套加热炉的导热效率本身偏低。随着油田企业的不断进步和发展，水套加热炉在能耗和效率上已不符合现代企业要求。

2.3 加热炉实际运行状态较差

加热炉在实际运行中，需要经常进行维修保养和对各种参数进行调整，以保证加热炉的热换效率。但在实际运行过程中，部分加热炉设置的相关参数不很合理，调整也不及时。合理设置燃气与空气的比例是提高加热炉效率的有效途径。空气比例较高，空气带走的热量也比较大，从而降低加热率效率；空气比例较低，燃料燃烧不充分，进而造成能源的浪费。另外，大部分加热炉都采取自动控制系统，需要对设置的参数及时按实际情况进行调整。加热炉在运行中，需要对各部件经常保养，比如，燃烧器的火嘴，若保养不及时造成火嘴焦化或腐蚀，都会影响燃烧器的燃烧效果，从而影响加热炉效率并导致能源浪费。

2.4 加热炉结垢现象普遍

研究表明，加热炉换热面结垢达到5mm时，能源消耗增加约30%，因此，加热炉结垢对于其导热效果有着重大的影响。油田加热炉若长期运行而不进行除垢，势必造成加热炉的效率低下。同时，加热炉结垢会造成生产介质吸热能力下降，大量的热量则散发在空气中造成能源浪费。另外，为保证生产介质达到目标温度，燃气量也会增加，进而导致管壁升温更快能源浪费更甚，产生恶性循环。

3 加热炉维修改造相关措施

根据目前油田在用加热器实际状况，为延长加热器寿命，提高加热器效率，可以采取以下维修改造措施。

3.1 局部使用耐高温钢进行改造

碳钢结构在温度超过400℃时，其蠕变极限及高温持久强度较低，导致其需用应力也相对较低，通过在碳钢中适当加入铬、镍等合金元素，可以大幅提高其蠕变极限值和高温持久强度极限。对于火筒加热炉，若在其耐火砖出口位置改造为耐高温钢，可以有效避免油田加热炉的鼓包以及烧漏情况发生。

3.2 增设炉管高温检测装置

通过增设高温检测装置，有效控制加热火管表面的实际温度，当火管表面温度高于设定温度时，高温检测装置通过其自带的控制程序降低加热器中的燃气量，从而保证了加热炉火管的正常耐受温度。当加热器火管温度高于设定值时，高温检测装置会将信息传输到控制中心，停炉进行烟火管清垢后再重新启动。

3.3 燃烧器技术改造

对目前在用加热炉的燃烧器进行必要改造，采用先进的内部混合雾化等技术，提高燃烧器的雾化效果，不但可以提高燃料的燃烧值，降低加热炉结垢程度，而且可以提高燃料的选择范围，进一步降低生产成本。另外，在改造燃烧器的同时，可以引入燃料处理系统，提高燃料的清洁程度，从而降低设备腐蚀和焦化现象。

3.4 自动化控制技术改造

自动化控制是现代企业发展的方向，对于油田的加热炉，通过对加热炉在空气接入、设备启停、自动吹扫等方面进行自动化控制，可以有效提高燃料的利用率和加热炉效率，同时，可以精确控制生产介质温度，实现诸如低水位保护、熄火保护等多项自动功能，确保设备安全高效运行。

4 结语

总而言之，加热炉作为油田的重要设备，在降低生产安全风险、有效控制生产成本等方面都有着巨大的改进空间，企业在生产运行中，应提高对加热炉的日常监控和维护保养，采用先进技术对燃烧炉进行必要的技术改造，从而达到降低能源损耗和提高设备效率的实际效果。