油田注汽锅炉热效率影响因素分析

刘燕 李洋 张姗姗

摘  要：作为稠油开发中必不可少的生产设备，注汽锅炉本身是一种高耗能设备，为了推动油田生产向节能减排方向发展，就必须要高度重视提升注汽锅炉热效率。本文在对油田注汽锅炉热效率影响因素进行分析的基础上，提出了一些提高筑起锅炉热效率的策略。

关键词：注汽锅炉;热效率;影响因素;提升策略

分类号：TE934.4

我国稠油资源丰富，实际开发过程中需要借助注汽锅炉来改善稠油的流动状态，提高其开采效率。但是由于油田注汽锅炉本身是一种高耗能设备，影响热效率的因素众多，如果不及时进行管控，则会极大增加稠油开发的成本，影响稠油开采经济效益。在这样背景下，如何有效改善注汽锅炉运行系统，提高其热效率是当前值得深入讨论的一个重要话题。

一、油田注汽锅炉热效率的影响因素

1.1  注汽干度

注汽干度是影响注汽锅炉运行中热效率的一个关键影响因素，可以对锅炉热效率产生直接影响，并且注汽干度以及排烟温度都会在很大程度上影响注汽锅炉热效率。有关调查研究结果表明，注汽干度浓度和注汽锅炉热效率之间呈现反比例关系。如果注汽干度比较高，那么注汽锅炉热效率则会相应地展现为显著的下降变化趋势。而排烟温度则会伴随着注汽锅炉热效率的降低而呈现为上升变化趋势。虽然当下注汽锅炉热效率可以在一定程度上得到有效控制，但是如果涉及到过高的排烟温度，那么就会对注汽锅炉本身运行的可靠性与安全性等带来不利影响。因此，为了有效控制注汽锅炉运行中的热效率，就必须要保证注汽干度浓郁程度维持在适宜范围之内。因此，在注汽锅炉运行期间，有关人员必须要注意结合注汽锅炉实际运行条件等，有效控制注汽干度浓度，保证其维持在适宜范围之内，以此才能够为提高注汽锅炉热效率创设一个适宜的环境条件。

1.2  负荷率

负荷率是影响注汽锅炉热效率的另一个关键影响因素。在注汽锅炉在运行过程中，相应锅炉负荷率的影响因素比较多，但是其中最为突出的影响因素是注汽管网。在注汽锅炉运行过程中的注气量达到一定程度之后，有关人员为了减少注汽锅炉负荷就会选择停止继续注汽。但是由于注汽锅炉本身涉及到复杂的构成，其中影响锅炉负荷率的部位也比较多，这种情况的存在大大增加了锅炉负荷率调控的难度。因此，有关注汽锅炉运行调控管理人员必须要深刻认识注汽锅炉本身的结构构成情况，并且可以有效把控不同注汽锅炉部位所形成的负荷，这样方可科学制定注汽锅炉运行方案，最大程度降低注汽锅炉运行过程中的损耗量，延长其使用年限的同时，有效控制注汽锅炉的热效率。

1.3  配风量

在注汽锅炉运行过程中，空气中氧有利于辅助燃料燃烧，这种燃烧特性决定了配风量会对锅炉热效率产生极大影响，所以如果可以有效控制配风量，那么可以有效提高燃气锅炉本身的燃烧率，所以在注汽锅炉运行期间必须要对相应的配风量进行有效控制，力求可以最大程度确保注汽锅炉内部添加的燃料都可以得到彻底燃烧，不断提升注汽锅炉燃烧效率。但是如果涉及到比較大的配风量，那么相应排烟温度也会相应地增加，这种情况的存在会极大地降低注汽锅炉热效率。因此，在开展配风工作期间，要严格依据有关的工作标准及要求对配比进行科学设计，力求在确保注汽锅炉运行安全性的基础上，不断提升注汽锅炉运行中的燃烧率。反之，如果注汽锅炉运行中涉及到比较低的培风率，那么会直接降低注汽锅炉运行中的热效率，进而会增加注汽锅炉本身的运行成本。此外，除了上述问题之外，还要注意综合考虑配风量设施同其他有关控制设备之间的相关性，尽可能地增强不同设备之间的互动性和联动性，这样方可更好地降低注汽锅炉运行管理的难度，增加注汽锅炉运行的经济效益。

二、油田注汽锅炉热效率的提升策略

2.1  优选恰当高温辐射涂料

注汽锅炉本身的运行环境温度较高，如果环境温度超过700℃那么相应的锅炉热传递方式为辐射传射，为了可以有效减少辐射热量散失量，就可以采取有效的一些方法来对辐射换热进行改善来提高注汽锅炉热效率。特别是要针对炉壁与炉管等关键散热部位选择适宜的高温辐射涂料，以此可以显著增强这些散热部位的辐射波或黑度。在设置的高温辐射涂料形成的辐射波和注汽锅炉形成的热辐射之间出现共振的时候，则可以显著提升炉壁或炉管等部位的吸热能力。比如，FHC-AB型高温涂料是当下比较多用的一种高温涂料，如果可以将它们涂抹于注汽锅炉的炉壁或炉管部位，那么在内部运作温度超过600℃之后，涂料会形成固化瓷膜，以此就可以对炉管管壁本身的黑度与辐射性能进行显著改善，并且伴随着注汽锅炉炉管吸热能力的增强，可以促使锅炉炉腔之内送进的燃料得到更为充分、彻底地燃烧。相较于没有涂抹高温辐射涂料的注汽锅炉，相应的热效率提升比例可以达到10%及以上，充分验证了高温反射涂料应用在提升注汽锅炉运行中热效率方面的积极作用。

2.2  优化注汽锅炉燃烧结构

在稠油开采中应用注汽锅炉期间会常常使用渣油这种传统的燃料，其较于天然气本身的燃烧率更低，容易在实际的燃烧过程中出现不充分燃烧问题，并且渣油本身涉及到比较高的价格，这使得稠油开采成本大大提升。因此，为了提高注汽锅炉热效率，就必须要注意引进先进的科学技术及设备制造技术等来对注汽锅炉内部的燃烧结构进行优化设计，并要注意持续探索以油气混合燃料等为主的新型锅炉热能提供系统，保证不断提升锅炉内燃料的燃烧效率。但是如果在注汽锅炉中采用油气混合燃料或者天然气作为燃料期间，要注意密切监控天然气压力情况，并配备相应的压力报警系统，这样一旦锅炉内注入的天然气发生泄露问题或者在外部原因造成天然气供应压力过低的情况后，所设置的天然气压力预警系统可以及时发出警告信息并及时启动应急方案，包括及时切断天然气供应闸门。又或者，在使用中监测到天然气供应压力过大，此时也要及时进行报警，避免天然气消耗过快，否则也会因为燃烧热能过于旺盛而造成不必要的能量消耗。

2.3  安置烟气余热回收设备

考虑到排烟损失是影响注汽锅炉热效率，造成热损失的一个重要路径，所以为了提高锅炉热效率，可以采取降低排烟温度的方式。虽然现阶段烟气温度降低的方法不多，但是却可以通过对助燃空气温度提升的方式来降低注汽锅炉运行中的排烟温度，减少排烟热损失量。而通过科学设置烟气余热回收设备，则可以将注汽锅炉运行中所形成的排烟中的余热来加温助燃空气，以此可以显著提升注汽锅炉运行中的热效率。与此同时，在烟气余热回收设备设置的基础上，还可以科学地设置热交换器来进一步回收利用排烟中的热量，进一步降低排烟带来的热损耗，保证可以不断提升注汽锅炉运行的热效率。有关研究表明，通过安装热管换热器以及其他余热回收设备，可以回收烟气余热进行再利用，这样可以将最终排出的烟气温度降低程度控制在40～70℃范围内，相应锅炉热效率提升幅度可以达到1.2%～1.6%。

2.4  引进蒸汽干度监测技术

在以往注汽锅炉运行过程中，湿蒸汽干度发生改变之后只能够进行粗略调整，一般可以将其控制在65%左右，相应的干度波动范围主要处于15%～20%范围之内。而如果可以有效地利用PLC自动化控制技术构建是蒸汽干度在线监控系统，那么可以自动化监测注汽锅炉蒸汽干度发生的改变及偏差量，之后可以及时加以自动化调整，以此可以显著提升注汽干度稳定性，并且干度测量的相应精度可以维持在2%～4%范围内，波动范围可以控制在2%～5%，这较以往有了极大程度的改变，尤其是实现了自动化监测和自动化调控干度的有效结合，火、水之间可以进行双向调节，避免蒸汽压力波动或者燃料量波动问题可能扰动干度的情况。此外，基于这种先进干度监控系统的应用，可以通过依据蒸汽干度变化来自动化调控注汽锅炉内部燃料的实际消耗量，同时可以精准地调控给水温度与给水量，避免在注汽锅炉运行中浪费燃料。如此一来，借助这种先进的干度监测系统可以对干度进行有效控制的基础上，极大提高注汽锅炉本身运行的热效率。

2.5  加强注汽锅炉运行管理

在注汽锅炉使用过程中，配风量会对锅炉热效率带来极大影响，所以在注汽锅炉运行管理期间要注意切实做好配风量控制，保证注汽锅炉炉腔之内空气含量得到有效控制，避免炉腔之内包含的空气含量过高或过低，否则都会造成锅炉内部的燃料出现不完全燃烧问题，使得烟气中具有比较高的燃烧成分，进而可能会增加热损失而影响锅炉的热效率。基于日常注汽锅炉运营管理需求以及实验研究，可知在保证注汽锅炉之内燃料充分燃烧的基础上，要注意有效控制空气过量系数，具體可以维持在1.07～1.25范围之内。只有这样才能够提升油田注汽锅炉运行管理的效果，有效提升锅炉热效率。此外，在注汽锅炉运行管理期间还要注意做好水处理工作，具体就是对水源硬度变化进行有效检测，避免水质过硬，否则容易在注汽锅炉内部形成过多水垢，这也会直接影响注汽锅炉的热效率。

2.6  加强注汽锅炉运行维护

在注汽锅炉正常运行期间，由于锅炉内部的温度比较高，这会使得内部的各种物质发生复杂的化学反应，进而可能会在内部翅片管的管壁上面附着比较多种类和较大量的聚合物。如果不及时清理这些管壁上附着的聚合物，那么就会对翅片管本身的导热性带来不利影响，甚至还可能会对烟道造成阻塞，使得锅炉炉腔内部压力出现升高变化，进而会对锅炉热效率带来不利影响。因此，为了进一步提高注汽锅炉热效率，就必须要定期巡检及维护注汽锅炉，包括及时清理翅片管管壁上面附着的各种聚合物或者其他杂志。在对翅片管管壁上的聚合物进行清理中可以采取高压水射流冲洗的方式或者使用化学药剂进行处理，保证可以更好地改善翅片管的导热性能，不断提升注汽锅炉热效率。

三、结语

综上所述，油田注汽锅炉的热效率影响因素众多，主要包括注汽干度、负荷率和配风量等。为了改善注汽锅炉运行情况，提高其热效率，可以从选恰当高温辐射涂料和优化注汽锅炉燃烧结构出发，注重合理安置烟气余热回收设备，引进蒸汽干度监测技术，同时要加强注汽锅炉运行管理和运行维护，这样才能不断增加注汽锅炉的经济效益。

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