油田加热炉节能技术应用

油田加热炉节能技术应用

庞毅

长庆油田分公司第七采油厂山城作业区甘肃庆阳745000

摘要：热炉是油田采油厂消耗天然气的主要设备，为节约成本，降低能耗，应用了加热炉的新型节能涂料和加热炉物理除垢等节能技术。

关键词：油气田；加热炉；节能

由于油气田加热炉分布零散、工作环境恶劣、运行负荷多变。以及运行时间长、设备老化、自动化水平低等原因，加热炉热效率普遍偏低

一、加热炉运行存在的问题

某油田以加热炉为核心的供热系统主要存在的问题为：安装数量较大、装机容量偏小；设备老化，新度系数低；运行负荷率低；空气系数高、排烟损失大；配套不完备，自控水平低；运行指标较差，现场参数调整及运行管理欠缺等。

1.使用年限较长。设备老化严重。由于某油田开发年限较长，现场加热炉普遍存在老化现象，炉体表面腐蚀严重，保温效果差；由于多数位于井口，结垢严重，换热效率低；同时加热炉燃烧器约五成以上为普通燃烧器，燃烧效果极差。此外，老式加热炉的点火方式均采用人工点火，存在回火、爆燃、伤人等安全隐患。

2.油田递减严重，运行负荷偏低。随着油田产量的不断递减，目前产能水平无法达到投产初期的设计规模，虽然部分井站实施了“关、停、并、转、减”，但工艺流程仍较落后。同时由于气候变化等原因，部分设备还存在“大马拉小车”现象，加热炉运行负荷差异很大，导致加热炉运行热效率偏低。

3.现场工艺复杂，综合性能较差。某油田是一个集稠油、超稠油、高凝油、稀油等多种油品性质的老油田，油品性质差异大，油气集输及处理工艺复杂多样，加热负荷变化较大。但由于加热炉综合性能较差，不能应对复杂多样的油品性质和负荷变化，个别加热炉是多通道加热炉（最多是4路，输油、掺水，采暖、拉油伴热），加热炉运行随季节变化很大，加热炉运行负荷差异很大。

4.安装区域分散。管理难度增加。由于油田生产性质，大量的加热炉都分散在野外，地处环境复杂，工作区域条件恶劣，日常管理和维护难度较大，加热炉运行达不到实时调整，不能长期实现高效运行。同时，在加热炉运行过程中由于现场缺乏必要的氧含量测试仪，现场人员不能及时按烟气中氧含量的变化，合理地调节燃烧器的进风量和燃料量的配比。

二、加热炉节能技术改造效果分析

针对集输油系统加热炉存在的问题，某油田近年来通过科研、产能建设、老区改造对站内加热炉实施了一系列的节能技术研究，取得了一定的成效。

1.开展了加热炉清防垢技术研究。针对真空加热炉盘管结垢造成炉子燃烧效率降低的问题，某油田在外围区块开展了加热炉除防垢技术研究。通过对加热盘管介质的水质及垢质进行分析研究得知，某油田外围零散区块真空加热炉所结的垢质主要以铁铝氧化物、碳酸钙、碳酸镁等为主，其次为油垢、硫化物。造成加热炉盘管结垢的原因是所加热的掺水水质中含有钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子及离子组成的盐类，其饱和指数大于1．9，稳定指数小于5，结垢趋势严重。根据结垢的原因，试验应用了变频脉冲除垢技术来达到盘管内介质清防垢的目的。从取出的挂片观察，对于已结垢的垢质，安装仪器前后挂片的结垢状况有明显差别：安装前挂片结垢厚度较厚，为灰褐色硬片状垢；安装除垢器后挂片的垢大部分酥松脱落，除垢效果较好。而安装仪器后测试用的新挂片运行一段时间后取出观察，仅有一层油泥和极少量的污垢，通过测算防垢率达到了90．5％以上，防垢效果较好。项目实施后，加热炉的炉效与安装变频脉冲除垢器前相比提高了3．7％。

2.实施了真空加热炉更新改造。真空加热炉采用真空相变换热技术，充分利用汽、液相变潜热的热量，通过加强热媒换热能力，达到很高的换热效率。其换热过程首先是利用真空控制阀把加热炉顶部空间抽成真空，水作为传热介质吸收燃料燃烧供给的汽化热蒸发，由此形成负压水蒸汽在气相空间与换热盘管进行换热，蒸汽在释放热量后冷凝成液滴回落至液相空间。换热如此不断循环往复地吸热蒸发、放热冷凝，形成动态热平衡。改造后的加热炉热效率提高到87％以上，与老式加热炉相比提高了5％以上。

3.老式二合一加热炉的高效热管应用技术改造。热管是一种新型高效的传热元件，结构为中空的翅片结构真空金属棒，其内部封装高效传热性能优异的无机固体介质，该介质在管内受热激发后转变为高速微粒，从翅片端向与热媒接触的传热端快速传递热量。由于高效热管具有传热速度快，轴向传热能力强，传热效率高的优点，可快速将高温烟气热量传递到水中，降低烟气温度，提高加热炉热效率。某油田在朝六联2#二合一加热炉实施了高效热管换热改造。改造后，中国石油天然气集团公司节能监测中心对二合一炉进行了效率测试。依据测试结果，加热炉换热效率均有较大提高。其中，二合一炉热效率在70％负荷段提高了6．98％，在90％负荷段提高了8．12％，单台二合一年节气10．51×104m3。

4.负压蒸汽换热技术改造。1#水套加热炉实施了将原水套炉内的换热工质软化水改换为以特种传热合成剂作为换热工质的负压蒸汽换热改造。特种传热合成剂的汽化潜热较高（二般是水的2～3倍），能较大程度地提高加热设备的热效率，节能效果明显。改造后水套炉通过高温排气法在加热盘管的上部空间形成一定的真空，这样改造后的水套炉即改造成为了负压蒸汽换热式水套炉。改造完成后，中国石油天然气集团公司节能监测中心对加热炉进行了效率测试。从测试结果看，加热炉热效率提高了7．52％。同时合成剂还可减轻加热炉的腐蚀并延长加热炉的使用寿命。

5.高效节能燃烧器。某油田每年均在老油田改造工程中对加热炉燃烧系统进行改造，目前油田127台加热炉均安装了高效节能燃烧器，具备了自动点火和熄火保护功能。高效节能燃烧器能够依据加热炉进出口温度或炉膛温度的检测控制燃料气流量，并对燃烧的燃料／空气混合比进行调节，降低了人为因素对燃烧的影响，较大程度地提高了加热炉效率。

6.开展设备更新淘汰。提高加热炉新度系数针对油田开发建设初期安装的老式加热炉运行年限长（20年以上）、设备老化严重，与生产运行参数不匹配，运行负荷差等原因，实施老旧加热炉合力减容更新淘汰，确保加热炉安全高效运行。

7.开展提效技术研究。全面提升加热炉效率根据加热炉提效工作的总体安排，积极开展了《油气田加热炉及热力系统提效技术研究与应用》中课题一《新型高效加热炉研制》及课题四《加热炉与注汽锅炉监测及评价技术研究》的研究课题。在合理减小设计余量，提高运行负荷的前提下，最大限度地提高加热炉设计热效率和制造加工质量，匹配生产工艺，研究加热炉运行负荷率与热效率的数学模型，研发反烧式井场加热炉，保证在负荷变化时仍能高效运行。为加热炉提效工程的顺利开展提供了技术支持。通过课题的研究，形成了行业标准《稠油热采湿蒸汽发生器监测规范》和企业标准《油气田用加热炉监测规范》，获得发明专利2项、软件著作权l项。新研制的反烧式井场加热炉设计热效率达到87％，运行效率达到80％以上。

总之，油田通过开展优化核减、设备更新、技术改造、运行管理等工作，实现加热炉提效5％，平均热效率达到85．5％，实现节能量2.38×104t标煤。成了一系列加热炉标准、规范及相关知识产权，填补了加热炉制造、监测、运行及管理等方面的空白。过建立加热炉管理长效机制，进一步提高加热炉运行效率，保障加热炉能够长期高效运行。

参考文献：

[1]马小雅．浅谈油田加热炉节能技术应用．2017.

[2]刘秀敏．COH原油加热炉在油田节能系统中的综合应用．2016.

[3]孟秀英，油田管道及加热炉防垢技术进展.2016.