油田加熱爐維修改造技術分析

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摘要：油田加熱器在油氣開采、輸送等環節都有著重要的作用，提高加熱爐生產效率，降低加熱爐能源損耗，對于油田行業的良好發展有著極其重要的意義。本文通過分析油田不同加熱器的特點，分析目前油田加熱器的運行狀況，較為合理地提出了相關維修改造措施，希望對相關工作者有所幫助。

關鍵詞：加熱爐；效率；改造措施

油田加熱爐是油氣開采輸送過程的重要設備之一，其主要作用在于油氣輸送以及油氣初加工階段的摻水、熱洗以及對外輸送的伴熱和采暖等。在國內，很多油田含水量較大，原油較為黏稠的情況下，加熱爐的作用在石油開采中的作用也越來越大。隨著我國石油開采量及開采難度的增大，對于加熱爐的需求度也越來越高。但目前，我國油田在用加熱爐設備老化現象較為普遍，加熱爐效率相對低下，且安全風險較高，需要對加熱爐進行必要的維修改造，以達到油氣開采安全生產及節能環保的目的。

1油田加熱爐的形式及特點

隨著我國經濟和科學技術的不斷發展，蘇聯對我國援助的斜頂爐已逐步淘汰，目前，我國油田中大部分采用的是火筒式加熱爐、管式加熱爐、水套加熱爐以及相變加熱爐這四種類型。1.1火筒式加熱爐火筒式加熱爐是直接通過加熱爐內的生產介質進行燃燒而產生熱量。火筒式加熱爐因其自身特點，對換熱影響相對較小，燃燒筒結垢敏感度較低，影響較小。但需要爐內的生產介質流蘇相對較快，否則，容易在爐壁生產化學污垢，從而影響加熱爐的導熱效果。因此，火筒式加熱爐在生產介質選取上一般不用三次采油污水或是稠油等容易結垢的生產介質。另外，因火筒式加熱爐的燃燒筒直接接觸生產介質，其安全隱患較大，但該加熱爐的優點在于結構相對簡單、耗材相對較少，成本相對較低。

1.2管式加熱爐

管式加熱爐因為爐管中的生產介質直接被火焰加熱，因此，升溫相對較快，內外溫差相對較大且可以承受生產介質較大的壓力。另外，直接加熱使得該類型的加熱爐可以用較小的換熱面積換取較大的加熱功率。然而，管式加熱爐因其自身特點，在使用易結垢的生產介質或者原油時，管壁結垢相對較快且不均勻，導熱效率相對減弱，嚴重時，可能引發爆炸事故。

1.3水套加熱爐

水套加熱路最大的特點就是在加熱爐和生產介質之間通過水的導熱效應實現將生產介質進行加熱的目的。生產介質通過盤管輸送，從而避免了燃燒筒與生產介質直接接觸，在安全性能上相對較高，同時，也減少了燃燒筒產生結垢和腐蝕的概率，因此，目前油田生產企業大量使用水套加熱爐。然而，水套加熱爐結構相對復雜，生產升本較高，傳熱效果相對較差導致加熱爐能耗偏高，另外，在實際運行中需要經常補充水量，操作上也相對復雜。

1.4相變加熱爐

相變加熱爐的基本原理在于利用蒸汽發生器和相變傳熱原理，使爐體內的水通過燃燒筒產生的熱量生成熱蒸汽，熱蒸汽對盤管內的生產介質進行加熱，水蒸氣在加熱盤管的同時，自身發生冷凝作用再變成水，然后，再加熱成水蒸氣，在水于水蒸氣的相變過程中進行熱量交換。相變加熱爐是我國近年來研發的新型產品，其結構主要包括燃燒筒、爐體以及加熱盤管。按照加熱盤管的不同，可以分為分體式和一體式相變加熱爐，按照水蒸氣壓力不同，分為承壓相變和真空相變加熱爐。

2油田加熱爐現狀分析

油田的加熱爐是油田開采的耗能大戶，燃氣使用總量接近油田生產用氣的90%甚至更高，多種因素造成目前油田在用加熱器的效率不高。因此，如何有效提高加熱爐的效率對于油田生產有著重要的意義，也是我們對加熱爐進行維修改造的主要目的。

2.1部分加熱爐年限較長，熱損較高

據初步統計，目前，油田企業中超過10年以上的加熱爐約占加熱爐總量的50%，此部分加熱爐在長時間的運行過程中，大部分的燃燒筒結垢情況較重，煙管嚴重老化腐蝕，導致加熱爐的故障發生頻率相對較高，且熱損較大。

2.2部分加熱爐結構陳舊，效率低下

部分火筒加熱爐因為燃燒筒直接接觸生產介質，產生的溫差較大，升溫較快，導致爐壁結構嚴重且分布不均勻，進而造成局部位置過熱，管壁局部過熱使得一部分熱量直接以煙氣的形式散發到空氣中，造成加熱爐的熱換效率偏低，同時，也導致能源的浪費。另外，我國的油田企業從安全角度出發，使用了大量的水套加熱爐，該形式的加熱爐結構簡單，安全性能較好，但水套加熱爐的導熱效率本身偏低。隨著油田企業的不斷進步和發展，水套加熱爐在能耗和效率上已不符合現代企業要求。

2.3加熱爐實際運行狀態較差

加熱爐在實際運行中，需要經常進行維修保養和對各種參數進行調整，以保證加熱爐的熱換效率。但在實際運行過程中，部分加熱爐設置的相關參數不很合理，調整也不及時。合理設置燃氣與空氣的比例是提高加熱爐效率的有效途徑。空氣比例較高，空氣帶走的熱量也比較大，從而降低加熱率效率；空氣比例較低，燃料燃燒不充分，進而造成能源的浪費。另外，大部分加熱爐都采取自動控制系統，需要對設置的參數及時按實際情況進行調整。加熱爐在運行中，需要對各部件經常保養，比如，燃燒器的火嘴，若保養不及時造成火嘴焦化或腐蝕，都會影響燃燒器的燃燒效果，從而影響加熱爐效率并導致能源浪費。

2.4加熱爐結垢現象普遍

研究表明，加熱爐換熱面結垢達到5mm時，能源消耗增加約30%，因此，加熱爐結垢對于其導熱效果有著重大的影響。油田加熱爐若長期運行而不進行除垢，勢必造成加熱爐的效率低下。同時，加熱爐結垢會造成生產介質吸熱能力下降，大量的熱量則散發在空氣中造成能源浪費。另外，為保證生產介質達到目標溫度，燃氣量也會增加，進而導致管壁升溫更快能源浪費更甚，產生惡性循環。

3加熱爐維修改造相關措施

根據目前油田在用加熱器實際狀況，為延長加熱器壽命，提高加熱器效率，可以采取以下維修改造措施。

3.1局部使用耐高溫鋼進行改造

碳鋼結構在溫度超過400℃時，其蠕變極限及高溫持久強度較低，導致其需用應力也相對較低，通過在碳鋼中適當加入鉻、鎳等合金元素，可以大幅提高其蠕變極限值和高溫持久強度極限。對于火筒加熱爐，若在其耐火磚出口位置改造為耐高溫鋼，可以有效避免油田加熱爐的鼓包以及燒漏情況發生。

3.2增設爐管高溫檢測裝置

通過增設高溫檢測裝置，有效控制加熱火管表面的實際溫度，當火管表面溫度高于設定溫度時，高溫檢測裝置通過其自帶的控制程序降低加熱器中的燃氣量，從而保證了加熱爐火管的正常耐受溫度。當加熱器火管溫度高于設定值時，高溫檢測裝置會將信息傳輸到控制中心，停爐進行煙火管清垢后再重新啟動。

3.3燃燒器技術改造

對目前在用加熱爐的燃燒器進行必要改造，采用先進的內部混合霧化等技術，提高燃燒器的霧化效果，不但可以提高燃料的燃燒值，降低加熱爐結垢程度，而且可以提高燃料的選擇范圍，進一步降低生產成本。另外，在改造燃燒器的同時，可以引入燃料處理系統，提高燃料的清潔程度，從而降低設備腐蝕和焦化現象。

3.4自動化控制技術改造

自動化控制是現代企業發展的方向，對于油田的加熱爐，通過對加熱爐在空氣接入、設備啟停、自動吹掃等方面進行自動化控制，可以有效提高燃料的利用率和加熱爐效率，同時，可以精確控制生產介質溫度，實現諸如低水位保護、熄火保護等多項自動功能，確保設備安全高效運行。

4結語

總而言之，加熱爐作為油田的重要設備，在降低生產安全風險、有效控制生產成本等方面都有著巨大的改進空間，企業在生產運行中，應提高對加熱爐的日常監控和維護保養，采用先進技術對燃燒爐進行必要的技術改造，從而達到降低能源損耗和提高設備效率的實際效果。

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作者：張其建 單位：大慶油田裝備制造集團容器制造分公司