徐寶珠(遼河油田公司油氣集輸公司技術(shù)監(jiān)督中心, 遼寧 盤(pán)錦 124010)

集輸工作者應(yīng)根據(jù)油田開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和采油工藝確定集輸系統(tǒng)的規(guī)模、工藝流程和總體布局,使油田開(kāi)發(fā)、開(kāi)采和集輸系統(tǒng)互相協(xié)調(diào)、生產(chǎn)平穩(wěn)，促進(jìn)油田的開(kāi)發(fā)和開(kāi)采。不同的油田根據(jù)特點(diǎn)選擇不同的開(kāi)采模式。油氣田在開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程中，需要大量熱量用于油氣的開(kāi)采、集輸和處理，這些熱量主要依靠加熱爐和鍋爐提供。油氣田加熱爐是油氣田地面集輸、處理與輸送各個(gè)環(huán)節(jié)中必不可少的重要生產(chǎn)設(shè)施之一。油井井口加熱、摻水、熱洗、轉(zhuǎn)油站含水油外輸、原油脫水、聯(lián)合站凈化油外輸、原油穩(wěn)定、成品油輸運(yùn)、氣田的集輸與處理以及地面設(shè)施的供暖和伴熱等環(huán)節(jié)都離不開(kāi)這一設(shè)施。

1 油氣田加熱爐用途及分類

(1)火筒式加熱爐 主要由燃燒器、火管、煙管、殼體構(gòu)成。燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)火管壁、煙管壁來(lái)加熱殼內(nèi)的被加熱介質(zhì)。由于殼體內(nèi)被加熱介質(zhì)流通截面積大，介質(zhì)流動(dòng)緩慢，煙火管外壁面易結(jié)垢。火筒爐一般置于油氣集輸工藝的泵前，設(shè)備壓降較低。

(2)水套式加熱爐 主要由燃燒器、火管、煙管、殼體和被加熱介質(zhì)盤(pán)管構(gòu)成。燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)火管壁、煙管壁來(lái)加熱熱媒，熱媒受熱后以對(duì)流的形式把熱量傳遞給盤(pán)管內(nèi)的被加熱介質(zhì)。由于火管不直接與被加熱介質(zhì)接觸，安全性好。

(3)相變式加熱爐 相變式加熱爐是近十多年來(lái)推廣應(yīng)用的一種新型加熱爐，其原理與水套爐類似，只是其內(nèi)部熱媒分為氣液相兩部分，被加熱介質(zhì)受熱面位于氣相空間，依靠相變換熱來(lái)加熱介質(zhì)。按蒸汽運(yùn)行的壓力不同，可分為真空相變和正壓相變加熱爐。

相變式加熱爐換熱技術(shù)優(yōu)于其他加熱爐，單位熱負(fù)荷耗鋼量得到減少，換熱面溫度梯度降低，結(jié)垢減緩。

(4)管式加熱爐 主要有立式和臥式兩種，由燃燒器、爐膛、煙箱和煙囪等部分組成。在爐膛內(nèi)部，火焰以熱輻射方式直接加熱介質(zhì)盤(pán)管；煙箱內(nèi)部布滿蛇形盤(pán)管，高溫?zé)煔庖詫?duì)流方式加熱介質(zhì)盤(pán)管。加熱溫差大、溫升快、允許被加熱介質(zhì)壓力高，但介質(zhì)盤(pán)管內(nèi)壁易結(jié)焦、易結(jié)垢。

2 油氣田在用加熱爐能效現(xiàn)狀

油氣田在用加熱爐數(shù)量多、爐型多(水套式加熱爐、相變式加熱爐、火筒式加熱爐、熱煤爐和管式加熱爐等)、裝機(jī)容量低、加熱介質(zhì)溫度低、負(fù)荷率低、爐效低，平均爐效近80%。

油氣田在用加熱爐單體功率偏低，尤其是井口加熱爐，平均功率在150kW左右，爐效一般為40%～60%，直接影響了油氣田加熱爐平均熱效率。油氣田在用加熱爐平均運(yùn)行熱效率為80%；而資料數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)石化行業(yè)加熱爐平均運(yùn)行熱效率為90%以上，而在國(guó)際上，先進(jìn)國(guó)家的油氣田加熱爐平均運(yùn)行熱效率為88%以上。

3 油氣田加熱爐低效原因剖析

(1)裝機(jī)容量 油氣田的生產(chǎn)特點(diǎn)決定了油氣田加熱爐點(diǎn)多、面廣,單機(jī)容量小。油氣田加熱爐單機(jī)容量多在2.5MW以下。裝機(jī)容量小于0.4MW的加熱爐占大多數(shù)。小容量加熱爐熱效率明顯低于大容量加熱爐。

(2)運(yùn)行負(fù)荷 一是油氣田供熱需求具有顯著的季節(jié)性，即冬季高春秋低，夏季部分加熱爐停運(yùn)。運(yùn)行負(fù)荷季節(jié)性波動(dòng)較大。二是加熱介質(zhì)即采出液產(chǎn)量，尤其是井口產(chǎn)量波動(dòng)較大。遼河油田平均熱負(fù)荷率僅32%。三是加熱爐的建設(shè)相對(duì)分散。所服務(wù)的集油系統(tǒng)一般以轉(zhuǎn)油站或脫水站為單位獨(dú)立存在。在油田生產(chǎn)中，服務(wù)于油氣集輸網(wǎng)絡(luò)的加熱爐相對(duì)服務(wù)于注水網(wǎng)絡(luò)的注水泵來(lái)說(shuō)，互相備用協(xié)調(diào)調(diào)度可用性差，加熱爐一般無(wú)法在多個(gè)站之間備用，導(dǎo)致加熱爐備用系數(shù)大，運(yùn)行負(fù)荷率低且調(diào)整難度大。四是隨著生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，區(qū)域性產(chǎn)量遞減，部分加熱爐無(wú)法達(dá)到原設(shè)計(jì)負(fù)荷，加熱爐“大馬拉小車(chē)”問(wèn)題凸顯。

(3)工況條件 油氣田加熱爐主要用于井場(chǎng)、站場(chǎng)，被加熱介質(zhì)油水泥沙混雜，工況條件惡劣，加速加熱爐的老化程度，極易在換熱面介質(zhì)側(cè)結(jié)垢、淤積，阻礙熱量傳遞，影響傳熱效果，使其熱效率降低。根據(jù)開(kāi)發(fā)方式，有些被加熱介質(zhì)中含有驅(qū)油用化學(xué)劑，粘稠度高，介質(zhì)側(cè)換熱面淤積嚴(yán)重。目前油氣田多采用人工清垢和化學(xué)清垢，這兩種清垢方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

(4)燃燒器自控水平 加熱爐燃燒器智能化，會(huì)有效提高加熱爐熱效率。燃燒器是加熱爐的核心部件，當(dāng)前國(guó)內(nèi)針對(duì)油氣田燃料情況的專用高效燃燒器很少。加熱爐廠家多直接采用工業(yè)鍋爐燃燒器。

(5)運(yùn)行管理 加熱爐運(yùn)行管理工作不到位，一方面基層單位日常監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行指導(dǎo)不夠；另一方面，加熱爐運(yùn)行參數(shù)沒(méi)有隨著負(fù)荷量、氣候及燃燒情況的變化而及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，設(shè)備不能始終在經(jīng)濟(jì)高效工作區(qū)運(yùn)行；此外設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題沒(méi)能及時(shí)維修，也有一定影響。

4 結(jié)語(yǔ)

油氣田加熱爐的煙氣氧含量是監(jiān)測(cè)加熱爐熱效率的重要指標(biāo)，煙氣氧含量主要通過(guò)過(guò)?？諝庀禂?shù)來(lái)衡量，過(guò)?？諝庀禂?shù)過(guò)大會(huì)對(duì)加熱爐的熱效率造成一系列的影響。

排煙溫度越高，熱損失越大，爐效越低。如排煙溫度為200℃時(shí)，空氣系數(shù)每增大0.1,全爐熱效率將下降約0.75個(gè)百分點(diǎn)。排煙溫度越高,過(guò)剩空氣帶走的熱量越多,對(duì)熱效率的影響越大。

通過(guò)降低爐外壁溫度來(lái)減少散熱損失。但爐外壁溫度降到多少才是合理的，需要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析才能確定。經(jīng)濟(jì)合理的爐外壁溫度主要取決于耐火隔熱材料的價(jià)格和燃料價(jià)格，過(guò)于追求太低的爐外壁溫度是不經(jīng)濟(jì)的。

[1]李清方.油田新型高效水套爐的開(kāi)發(fā)研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2006,17(5):12-14.