王宇新

摘要：我國有豐富的稠油資源，稠油油田開發(fā)過程中，注汽鍋爐系統(tǒng)能耗占總能耗的絕大部分，因此提高注汽鍋爐系統(tǒng)熱效率是節(jié)能降耗、降本增效的重要研究方向。本文主要論述了提高油田注汽鍋爐燃燒控制系統(tǒng)熱效率的新技術(shù)，以有效促進(jìn)節(jié)能降耗，提升經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：油田 注汽鍋爐系統(tǒng) 熱效率 技術(shù)

注汽鍋爐又稱濕蒸汽發(fā)生器，在油田開采稠油的過程中，這是一種專用的注汽設(shè)備。其工作原理是將自身生產(chǎn)的高溫高壓濕蒸汽注入油井，通過對油層中的原油進(jìn)行加熱，進(jìn)而在一定程度上降低稠油的粘度，進(jìn)一步增加稠油的流動性，提高稠油的采收率。油田注汽鍋爐是以原油為主要燃料，在運(yùn)行過程中耗油量較大，在稠油的開發(fā)中，注汽鍋爐常年連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且注汽鍋爐的運(yùn)行數(shù)量也有加大的趨勢，因此，加大對油田注汽鍋爐的節(jié)能措施的探討有利于提高油田的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)油田的可持續(xù)發(fā)展。本文分析了油田注汽鍋爐的基本原理，并提出了關(guān)于提高油田注汽鍋爐熱效率的技術(shù)。

1 注汽鍋爐的結(jié)構(gòu)及工作原理

油田注汽鍋爐鍋爐本體設(shè)備水汽系統(tǒng)：輻射段、對流段、給水預(yù)熱器燃燒系統(tǒng)：燃燒器、爐殼和爐襯鍋爐輔助設(shè)備燃燒設(shè)備：油過濾器、油加熱器、天然氣分離器等供儀用風(fēng)設(shè)備：空壓機(jī)、干燥器等鍋爐附件：安全閥、自力式壓力調(diào)節(jié)器、截止閥等動力電器系統(tǒng)：空氣開關(guān)、磁力啟動器、電動機(jī)等儀表與自控系統(tǒng)：壓力表、溫度表、調(diào)節(jié)器、報(bào)警開關(guān)、微機(jī)等

至于注汽鍋爐的工作原理也有許多，我們具體看一下50和100噸的渣油燃燒注汽鍋爐原理，它是主要是用蒸汽輔助重力泄油進(jìn)行開采超稠油的，蒸汽輔助重力泄油開采超稠油油藏的基本原理其實(shí)就是，將大量高干度蒸汽連續(xù)注入水平生產(chǎn)井的上部，進(jìn)而在地層中形成蒸汽腔，利用蒸汽腔的邊緣對原油進(jìn)行加溫，與此同時，蒸汽在冷凝的過程中會形成水，與原油一起流入水平生產(chǎn)井，然后被采出。隨著蒸汽腔不斷擴(kuò)展，以及不斷對原油進(jìn)行加溫，在這種情況下，就可以連續(xù)生產(chǎn)，直到蒸汽腔擴(kuò)展到油層頂界和水平井控制的邊界。

2 提高油田注汽鍋爐熱效率應(yīng)用技術(shù)

2.1 高溫輻射涂料

當(dāng)油田注汽鍋爐輻射段的工作溫度在650℃以上時，熱傳遞以輻射為主。在爐管或爐墻上，如果涂上能夠產(chǎn)生輻射波的高溫輻射涂料，使其黑度或輻射波進(jìn)一步增強(qiáng)，使輻射波產(chǎn)生共振現(xiàn)象，對輻射換熱進(jìn)行強(qiáng)化，在一定程度上提高爐管的吸熱能力，從而提高熱效率?；谝陨显恚梢詫⒓t外輻射涂料噴涂在油田注汽鍋爐輻射段陶纖的表面，例如采用FHC-AB型高溫輻射涂料或HTEE-E型紅外線輻射涂料。在爐管上噴涂FHC-AB型高溫輻射涂料，在500℃以上高溫的作用下可以形成固化瓷膜，使得爐管的黑度進(jìn)一步提高，與未涂高溫輻射波的爐管相比，其吸熱率提高5%～10%，由于輻射涂料能夠產(chǎn)生紅外線，可以加劇燃料的燃燒，使得鍋爐的熱效率大大提高。在爐膛內(nèi)襯表面上涂刷HTEE-E型紅外線輻射涂料，經(jīng)過高溫烘烤，可以形成固化瓷膜。由于具有較高的發(fā)射率，在這種情況下，可以增加熱量經(jīng)鍋爐內(nèi)壁的反射力，同時可以使得內(nèi)襯紅外線熱輻射的反射力進(jìn)一步增強(qiáng)，提高了對爐管的輻射力，通過散熱造成的熱損失明顯降低，提高了熱效率。

2.2 采用復(fù)合相變換熱技術(shù)

所謂復(fù)合相變換熱技術(shù)通常情況下是指，借助注汽鍋爐的排煙加熱復(fù)合相變換熱裝置中的水，使水變成水蒸氣；然后利用水蒸氣對注汽鍋爐的給水進(jìn)行加熱，一方面可以提高鍋爐給水溫度，另一方面排煙的溫度明顯降低，鍋爐的熱效率提高。該技術(shù)應(yīng)用到遼河油田的某采油廠后，煙氣的排煙溫度下降80℃，由原來的220℃直接下降到了140℃，鍋爐的熱效率提高3%，其節(jié)能效果非常理想。

2.3 煙氣余熱回收裝置（熱管）技術(shù)

在開采原油的過程中，利用油田注汽鍋爐煙氣增加助燃空氣的溫度，通常情況下可以有效地提高熱效率。在此基礎(chǔ)上，借助熱交換器，降低煙氣的熱損失，使得助燃空氣的含熱量進(jìn)一步提高，熱管作為一個密封管，其內(nèi)部一般被抽成高度真空，并且工質(zhì)純度比較高。在工作過程中，由于吸熱使得管內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)汽化，到達(dá)冷端后，因放出熱量發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。

2.4 對注汽鍋爐燃料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

在傳統(tǒng)模式下，許多注汽鍋爐的燃料都選擇稀原油，在產(chǎn)生熱值相同的情況下，原油價格一般比較高。因此，需要對注汽鍋爐的燃料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時使用天然氣取代原油，或者積極發(fā)展油氣混燃技術(shù)。在使用天然氣的過程中，對于鍋爐來說，需要配置天然氣壓力報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)天然氣壓力較低或發(fā)生泄漏時，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動報(bào)警，并且能夠及時自動停爐。當(dāng)使用油氣混燃工藝時，需要改造控制系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)，并且設(shè)置相應(yīng)的天然氣高壓報(bào)警系統(tǒng)，避免燃料消耗過多，進(jìn)而在一定程度上產(chǎn)生過熱蒸汽。

2.5 清洗流段翅片管硬垢和對流段免維護(hù)聲波除灰技術(shù)

鍋爐燃油、燃?xì)膺^程中，硬垢是在高溫高壓環(huán)境下，灰垢、煙垢及其他雜質(zhì)充填在翅片凹槽內(nèi)的聚合物，這些聚合物影響并制約著翅片管的換熱效率，使得對流段煙道的阻力增加、爐膛壓力超標(biāo)等。對于翅片管凹槽內(nèi)硬垢難除問題，通常情況下，可以通過“化學(xué)劑+高壓水射流”技術(shù)進(jìn)行解決。流段免維護(hù)聲波除灰技術(shù)的工作原理是，以蒸汽為動力，利用特質(zhì)的聲波發(fā)生器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，向運(yùn)行中注汽鍋爐的對流段部位空間輸送一定強(qiáng)度的聲波，這些區(qū)域中的空氣分子與粉塵顆粒在聲能量的作用下產(chǎn)生振蕩，對粉塵顆粒在翅片管表面或粒子之間的結(jié)合關(guān)系進(jìn)行破壞和阻止，使其處于懸浮流化狀態(tài)，在煙氣、重力的作用下，將其帶走，在一定程度上達(dá)到清灰的目的。

2.6 引進(jìn)濕蒸汽干度在線監(jiān)控系統(tǒng)

在控制注汽鍋爐的過程中，由于存在熱慣性，當(dāng)監(jiān)測到蒸汽的干度發(fā)生變化，在這種情況下，鍋爐運(yùn)行人員難以對其進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行調(diào)整時，一般需要具備一定的經(jīng)驗(yàn)，這樣增加了蒸汽干度的波動范圍，進(jìn)一步增加了注汽鍋爐燃料的消耗量。使用濕蒸汽干度在線監(jiān)控系統(tǒng)后，可以完美地結(jié)合濕蒸汽的在線測量與PLC自動控制。對于在線監(jiān)控系統(tǒng)來說，在測量誤差方面通常情況下可以控制在3%，干度的波動范圍控制在2%-4%，在開采供給稠油的過程中，大大提高了蒸汽質(zhì)量。為了精確控制燃料的消耗量、給水量，以及給水溫度，可以將流量計(jì)和變送器安裝在鍋爐上，這樣可以根據(jù)蒸汽的干度的實(shí)際情況，進(jìn)一步調(diào)整燃料消耗量，提高注汽鍋爐的熱效率。

3 注汽鍋爐應(yīng)用中需要注意的問題

3.1 在注汽鍋爐運(yùn)行時，隨著負(fù)荷的增減，爐內(nèi)火焰溫度發(fā)生升降。但是，爐內(nèi)輻射換熱量與燃料量之間不存在正比關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)鍋爐從半負(fù)荷逐步增加到額定負(fù)荷時，在這一過程中，爐內(nèi)換熱量不是成倍增加?？偠灾?，與負(fù)荷的變化率，爐內(nèi)換熱量的變化率通常情況下比較小。

3.2 燃燒方面，按照要求，需要使用少量的供油，且爐內(nèi)燃油在低負(fù)荷配風(fēng)時火焰的周界風(fēng)相對減弱，容易出現(xiàn)霧化不良現(xiàn)象。此時，在燃燒器旋口容易發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，進(jìn)而在一定程度上遮擋了周界風(fēng)風(fēng)口，使火焰發(fā)生偏斜，甚至飄至爐管上。在這種情況下，低負(fù)荷時，需要觀察火焰的形狀，對火焰的位置進(jìn)行調(diào)整，避免火焰方向發(fā)生偏斜。

3.3 輻射段需要承受較高的熱負(fù)荷，根據(jù)資料顯示，熱負(fù)荷的82%需要由輻射段來承擔(dān)，然而在爐管內(nèi)，汽、水是相互流動的，因此，當(dāng)設(shè)備負(fù)荷減小至一定數(shù)值時，可能導(dǎo)致爐管出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象，進(jìn)一步損壞爐管。

4 結(jié)束語

在油田日常工作中，注汽鍋爐是主要的耗能設(shè)備，需要從影響系統(tǒng)效率的主要因素進(jìn)行分析，進(jìn)一步提高油田注汽鍋爐系統(tǒng)的熱效率，通過對技術(shù)進(jìn)行調(diào)研和分析，不斷進(jìn)行試驗(yàn)，積極引進(jìn)應(yīng)用油田注汽系統(tǒng)的節(jié)能新產(chǎn)品、新材料、新技術(shù)和新工藝，積極采用先進(jìn)技術(shù)對油田注汽鍋爐進(jìn)行改造，促進(jìn)油田注汽鍋爐系統(tǒng)熱效率的不斷提高。

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