武喜懷

（中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏 銀川 750001）

長慶油田相變原油加熱爐應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向

武喜懷

（中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏 銀川 750001）

本文分析了長慶油田相變原油加熱爐運行中存在的主要故障及處理方法，闡述了使用操作和維護保養(yǎng)時應(yīng)注意的事項，提出了技術(shù)改進的措施和今后的發(fā)展方向。

相變原油加熱爐；主要故障；處理方法；使用操作；改進措施；發(fā)展方向

1 概述

長慶油田自2000年以來，在生產(chǎn)現(xiàn)場新投和改造更新了462臺相變原油加熱爐，其中分體式相變加熱爐111臺，真空相變加熱爐351臺，滿足了低滲透油田和超低滲透油田聯(lián)合站油氣水分離、原油加熱、站內(nèi)采暖和輸油站、轉(zhuǎn)油站原油外輸?shù)男枨?。本文就長慶油田相變原油加熱爐在十多年的運行過程中存在的主要故障和處理方法、使用操作保養(yǎng)和選型時應(yīng)注意的事項，以及設(shè)計時應(yīng)改進的措施和今后的發(fā)展方向等進行探討和分析。

2 相變加熱爐的結(jié)構(gòu)

（1）相變加熱爐的結(jié)構(gòu)。相變加熱爐由爐體、爐膛、煙管、換熱盤管、燃燒系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和安全附件等組成。真空相變加熱爐又被稱為一體式相變加熱爐，爐膛、煙管和換熱盤管安裝在一個圓柱形的爐體里，下半部分為燃燒空間，上半部分為換熱空間。分體式相變加熱爐是在真空相變加熱爐的基礎(chǔ)上改進和發(fā)展而來的，其與真空相變加熱爐的主要不同之處是將換熱盤管改造成單獨的換熱器，從爐體中分列出來，置于爐體上方，通過蒸汽連接管和凝結(jié)液回流管連通在一起。

（2）相變加熱爐的工作原理。燃燒器噴出的燃料在爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)火筒（輻射受熱面）和煙管（對流受熱面）吸收熱量，加熱鍋筒內(nèi)的中間介質(zhì)水受熱沸騰，由液相變?yōu)槠嗾舭l(fā)，上升到相變換熱空間，由于盤管內(nèi)被加熱介質(zhì)管壁溫度遠低于蒸汽溫度，從而使蒸汽在盤管外壁冷凝，放出相變熱，把熱量傳遞給盤管內(nèi)的介質(zhì)，冷凝后的水在重力作用下返回到液相空間，如此蒸發(fā)→冷凝→再蒸發(fā)→再冷凝的循環(huán)往復(fù)，完成了相變換熱過程。

3 相變原油加熱爐運行中存在的主要故障和處理方法

460多臺相變原油加熱爐在運行中，充分體現(xiàn)了其安全性高、可靠性強、熱效率高、適應(yīng)性強、自動化程度高、可實現(xiàn)遠距離數(shù)字化控制等優(yōu)點。但也出現(xiàn)了盤管進出口壓差大、換熱效果差、熱效率低、排煙溫度高、煙囪根部流水腐蝕、煙囪冒黑煙、鍋筒缺水、真空閥漏汽、爆破膜漏汽以及燃氣管路堵塞、燃燒器頻繁啟停和不點火、PLC控制系統(tǒng)失靈等故障。

（1）盤管進出口壓差大。原因：①盤管進出口閥門未全開到位；②含水原油中的雜質(zhì)和垢渣沉積在盤管內(nèi)壁上，盤管積垢或彎管堵塞；③不同層系含水原油中的結(jié)垢組分不配伍，加熱后起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生鈣鎂垢或鋇鍶垢后堵塞盤管。處理方法：①將閥門全開到位或更換閥門；②通洗或更換換熱器盤管（化驗水垢組份，是鈣鎂垢酸洗盤管，鋇鍶垢因不溶于酸，當(dāng)進出口壓差大于0．35 MPa時，更換盤管）；③分層系進油。對不同配伍層系的混合油，分層系加熱，不能混進流程。

（2）換熱效果差，熱效率低。原因：①盤管結(jié)垢或彎頭堵塞；②混合油流速高，負荷過大；③鍋筒內(nèi)有空氣；④煙管內(nèi)有大量積灰；⑤真空加熱爐水位過高，淹沒了換熱盤管，變成了水煮爐。處理方法：①通洗或更換換熱器盤管；②降低液量流速，減小負荷；③檢查各密封點，排氣操作；④每年徹底清理一次煙管積灰；⑤按規(guī)定調(diào)整水位。

（3）煙囪根部流水，腐蝕筒壁。原因：①排煙溫度低；②加熱爐燃用的油井伴生氣是濕氣，雖然有分液缸，但未徹底分離和干燥，燃燒后，在冬季易產(chǎn)生冷凝水，順煙囪內(nèi)壁流到煙囪底部，造成筒壁腐蝕。③若伴生氣燃料中含有硫化氫氣體，則筒壁酸腐蝕現(xiàn)象更加嚴重。處理方法：①適當(dāng)提高排煙溫度；②煙囪外壁保溫；③加裝伴生氣分離器，干燥成干氣；④煙囪內(nèi)壁做防腐。

（4）排煙溫度高。原因：①燃燒器噴油（氣）量過大，過后燃燒嚴重；②煙管積灰。處理方法：①調(diào)小燃燒器噴油（氣）量；②每年徹底清理一次煙管積灰。

（5）煙囪冒黑煙。原因：①燃燒器風(fēng)量過小，灰分和煙塵易吸附在煙管的管壁上，堵塞煙管；②燃燒器噴油（氣）量過大，燃料未充分燃燒。處理方法：①調(diào)整燃燒器，調(diào)大進風(fēng)量；②調(diào)整燃燒器，減少燃料供給；③每年徹底清理一次煙管積灰。

（6）鍋筒缺水、真空閥或爆破膜排蒸汽。原因：①加熱爐進出水閘閥、排污閥、真空閥、爆破膜或連接管路密封不嚴，內(nèi)漏、漏氣；②燃燒器自動控制失靈，不能根據(jù)負荷變化自動調(diào)整大小火，一直大火燃燒，易造成加熱爐高溫，鍋水汽化，真空閥動作，蒸汽外泄。處理方法：①檢查進出水閘閥、排污閥、真空閥和連接管路的密封情況；②檢修燃燒器控制電路；③及時檢修和校驗真空閥的密封性、更換爆破膜；④缺水后應(yīng)停爐，查清原因，排除故障后再補水。

（7）鍋筒停機后真空表恢復(fù)到零。原因：真空閥、進出水閥或排污閥關(guān)閉不嚴，蒸發(fā)器與換熱器連通的軟管泄漏、爆破膜破損、管路密封不嚴，內(nèi)漏。處理方法：檢修真空閥，更換漏水的閘閥、更換漏汽的軟管或爆破膜，檢查系統(tǒng)的密封性。

（8）油盤管或水盤管腐蝕漏油（水）。原因：①因使用時間長，盤管內(nèi)部和外部腐蝕，造成漏油，鍋筒中有原油；②水盤管破損是因鍋筒漏氣，在循環(huán)過程中經(jīng)常性補水，將氧氣帶入系統(tǒng)。處理方法：①更換油水盤管；②檢查漏水、漏氣，更換損壞部件，排氣操作。

（9）PLC控制系統(tǒng)失靈。原因：廠家選用的PLC控制系統(tǒng)質(zhì)量差。處理方法：加熱爐生產(chǎn)廠家應(yīng)配套功能強大、可靠性高、質(zhì)量好的PLC控制系統(tǒng)。

（10）加熱爐啟停頻繁，不能連續(xù)運行。原因：①加熱爐啟動和停爐溫度設(shè)置太接近；②進液量過大。處理方法：①按運行要求重新設(shè)置啟爐和停爐溫度；②控制進液量。

4 使用操作和維護保養(yǎng)時應(yīng)注意的事項

（1）鍋筒加注的水質(zhì)應(yīng)符合低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準，硬度應(yīng)不大于0．6mmol/L，不能使用未經(jīng)處理合格的硬水；（2）要在流程中安裝自動加藥裝置，定時、定量添加阻垢劑、以減小盤管結(jié)垢傾向；（3）每年用磷酸三鈉煮爐一次，在鍋筒內(nèi)表面形成一層堿性保護膜，以延長設(shè)備的使用壽命；（4）每年停爐保養(yǎng)時，應(yīng)清理一次煙管積灰，保養(yǎng)一次燃燒器；（5）要保持爐體內(nèi)密封，不能漏氣、漏水；（6）若加熱溫度達不到要求，如果不是進液量過大，應(yīng)判斷為鍋筒內(nèi)有空氣，進行排氣操作；（7）加熱爐正常使用時，因不消耗水，不需要排污；（8）鍋筒前部的兩只水位計和兩只壓力表的結(jié)構(gòu)、大小和量程應(yīng)相同；（9）運行中應(yīng)檢查水位，位于液位計的1/2～2/3處，缺水時應(yīng)首先查明原因，排除故障后再補水；新加熱爐安裝竣工后，須進行水壓試驗，檢查爐體的密封性，并進行煮爐操作。

5 選型時應(yīng)注意的事項和設(shè)計時應(yīng)改進的措施及今后的發(fā)展方向

（1）油田生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)優(yōu)先選用微壓相變原油加熱爐，不推薦使用壓力相變原油加熱爐；（2）真空相變加熱爐和分體式相變加熱爐相比，故障率較高，熱效率低。應(yīng)優(yōu)先選擇分體式相變加熱爐；（3）功率在1．6 MW以下，選擇真空相變加熱爐；功率在1．6 MW及以上，應(yīng)選擇分體式相變加熱爐；（4）應(yīng)選配全自動比例調(diào)節(jié)式燃燒器，燃料量可根據(jù)來液量的變化自動在大、小火間調(diào)節(jié)；（5）選配的自動燃燒器額定功率應(yīng)大于相邊加熱爐額定功率130%，過載能力強；（6）相變加熱爐安全系統(tǒng)除在頂部設(shè)計一只爆破膜外，還應(yīng)在頂部前后端設(shè)計雙真空閥安全冗余結(jié)構(gòu)；（7）防爆門應(yīng)設(shè)置在后部或下部，起跳開口朝下或朝上，以不妨礙人員和其它設(shè)備；（8）換熱盤管結(jié)垢是相變加熱爐的主要失效形式。要根據(jù)換熱盤管內(nèi)被加熱原油的結(jié)垢組份，在進油端采取防垢措施，加裝有效的通洗和除垢設(shè)備，增大換熱盤管直徑等措施，以延長換熱盤管的使用壽命；（9）換熱器盤管設(shè)計為可拆卸式，用螺栓將換熱器前管板與換熱器殼體法蘭連接，換熱器內(nèi)設(shè)置導(dǎo)軌，放置盤管，以保證換熱盤管維護和更換方便；（10）在北方使用，冬季氣溫低，煙囪外壁要設(shè)計保溫，內(nèi)壁要做防腐；（11）1．6MW以下的真空加熱爐，采用臥式二回程結(jié)構(gòu)，煙囪位于爐體前部側(cè)面；1．6MW及以上的分體式相變加熱爐，應(yīng)采用臥式三回程結(jié)構(gòu)，煙囪位于爐體后部側(cè)面，或采用長度較長的二回程結(jié)構(gòu)，煙囪位于爐體前部側(cè)面；（12）影響加熱爐熱效率的主要因素是排煙溫度和過剩空氣系數(shù)，排煙溫度應(yīng)不大于150℃，也不能低于120℃；（13）燃燒器正壓燃燒，過?？諝庀禂?shù)一般取1．1～1．25；（14）燃氣進燃燒器前，應(yīng)經(jīng)過油氣水分離器加熱、干燥和脫水，燃油管線應(yīng)加裝加熱裝置；（15）冬季為了確保燃燒器保溫，加熱爐前部應(yīng)設(shè)計操作間；（16）要根據(jù)加熱爐使用地的海拔高度計算煙囪的供貨和安裝高度。

6 結(jié)語

相變原油加熱爐屬于常壓類容器，操作簡單、管理方便，節(jié)能環(huán)保，安全可靠，熱效率高，技術(shù)先進，使用壽命長，可替代傳統(tǒng)的水套加熱爐、熱媒爐和帶壓的熱水（蒸汽）鍋爐，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)改進后，是長慶油田各集輸系統(tǒng)今后大力推廣和應(yīng)用的方向。

[1]鄧壽祿，王貴生． 油田加熱爐．北京：中國石化出版社，2011．

[2]武喜懷．相變加熱爐的應(yīng)用．中國設(shè)備工程,2015（6）60～62．

[3]武喜懷，武靜文．對真空相變加熱爐運行故障的探討和分析．內(nèi)蒙古石油化工,2013,39（13）43～46．

TE974.2

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1671-0711（2017）08（下）-0200-02