趙宇（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙宇（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

提升油田注汽鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低注汽噸汽能耗和稠油開(kāi)采成本，已成為各稠油開(kāi)發(fā)管理區(qū)塊的一項(xiàng)重要研究課題，而注汽鍋爐水質(zhì)質(zhì)量不僅影響到整個(gè)注汽鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還會(huì)影響到注汽鍋爐系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。利用注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置對(duì)經(jīng)過(guò)軟化處理的鍋爐給水再進(jìn)行磁化處理，降低鍋爐給水汽化潛熱，通過(guò)除垢、阻垢，提高鍋爐傳熱效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。介紹了節(jié)能裝置的工作原理、特點(diǎn)、安裝以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。實(shí)踐證明，該節(jié)能裝置利用外加磁場(chǎng)的方法實(shí)現(xiàn)注汽鍋爐系統(tǒng)節(jié)能，同時(shí)由于磁化節(jié)能裝置具有除垢、阻垢作用，從而有效地提高了整個(gè)爐水系統(tǒng)的傳熱效果，節(jié)約了燃料用量，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

注汽鍋爐；給水磁化；節(jié)能裝置；應(yīng)用；效果

隨著油田對(duì)超稠油油層、低滲透油層和深井稠油的熱力開(kāi)采和試采，注汽開(kāi)采工藝技術(shù)在油田得到廣泛應(yīng)用，已形成稠油注汽開(kāi)發(fā)生產(chǎn)工藝技術(shù)日趨成熟，稠油產(chǎn)量逐年增加的良好局面[1-2]。近幾年，國(guó)際油價(jià)持續(xù)在低價(jià)位，提升注汽鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)效率，降低注汽噸汽能耗和稠油開(kāi)采成本，已成為各稠油開(kāi)發(fā)管理區(qū)塊的一項(xiàng)重要研究課題。而注汽鍋爐給水處理是注汽鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其水質(zhì)質(zhì)量既影響到整個(gè)注汽鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行效率，也影響到注汽鍋爐系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行，水質(zhì)處理不達(dá)標(biāo)甚至?xí)?yán)重影響注汽鍋爐的使用壽命[3-4］。為了提升注汽鍋爐給水質(zhì)量，降低注汽噸汽能耗，提升注汽鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)效率，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了引進(jìn)應(yīng)用注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置這一研究課題，并取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)效果。

1 注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置的工作原理

傳統(tǒng)的注汽鍋爐給水水處理主要是通過(guò)脫鹽裝置，將自來(lái)水（硬水）進(jìn)行軟化處理，經(jīng)過(guò)軟化處理的鍋爐給水可以大大減少或避免鍋爐結(jié)垢，確保注汽鍋爐的運(yùn)行效率和安全運(yùn)行。而注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置就是對(duì)經(jīng)過(guò)軟化處理的鍋爐給水再進(jìn)行磁化處理。其工作原理是：

1）充分利用稀土永磁材料具有的磁能，替代部分能量，克服水分子間引力，有效地分解水分子團(tuán)簇，提高傳熱速度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。從水分子的結(jié)構(gòu)特性可知，若干個(gè)水分子受氫鍵的作用，可以結(jié)成一個(gè)個(gè)大團(tuán)簇。水滿而不溢、水由氣態(tài)變液態(tài)、再變?yōu)楣虘B(tài)等等自然現(xiàn)象，原因就是水分子間氫鍵的作用。要使液態(tài)水變?yōu)樗羝?，首先就是要破壞形成水分子團(tuán)簇的氫鍵。目前，主要有外加磁場(chǎng)、外加電場(chǎng)、激光輻射、直接加熱等四種方法，而該節(jié)能裝置就是采用了外加磁場(chǎng)的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。其次基于水是反磁物質(zhì)的特性，通過(guò)精確的計(jì)算和加工，形成一個(gè)與鍋爐給水流量、流速、流向相適應(yīng)的磁力能量場(chǎng)。使流經(jīng)磁化節(jié)能裝置的水分子團(tuán)簇中的氫鍵由于磁力線的作用而被扭曲、伸長(zhǎng)以致斷裂。將水分子大團(tuán)簇，分解為小團(tuán)簇，甚至出現(xiàn)若干單個(gè)水分子，從而降低鍋爐給水密度、黏度等物理特性，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2）通過(guò)除垢、阻垢，提高鍋爐傳熱效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。經(jīng)過(guò)磁化節(jié)能裝置的鍋爐給水，因其分子團(tuán)簇大幅度變小，滲透、乳化、溶解、擴(kuò)散力大幅度提高，所以可以容納更高的離子濃度，生成可溶Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2，從根本上抑制一次水垢的形成，而且還可以不斷地使原有垢層生成可溶性碳酸氫鹽，最終使垢層松散，變成泥狀物質(zhì)被排出。由于磁化節(jié)能裝置具有除垢、阻垢作用，所以會(huì)對(duì)整個(gè)爐水系統(tǒng)進(jìn)行清理，從而有效地提高了整個(gè)爐水系統(tǒng)的傳熱效果，節(jié)約了燃料用量。

2 注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置的特點(diǎn)

1）節(jié)能效果好。據(jù)有關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置處理后的鍋爐給水與未經(jīng)磁化節(jié)能裝置處理的鍋爐給水汽化潛熱相比，可降低鍋爐給水汽化潛熱61.64 kJ/kg，提升注汽鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行效率3%左右[5]。

2）除垢、阻垢效果好。相關(guān)研究結(jié)果表明，應(yīng)用磁化節(jié)能裝置的鍋爐，爐水系統(tǒng)管樣組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度細(xì)于8級(jí)，管樣內(nèi)壁未見(jiàn)氫損傷微裂紋及脫碳層等缺陷，具有良好的除垢、阻垢作用[5]。

3）裝置壓力損失小。經(jīng)檢測(cè)阻力小，水壓損失小于0.03 MPa。

4）安裝簡(jiǎn)單方便，且無(wú)需提供電源。注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置只需加裝在相應(yīng)位置，且設(shè)備安裝簡(jiǎn)單方便。

5）具有免維護(hù)功能。不需要人工定期維護(hù)，且常年運(yùn)行免維修，維護(hù)費(fèi)用為零。

6）設(shè)備運(yùn)行安全可靠。使用壽命長(zhǎng)，最短使用壽命10年以上，且安全、環(huán)保。

3 注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置的安裝

注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置的安裝很簡(jiǎn)單，在除鹽水管道或者在凝結(jié)水泵出口管道處，用相應(yīng)的管道、閥門將磁化節(jié)能裝置與除鹽水管道或者凝結(jié)水管道并連而成即可［6］。除鹽水管道安裝示意見(jiàn)圖1，凝結(jié)水泵處安裝示意見(jiàn)圖2。

圖1 除鹽水管道安裝示意

圖2 凝結(jié)水泵處安裝示意

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及實(shí)施效果分析

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置先后在某油田稠油開(kāi)發(fā)區(qū)塊2個(gè)固定注汽站投入使用。這兩個(gè)固定注汽站分別有210 t/h和130 t/h的2臺(tái)高壓注汽鍋爐。表1為210 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節(jié)能裝置前后的能耗對(duì)比。表2為130 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節(jié)能裝置前后的能耗對(duì)比。

表1 210 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節(jié)能裝置前后的能耗對(duì)比

表2 130 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節(jié)能裝置前后的能耗對(duì)比

4.2 實(shí)施效果分析

由表1和表2可知，210 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節(jié)能裝置后，鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)效率提升了3.8%，噸汽耗標(biāo)煤下降了4.72 kg/t，130 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節(jié)能裝置后，鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)效率提升了2.89%，噸汽耗標(biāo)煤下降了3.53 kg/t，取得了良好的節(jié)能技術(shù)改造效果。

5 綜合評(píng)價(jià)

1）節(jié)能效果顯著。油田高壓注汽鍋爐應(yīng)用給水磁化節(jié)能裝置后的效果表明，高壓注汽鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)效率，平均提升了3.35%，噸汽耗標(biāo)煤平均下降了4.153 kg/t，節(jié)能效果明顯。

2）改善了注汽鍋爐給水水質(zhì)。由于磁化節(jié)能裝置具有良好的除垢、阻垢作用，大大地改善了注汽鍋爐給水質(zhì)量。

3）延長(zhǎng)了注汽鍋爐的使用壽命。良好的水質(zhì)確保了注汽鍋爐的良好運(yùn)行，解決了注汽鍋爐因結(jié)垢所帶來(lái)的負(fù)面影響，有利于延長(zhǎng)注汽鍋爐的使用壽命。

4）安全可靠性好。產(chǎn)品性能安全可靠，自投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，該系統(tǒng)運(yùn)行正常，沒(méi)有發(fā)生運(yùn)行機(jī)制故障，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單，減輕了員工的維護(hù)工作強(qiáng)度。

5）具有良好的性價(jià)比。安裝當(dāng)年即可見(jiàn)到回報(bào)，且使用壽命長(zhǎng)，安全環(huán)保沒(méi)有任何負(fù)作用。

6 結(jié)論

實(shí)踐證明，注汽鍋爐給水磁化節(jié)能裝置是針對(duì)高壓濕蒸汽發(fā)生器運(yùn)行情況而設(shè)計(jì)的新型節(jié)能產(chǎn)品，可以使注汽鍋爐給水降低汽化潛熱，提升注汽鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行效率，利用外加磁場(chǎng)的方法實(shí)現(xiàn)注汽鍋爐系統(tǒng)節(jié)能，同時(shí)由于磁化節(jié)能裝置具有除垢、阻垢作用，從而有效地提高了整個(gè)爐水系統(tǒng)的傳熱效果，節(jié)約了燃料用量。該節(jié)能產(chǎn)品具有節(jié)能效果好、改善注汽鍋爐給水水質(zhì)、延長(zhǎng)注汽鍋爐的使用壽命、安全可靠且性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]史紅芳.提高稠油注汽開(kāi)發(fā)質(zhì)量效果的探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012，28（4）：32-34.

[2]朱益飛，潘道蘭.影響孤東油田注汽系統(tǒng)效率的因素及對(duì)策[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督2007，23（7）：44-46.

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[6]王在仕.蒸汽鍋爐用水磁化裝置節(jié)能降耗：ZL2014202672 06.6[P].2014年2月26日.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.008

2017-05-08

（編輯 李珊梅）

趙宇，工程師，1991年畢業(yè)于浙江大學(xué)能源工程系，從事熱工、暖通設(shè)計(jì)工作，E-mail：zhaoyuu0430@sina.com，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區(qū)友誼大街采油一廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163000。