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摘 要：我国有丰富的稠油资源,稠油油田开发过程中,注汽锅炉系统能耗占总能耗的绝大部分,因此提高注汽锅炉系统热效率是节能降耗、降本增效的重要研究方向.本文主要论述了提高油田注汽锅炉燃烧控制系统热效率的新技术,以有效促进节能降耗,提升经济效益.
关键词：油田 注汽锅炉系统 热效率 技术
注汽锅炉又称湿蒸汽发生器,在油田开采稠油的过程中,这是一种专用的注汽设备.其工作原理是将自身生产的高温高压湿蒸汽注入油井,通过对油层中的原油进行加热,进而在一定程度上降低稠油的粘度,进一步增加稠油的流动性,提高稠油的采收率.油田注汽锅炉是以原油为主要燃料,在运行过程中耗油量较大,在稠油的开发中,注汽锅炉常年连续运转,并且注汽锅炉的运行数量也有加大的趋势,因此,加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益,促进油田的可持续发展.本文分析了油田注汽锅炉的基本原理,并提出了关于提高油田注汽锅炉热效率的技术.
1 注汽锅炉的结构及工作原理
油田注汽锅炉锅炉本体设备水汽系统：辐射段、对流段、给水预热器燃烧系统：燃烧器、炉壳和炉衬锅炉辅助设备燃烧设备：油过滤器、油加热器、天然气分离器等供仪用风设备：空压机、干燥器等锅炉附件：安全阀、自力式压力调节器、截止阀等动力电器系统：空气开关、磁力启动器、电动机等仪表和自控系统：压力表、温度表、调节器、报警开关、微机等
至于注汽锅炉的工作原理也有许多,我们具体看一下50和100吨的渣油燃烧注汽锅炉原理,它是主要是用蒸汽辅助重力泄油进行开采超稠油的,蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理其实就是,将大量高干度蒸汽连续注入水平生产井的上部,进而在地层中形成蒸汽腔,利用蒸汽腔的边缘对原油进行加温,和此同时,蒸汽在冷凝的过程中会形成水,和原油一起流入水平生产井,然后被采出.随着蒸汽腔不断扩展,以及不断对原油进行加温,在这种情况下,就可以连续生产,直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制的边界.
2 提高油田注汽锅炉热效率应用技术
2.1 高温辐射涂料
当油田注汽锅炉辐射段的工作温度在650℃以上时,热传递以辐射为主.在炉管或炉墙上,如果涂上能够产生辐射波的高温辐射涂料,使其黑度或辐射波进一步增强,使辐射波产生共振现象,对辐射换热进行强化,在一定程度上提高炉管的吸热能力,从而提高热效率.基于以上原理,可以将红外辐射涂料喷涂在油田注汽锅炉辐射段陶纤的表面,例如采用FHC-AB型高温辐射涂料或HTEE-E型红外线辐射涂料.在炉管上喷涂FHC-AB型高温辐射涂料,在500℃以上高温的作用下可以形成固化瓷膜,使得炉管的黑度进一步提高,和未涂高温辐射波的炉管相比,其吸热率提高5%～10%,由于辐射涂料能够产生红外线,可以加剧燃料的燃烧,使得锅炉的热效率大大提高.在炉膛内衬表面上涂刷HTEE-E型红外线辐射涂料,经过高温烘烤,可以形成固化瓷膜.由于具有较高的发射率,在这种情况下,可以增加热量经锅炉内壁的反射力,同时可以使得内衬红外线热辐射的反射力进一步增强,提高了对炉管的辐射力,通过散热造成的热损失明显降低,提高了热效率.
2.2 采用复合相变换热技术
所谓复合相变换热技术通常情况下是指,借助注汽锅炉的排烟加热复合相变换热装置中的水,使水变成水蒸气；然后利用水蒸气对注汽锅炉的给水进行加热,一方面可以提高锅炉给水温度,另一方面排烟的温度明显降低,锅炉的热效率提高.该技术应用到辽河油田的某采油厂后,烟气的排烟温度下降80℃,由原来的220℃直接下降到了140℃,锅炉的热效率提高3%,其节能效果非常理想.
2.3 烟气余热回收装置（热管）技术
在开采原油的过程中,利用油田注汽锅炉烟气增加助燃空气的温度,通常情况下可以有效地提高热效率.在此基础上,借助热交换器,降低烟气的热损失,使得助燃空气的含热量进一步提高,热管作为一个密封管,其内部一般被抽成高度真空,并且工质纯度比较高.在工作过程中,由于吸热使得管内工质蒸发汽化,到达冷端后,因放出热量发生凝结现象.
2.4 对注汽锅炉燃料结构进行优化
在传统模式下,许多注汽锅炉的燃料都选择稀原油,在产生热值相同的情况下,原油价格一般比较高.因此,需要对注汽锅炉的燃料结构进行优化,同时使用天然气取代原油,或者积极发展油气混燃技术.在使用天然气的过程中,对于锅炉来说,需要配置天然气压力报警系统,当天然气压力较低或发生泄漏时,该系统能够实现自动报警,并且能够及时自动停炉.当使用油气混燃工艺时,需要改造控制系统及燃烧系统,并且设置相应的天然气高压报警系统,避免燃料消耗过多,进而在一定程度上产生过热蒸汽.
2.5 清洗流段翅片管硬垢和对流段免维护声波除灰技术
锅炉燃油、燃气过程中,硬垢是在高温高压环境下,灰垢、烟垢及其他杂质充填在翅片凹槽内的聚合物,这些聚合物影响并制约着翅片管的换热效率,使得对流段烟道的阻力增加、炉膛压力超标等.对于翅片管凹槽内硬垢难除问题,通常情况下,可以通过“化学剂+高压水射流”技术进行解决.流段免维护声波除灰技术的工作原理是,以蒸汽为动力,利用特质的声波发生器进行转换,向运行中注汽锅炉的对流段部位空间输送一定强度的声波,这些区域中的空气分子和粉尘颗粒在声能量的作用下产生振荡,对粉尘颗粒在翅片管表面或粒子之间的结合关系进行破坏和阻止,使其处于悬浮流化状态,在烟气、重力的作用下,将其带走,在一定程度上达到清灰的目的.
2.6 引进湿蒸汽干度在线监控系统
在控制注汽锅炉的过程中,由于存在热惯性,当监测到蒸汽的干度发生变化,在这种情况下,锅炉运行人员难以对其进行调整,进行调整时,一般需要具备一定的经验,这样增加了蒸汽干度的波动范围,进一步增加了注汽锅炉燃料的消耗量.使用湿蒸汽干度在线监控系统后,可以完美地结合湿蒸汽的在线测量和PLC自动控制.对于在线监控系统来说,在测量误差方面通常情况下可以控制在3%,干度的波动范围控制在2%-4%,在开采供给稠油的过程中,大大提高了蒸汽质量.为了精确控制燃料的消耗量、给水量,以及给水温度,可以将流量计和变送器安装在锅炉上,这样可以根据蒸汽的干度的实际情况,进一步调整燃料消耗量,提高注汽锅炉的热效率.
3 注汽锅炉应用中需要注意的问题
3.1 在注汽锅炉运行时,随着负荷的增减,炉内火焰温度发生升降.但是,炉内辐射换热量和燃料量之间不存在正比关系.实验结果显示,当锅炉从半负荷逐步增加到额定负荷时,在这一过程中,炉内换热量不是成倍增加.总而言之,和负荷的变化率,炉内换热量的变化率通常情况下比较小.
3.2 燃烧方面,按照要求,需要使用少量的供油,且炉内燃油在低负荷配风时火焰的周界风相对减弱,容易出现雾化不良现象.此时,在燃烧器旋口容易发生结焦现象,进而在一定程度上遮挡了周界风风口,使火焰发生偏斜,甚至飘至炉管上.在这种情况下,低负荷时,需要观察火焰的形状,对火焰的位置进行调整,避免火焰方向发生偏斜.
3.3 辐射段需要承受较高的热负荷,根据资料显示,热负荷的82%需要由辐射段来承担,然而在炉管内,汽、水是相互流动的,因此,当设备负荷减小至一定数值时,可能导致炉管出现传热恶化现象,进一步损坏炉管.
4 结束语
在油田日常工作中,注汽锅炉是主要的耗能设备,需要从影响系统效率的主要因素进行分析,进一步提高油田注汽锅炉系统的热效率,通过对技术进行调研和分析,不断进行试验,积极引进应用油田注汽系统的节能新产品、新材料、新技术和新工艺,积极采用先进技术对油田注汽锅炉进行改造,促进油田注汽锅炉系统热效率的不断提高.
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参考文献：
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