本文摘要：摘要：加熱爐運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)出口溫度低的問(wèn)題，造成外輸溫度不達(dá)標(biāo)，外輸量下降。根據(jù)加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷出外輸溫度不達(dá)標(biāo)的主要原因是換熱盤(pán)管內(nèi)部結(jié)垢。通過(guò)驗(yàn)證，實(shí)施處理，外輸溫度達(dá)到生產(chǎn)要求。于是總結(jié)出判斷換熱盤(pán)管結(jié)垢的條件，使其應(yīng)
摘要：加熱爐運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)出口溫度低的問(wèn)題，造成外輸溫度不達(dá)標(biāo)，外輸量下降。根據(jù)加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷出外輸溫度不達(dá)標(biāo)的主要原因是換熱盤(pán)管內(nèi)部結(jié)垢。通過(guò)驗(yàn)證，實(shí)施處理，外輸溫度達(dá)到生產(chǎn)要求。于是總結(jié)出判斷換熱盤(pán)管結(jié)垢的條件，使其應(yīng)用在加熱爐運(yùn)行管理中。
關(guān)鍵詞：加熱爐;換熱盤(pán)管;結(jié)垢的判斷
一、前言
油田生產(chǎn)中加熱爐的作用是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給被加熱介質(zhì)使其溫度升高達(dá)到生產(chǎn)要求。本轉(zhuǎn)油站加熱爐出口溫度稱為外輸溫度，目前外輸溫度一直偏低，達(dá)不到生產(chǎn)要求，造成管線輸送阻力高，輸送量低。根據(jù)加熱爐運(yùn)行狀態(tài)和一些現(xiàn)狀進(jìn)行分析、排查，判斷出外輸溫度不達(dá)標(biāo)的主要原因是換熱盤(pán)管內(nèi)部結(jié)垢，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)降低，換熱效果低�，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證后，實(shí)施酸洗處理，問(wèn)題得到解決并總結(jié)出判斷換熱盤(pán)管結(jié)垢的條件，這些條件可應(yīng)用于日后的加熱爐運(yùn)行管理中。
二、生產(chǎn)現(xiàn)狀及問(wèn)題
京九站是轉(zhuǎn)油站，將油井采出液收集后，由外輸泵增壓后輸入到加熱爐進(jìn)行升溫，讓溫度達(dá)到生產(chǎn)要求，再送往下一級(jí)站。本站的加熱爐是真空加熱爐，2001年8月生產(chǎn)，型號(hào)ZS0630-Y/4.0-Q，是間接加熱爐。加熱爐出口溫度是外輸溫度，外輸溫度的高低主要由加熱爐的換熱效果決定，換熱效果好，外輸溫度高，反之外輸溫度低。在實(shí)際生產(chǎn)中，加熱爐會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，每一個(gè)問(wèn)題都能造成加熱爐出口溫度低，造成外輸溫度低，達(dá)不到生產(chǎn)要求。2019年至2020年加熱爐出口溫度低，造成外輸溫度在45～52℃之間，達(dá)不到55～65℃(±5)生產(chǎn)要求，外輸溫度不合格。
連續(xù)的低溫輸送出現(xiàn)外輸泵壓力從1.8Mpa升高到2.2Mpa，輸送量由11m3/h降到了7m3/h，造成管線輸送阻力增高，輸送量下降。根據(jù)傳熱學(xué)知識(shí)，對(duì)于埋地管線，當(dāng)管線內(nèi)的原油溫度下降到安全運(yùn)行值時(shí)，溫度場(chǎng)溫度降低，開(kāi)始吸收管線內(nèi)的原油溫度，當(dāng)原油溫度降至凝固點(diǎn)溫度及以下時(shí)，原油停止流動(dòng)凝固在管線內(nèi)，形成凝管。凝管會(huì)造成外輸系統(tǒng)停運(yùn)，油井停產(chǎn)，形成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此達(dá)到外輸溫度要求是集輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，目前本轉(zhuǎn)油站的外輸溫度達(dá)不到外輸要求是需要解決的生產(chǎn)問(wèn)題，問(wèn)題的解決需要從加熱爐的各方面去摸索與分析，從中找到原因并進(jìn)行處理。
三、加熱爐外輸溫度低的內(nèi)、外部因素分析
1.加熱爐外部因素分析。
(1)進(jìn)口溫度是否達(dá)標(biāo)。加熱爐進(jìn)口溫度的高低對(duì)加熱爐的溫升有一定的關(guān)系，在加熱爐燃料用量、外輸排量不變的條件下，加熱爐的進(jìn)口溫度越高，出口溫度就越高，反之就越低。從中知道真空加熱爐進(jìn)口溫度油盤(pán)管是30℃，出口溫度油盤(pán)管是70℃，本站加熱爐的進(jìn)口液體溫度是27～30℃，基本符合加熱爐進(jìn)口溫度要求。當(dāng)前本站的加熱爐在進(jìn)口輸入量由7m3/h提高到9m3/h時(shí)，原油外輸溫度是45～50℃，達(dá)不到外輸溫度55～65℃(±5)的要求。為了滿足外輸溫度要求，從提高加熱爐進(jìn)口溫度入手，2019年底，在加熱爐上一級(jí)流程中的事故罐內(nèi)增加了一組伴熱盤(pán)管，提高了加熱爐的進(jìn)口溫度，溫度保持在30～33℃，此時(shí)出口溫度是48～53℃，外輸溫度仍然達(dá)不到生產(chǎn)要求。
(2)真空閥的維護(hù)。本轉(zhuǎn)油站加熱爐使用年限長(zhǎng)久，配件不斷老化，2018年11月發(fā)現(xiàn)具有安全泄壓作用的真空閥密封膠碗老化出現(xiàn)裂紋，在水域溫度(鍋筒溫度)高達(dá)95℃時(shí)，熱蒸汽從密封碗的裂紋處泄出，造成加熱爐鍋筒不密封，內(nèi)部不承壓，而真空閥工作壓力-0.03～0.01Mpa，開(kāi)啟壓力+0.02Mpa，不能形成真空度。2019年底，對(duì)真空閥進(jìn)行更換，在工作壓力內(nèi)密封性達(dá)到工藝要求。但是在水域(鍋筒)溫度達(dá)到115℃時(shí)，真空閥開(kāi)啟，水蒸氣從真空閥排氣管成霧狀噴出;水域溫度降到100℃以下時(shí)，真空閥關(guān)閉排氣管不再排汽。這說(shuō)明真空閥修復(fù)后，真空閥完全能達(dá)到真空度密封要求。
(3)燃?xì)饬渴欠駶M足加熱爐燃燒需要。外輸加熱爐采用的是全自動(dòng)燃燒器，只需要對(duì)水域溫度、出口溫度目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定，加熱爐就會(huì)按照設(shè)定溫度值，自動(dòng)增減燃?xì)饬窟M(jìn)行燃燒放出熱量。當(dāng)加熱爐進(jìn)口溫度不變，水域溫度達(dá)到115℃，進(jìn)口液量為8m3/h時(shí)，出口溫度最高只能達(dá)到49～52℃，燃?xì)庥昧吭?.5～9.3m3/h變化。為了提高外輸溫度，將燃?xì)庥昧空{(diào)到了12m3/h，但外輸溫度沒(méi)有變化，真空閥出現(xiàn)超溫、超壓開(kāi)啟，大量的水蒸氣不斷外泄，造成加熱爐液位計(jì)指示下降至安全指示的下限，鍋筒內(nèi)水量不斷減少，危及加熱爐的安全運(yùn)行。燃?xì)庥昧康脑黾幽茏屗騼?nèi)的液體沸騰，這說(shuō)明燃?xì)饬客耆珴M足加熱爐燃燒的需要。
(4)外輸量是否符合加熱爐運(yùn)行要求。由加熱爐傳熱學(xué)知道，在加熱爐進(jìn)液量增加時(shí)，加熱爐的出口溫度就會(huì)下降，水域溫度也會(huì)下降，為了保持出口溫度達(dá)到要求，加熱爐就要增加燃料量，來(lái)提高水域溫度，達(dá)到加熱爐的換熱要求。真空加熱爐的額定流量是14.6m3/h，而外輸泵的最大排量可達(dá)到11m3/h，符合加熱爐運(yùn)行參數(shù)。在用氣量、水域溫度不變的條件下，外輸量為7m3/h，加熱爐的出口溫度能達(dá)到50～53℃。當(dāng)外輸量高于9m3/h時(shí)，燃燒器用氣量達(dá)到9.5～9.8m3/h，水域溫度保持在110℃不變，出口溫度開(kāi)始下降，然而真空閥不斷開(kāi)啟，進(jìn)行排汽泄壓。這說(shuō)明增加的外輸量在加熱爐正常運(yùn)行范圍內(nèi)，沒(méi)有降低水域溫度，加熱爐的鍋筒內(nèi)仍然超溫、超壓，盤(pán)管換熱效果不好。
(5)外部因素總結(jié)。正常情況下，真空加熱爐水域溫度在90～98℃之間形成真空度，內(nèi)部水達(dá)到沸騰，滿足水域溫度要求，符合真空加熱爐換熱要求。然而表2中總用氣量增加不多，為1.5m3/h，水域溫度保持在120℃，進(jìn)口液量的增加，并沒(méi)有帶走水域內(nèi)的熱量，水域內(nèi)的水始終處于沸騰狀態(tài)，水域內(nèi)部壓力升高超過(guò)規(guī)定值，真空閥閥芯被頂開(kāi)，大量的水蒸氣從排氣管噴出，而出口溫度沒(méi)有提高反而下降，這說(shuō)明水域內(nèi)熱量沒(méi)有傳導(dǎo)給被加熱的介質(zhì)，水域始終處于超高溫狀態(tài)。是什么原因造成水域內(nèi)的熱量沒(méi)有傳導(dǎo)給被加熱的液體，這就需要再進(jìn)一步的分析。
2.加熱爐內(nèi)部因素分析。
(1)加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)。京九轉(zhuǎn)油站使用的是真空相變加熱爐，間接加熱設(shè)備。由真空相變加熱爐的工作原理知，水域(鍋筒)內(nèi)傳熱介質(zhì)水被加熱爐加熱后，由液相變?yōu)槠�，汽相的高溫蒸汽熱量傳�?dǎo)給油盤(pán)管內(nèi)的被加熱介質(zhì)后，再冷凝變回液相，液相沉降回水域內(nèi)部，再次被加熱，這種循環(huán)的轉(zhuǎn)換過(guò)程就是給介質(zhì)加熱的過(guò)程。這種熱循環(huán)構(gòu)成了一個(gè)高效率的加熱系統(tǒng)。
由加熱爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)知道，油盤(pán)管被高溫蒸汽空間(水域區(qū))包圍，周圍的熱量被油盤(pán)管內(nèi)的介質(zhì)吸收，從而提高被加熱介質(zhì)溫度，即水域溫度越高，出口溫度就越高，反之就越低。當(dāng)大量的液體進(jìn)入油盤(pán)管后，燃料用量增加，加熱爐的換熱效能卻不高，出口溫度在40～46℃，出口溫度只達(dá)到油盤(pán)管溫度的57%，部分熱量沒(méi)有被交換，而真空閥因高溫、高壓開(kāi)啟，進(jìn)行排汽泄壓。這種高效率的加熱系統(tǒng)卻沒(méi)有達(dá)到正常的換熱要求。
(2)加熱爐進(jìn)口液體特性。京九轉(zhuǎn)油站輸送的液體為油包水形混合液，液體為黏稠液，里面含有泥砂和油井檢修時(shí)進(jìn)入的其他雜質(zhì)。油水混合液中含有大量的鈣、鎂離子，它們隨著加熱爐溫度和壓力的變化析出形成CaCO3固體，固體析出后又與加熱爐油盤(pán)管內(nèi)液體中的泥砂及雜質(zhì)混合在一起變成垢物，最后沉積在加熱爐油盤(pán)管的內(nèi)壁，形成結(jié)垢。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，垢物越來(lái)越多，越來(lái)越厚，增加了油盤(pán)管的壁厚，同時(shí)也縮小盤(pán)管的內(nèi)徑。垢是熱的不良導(dǎo)體，大量的垢物會(huì)阻礙熱量的傳導(dǎo)，造成加熱爐換熱效能低，出口溫度低。當(dāng)前加熱爐的油盤(pán)管是鐵材質(zhì)，傳熱性能較好，如果熱量不能通過(guò)盤(pán)管被正常傳導(dǎo)，這足以說(shuō)明油盤(pán)管內(nèi)壁結(jié)垢了。
(3)檢查驗(yàn)證。為了驗(yàn)證結(jié)垢現(xiàn)象，對(duì)加熱爐油盤(pán)管進(jìn)行開(kāi)口檢查。2014年1月外輸管線酸洗，出現(xiàn)過(guò)油盤(pán)管因酸液進(jìn)入，結(jié)垢物被酸洗掉后油盤(pán)管出現(xiàn)了大量的腐蝕漏點(diǎn)，造成了盤(pán)管更換。
從上一次的外輸管線酸洗到2020年11月，油盤(pán)管運(yùn)行了6年，并出現(xiàn)了外輸量有所下降，外輸壓力也上升的現(xiàn)象，這說(shuō)明加熱爐的油盤(pán)管可能再次形成垢層。2020年12月26日對(duì)加熱爐油盤(pán)管的出口進(jìn)行開(kāi)口檢查，發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)壁有8～10mm的垢層，垢物質(zhì)地有的堅(jiān)硬，有的松散。加熱爐油盤(pán)管的開(kāi)口檢查，證實(shí)了換熱盤(pán)管(油盤(pán)管)內(nèi)部的結(jié)垢。厚厚的垢層阻止了水域內(nèi)熱量的傳導(dǎo)，最終造成了加熱爐油盤(pán)管換熱效能低，出口溫度不能提高，達(dá)不外輸溫度要求。
四、實(shí)施措施
加熱爐油盤(pán)管結(jié)垢，造成了盤(pán)管換熱低，外輸溫度低，外輸量下降，最好的處理措施就是對(duì)垢層進(jìn)行酸洗。酸洗前對(duì)加熱爐進(jìn)行垢物取樣，根據(jù)結(jié)垢物的類型，配制酸洗液，制定酸洗方案。將酸洗液從油盤(pán)管進(jìn)口注入，停留到規(guī)定時(shí)間，之后進(jìn)行取樣，將取出的酸洗液與注入的酸洗液進(jìn)行對(duì)比，酸洗出來(lái)的酸液中雜質(zhì)多，有顆粒垢物，酸洗液顏色為黑色。或再次從出口開(kāi)口檢查酸洗后油盤(pán)管內(nèi)壁，也可以從出口管線法蘭的連接處拆開(kāi)檢查酸洗效果，酸洗后的管壁基本無(wú)垢層，這說(shuō)明酸洗合格。酸洗物排出后進(jìn)行水沖洗，最后注入緩蝕劑中和酸液對(duì)加熱爐油盤(pán)管進(jìn)行保護(hù)。此次對(duì)加熱爐的酸洗有效地處理了加熱爐油盤(pán)管的結(jié)垢物，使加熱爐的換熱效果達(dá)到了要求。
五、處理效果
1.效果對(duì)比。加熱爐油盤(pán)管進(jìn)行酸洗后，在進(jìn)口溫度為28～30℃，輸入液量在8～10m3/h，燃料用量在6.5～8m3/h時(shí)，水域溫度始終保持在95℃以下，加熱爐內(nèi)部不再超溫、超壓，真空閥不再開(kāi)啟，排汽，加熱爐的出口溫度保持在53～68℃，達(dá)到了額定出口溫度的75%以上，外輸溫度根據(jù)生產(chǎn)情況完全滿足55～65℃(±5)生產(chǎn)要求,外輸泵的最高外輸壓力降到了2.0Mpa，外輸量達(dá)到10～11m3/h。沒(méi)有大量的水蒸氣外排，加熱爐的液位始終處于安全液位，從而保證了加熱爐的安全運(yùn)行。分析出加熱爐換熱盤(pán)管結(jié)垢并進(jìn)行處理，不用對(duì)加熱爐進(jìn)行整體更換，減少了巨大的更換設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本。
2.分析總結(jié)：加熱爐換熱盤(pán)管(油盤(pán)管)垢層的酸洗解決了外輸溫度低的問(wèn)題，但正確判斷出加熱爐換熱盤(pán)管結(jié)垢才是關(guān)鍵點(diǎn)。本文從不同的幾個(gè)方面對(duì)加熱爐出口溫度低的原因進(jìn)行分析，查找主要原因，分析出問(wèn)題根源，并進(jìn)行總結(jié)，將總結(jié)結(jié)果應(yīng)用在加熱爐今后的運(yùn)行管理中。于是根據(jù)加熱爐換熱盤(pán)管結(jié)垢后在運(yùn)行中出現(xiàn)的現(xiàn)象，總結(jié)出了準(zhǔn)確判斷加熱爐換熱盤(pán)管結(jié)垢的幾個(gè)條件，內(nèi)容如下。
(1)在加熱爐進(jìn)口溫度不變，加熱爐進(jìn)液量不變，燃料用量不變的情況下，出口溫度長(zhǎng)期低于額定溫度的50%以下，鍋筒內(nèi)(水域區(qū))的溫度始終超過(guò)100℃以上，處于超溫、超壓狀態(tài)，真空閥有時(shí)候開(kāi)啟，排汽呈現(xiàn)滴漏狀。
(2)在加熱爐進(jìn)口溫度不變，燃料用量變化不大的情況下，增加加熱爐進(jìn)液量，出口溫度快速下降，鍋筒內(nèi)(水域區(qū))的溫度始終超過(guò)100℃，真空閥間斷微量開(kāi)啟，排氣管呈薄霧排狀排汽;減少加熱爐進(jìn)液量時(shí)，出口溫度升高，真空閥關(guān)閉。(3)在加熱爐進(jìn)口溫度不變，加熱爐進(jìn)液量不變，增加燃料用量的情況下，鍋筒內(nèi)(水域區(qū))的溫度始終超過(guò)100℃以上，真空閥排氣管大量排汽成柱狀噴出，加熱爐位液計(jì)指示下降，鍋筒內(nèi)水量大量減少。
(4)收集2～3個(gè)年度內(nèi)的出口溫度、鍋筒溫度(水域區(qū))、燃料用量等數(shù)據(jù)與現(xiàn)在的加熱爐運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，出口溫度一直處于下降趨勢(shì)。以上幾條就是總結(jié)的判斷加熱爐盤(pán)管結(jié)垢的條件。判斷加熱爐盤(pán)管內(nèi)部結(jié)垢，首先要保證加熱爐的外部因素正常，然后根據(jù)加熱爐出現(xiàn)的現(xiàn)象，采用上述內(nèi)容中的2至3條作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，就能準(zhǔn)確判斷出加熱爐換熱盤(pán)管內(nèi)部是否結(jié)垢，之后對(duì)結(jié)垢進(jìn)行處理，就能使加熱爐換熱效果達(dá)標(biāo)，滿足生產(chǎn)要求。
石油工藝論文： 基于石油化工工藝集成設(shè)計(jì)的技術(shù)
六、結(jié)語(yǔ)
加熱爐外輸溫度低的問(wèn)題通過(guò)排查分析并處理，讓我們知道，加熱爐在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)不同的問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題都會(huì)影響加熱爐的正常運(yùn)行，不能滿足生產(chǎn)的需求。準(zhǔn)確判斷加熱爐問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并進(jìn)行處理，是加熱爐運(yùn)行管理的工作重點(diǎn)。并且在日常工作中也要做好加熱爐運(yùn)行的管理，要根據(jù)被加熱介質(zhì)的不同特性，制定不同的運(yùn)行方案，讓被加熱介質(zhì)在合理的溫度及壓力下升溫，達(dá)到換熱效果，滿足生產(chǎn)工藝要求，延長(zhǎng)加熱爐的使用時(shí)效，保證加熱爐的安全運(yùn)行。
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作者：黃素梅方群王建純
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