相變加熱爐在礦場油氣集輸系統的低碳化應用

王東（遼河油田公司質量節能管理部）

相變加熱爐在礦場油氣集輸系統的低碳化應用

王東（遼河油田公司質量節能管理部）

在礦場油氣集輸領域，對凈化原油、含水原油、摻輸、含油污水及采暖清水等介質均需進行加熱，每個站都需要有一定數量的加熱爐。一般的油氣接轉站三種介質須同時加熱，聯合站四種介質須同時加熱；需要加熱的介質多，且加熱爐功率都較小，能耗和污染物排放量較高。通過在礦場油氣集輸系統應用相變加熱爐，加熱爐的工況可根據加熱介質流量的大小自動進行溫度調節，在節約能耗、減少污染物排放量的同時，減輕了勞動強度，爐效可達到 90%以上。

油氣集輸 相變加熱爐 工藝技術 爐效 低碳減排

油田用加熱爐是礦場油氣集輸中的重要設備之一，尤其是在油田進入高含水期的稠油開發和天然氣開發中，加熱爐顯得更為重要。加熱爐是礦場油氣集輸中主要的能耗設備之一，一般單臺 1750kW的加熱爐年耗氣量為 55×104m3，普通聯合站配備的加熱爐數量為 10臺左右，每年總耗天然氣量為438× 104m3， 廢 氣 排 放 量 5711.5× 104m3（標）， 耗能和廢氣排放量十分驚人。

1 老式加熱爐存在的問題

目前，老油田使用的老式水套式加熱爐和绹纖氈加熱爐由于使用年限長，加熱爐主要存在設備老化 （平均 新 度 系 數 0.41）、 腐 蝕嚴重， 能 耗 高、效率偏低、燃燒不充分、爐內腐蝕結垢等問題。老式水套爐基本沒有自動調節功能，不能隨著加熱介質流量的大小進行溫度調節，很容易出現燒高溫或加熱不足的問題。因此，關注油田用加熱爐技術和發展對安全生產、節能和提高生產效率有著非常重要的 意義[1]。

2 相變加熱爐的技術特點

2.1相變傳熱技術

利用水的相變傳熱技術，中間傳熱介質水在封閉狀態下運行極少損失，不需經常添加；系統在無氧無垢狀態下運行（不在爐內形成垢層、避免氧腐蝕）， 可 提高加熱 爐 的 使 用 壽命[2]。

2.2蒸汽發生器

蒸汽發生器采用新型火管爐體結構，應用高效傳熱元件——螺紋煙管，配以合理的煙氣流速，受熱面不會在運行中發生積灰，因此可保證加熱爐熱效率不會因運行時間延長而降低。拱形管板、螺紋煙管使鍋殼由準剛性體變為準彈性體，配合翼形煙道，完全避免了傳統煙火管鍋爐高溫管板開裂的弊病[3]（圖1）。

圖1 相變加熱爐內部結構及工作原理

2.3蒸汽換熱

采用蒸汽換熱，溫度范圍為 100～170 ℃，增加汽化潛熱的能量傳遞，可以有效提高換熱能力。蒸汽發生器與管殼式換熱器上下安裝，依靠重力作用實現水的蒸發、冷凝、回落、再蒸發的自然對流 ， 無 需 外界動力 ， 運 行 成 本很低[4]。

2.4控制系統

采用一體化結構配置及自動化技術控制與監測技術的應用方式，有效改善了加熱爐的運行控制。

2.5模塊化結構

采用分體式結構，包括加熱器（產生蒸汽）和換熱器兩個系列的模塊組，在一定條件下，一個加熱 模塊可以 帶 多 只 換 熱器，完 成 多 種 介 質的加熱[5]。

3 現場使用情況及效果

遼河油田金馬油田開發公司針對外輸加熱爐自動調節差、能耗高、熱效率低的現狀，在遼河油田公司首次引進并規模應用自控相變加熱爐，該加熱爐采用目前油氣集輸領域最為高效的水蒸汽相變間接加熱技術，可根據不同的加熱需求使用不同溫度的飽和水蒸氣 （溫度范圍一般為 100～170 ℃），并實現遠程監控。加熱爐采用成本低廉的水作中間傳熱介質，在封閉狀態完成受熱蒸發和換熱冷凝；加熱爐運行中極少補水，因此爐體受熱面不會結垢，由此使加熱爐受熱面始終保持很高的傳熱系數，加熱爐熱效率達 88%～95%。

在金馬油田礦場油氣集輸系統的采油站和聯合站共安裝相變加熱爐 67臺，從運行情況看 （表1），基本達到了該爐改造的預期目標，加熱爐熱效率 由 原 來 的 77.6% 提 高 到 目 前 的 90.3% ， 提 高 12.7個百分點，平均每個月節氣 30.9694×104m3，減少廢 氣 排 放 403.8× 104m3（標）， 累 計 節 約 天 然 氣1114.9× 104m3， 累 計 減 少 廢 氣排 放 1211.4× 104m3（標）。

表1 加熱爐改造前后參數對比

相變加熱爐熱效率平均值高 （90%以上），且排煙溫度、空氣過量系數等指標達標，充分顯示出加熱爐高效、低碳、節能和環保的特點。

根據計量，使用 67臺相變加熱爐年可節氣371.6328×104m3，減少廢氣排放量 4846.1×104m3（標）。 按 現 行 的天然氣價格 0.68 元/m3計算，年可增效252.7萬元。

4 結論

遼河油田金馬油田開發公司礦場油氣集輸系統加熱爐的低碳化改造——采用相變加熱式水蒸氣導熱技術是成功的，從加熱爐目前的運行狀況看，達到了設計中要求的各項指標，節約天然氣量達20%。

1）每臺加熱爐可設置三種盤管，為三種不同的介質進行加熱，減少了加熱爐的數量，減少了占地面積。

2）真空加熱爐通過沸騰蒸發水蒸氣的攜帶作用，排除系統內的不凝氣體；鍋殼內的水在封閉狀態下運行損失極少，不需經常添加，即使采用普通的井水也不會結垢；由于系統處于無氧狀態下運行，無氧化腐蝕，壽命長。

3）真空加熱爐采用相變換熱，利用水蒸氣的潛熱，可獲得較高的傳熱效率。

4）相變加熱爐的使用有效地減少了燃料的使用量，減少了廢氣排放，實現了低碳減排的目標。

[1]陳濤平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工業出版社, 2000:128-135.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2013.010.010

王東，工程師，1989年畢業于西北大學 （熱能工程專業），2005年畢業于中國石油大學（計算機科學專業），從事節能監測 與 研 究 工作 ， E-mail： starmq@163.com， 地 址： 遼 寧 省 盤錦 市 興隆臺區遼河油田公司質量節能管理部節能監測中心，124010。實踐證明，自動化控制實現了自動吹掃、供空氣、自動點火、燃燒、自動停機和啟動，減輕了工人勞動強度，提高了設備的安全性。自動控制運行參數，可使燃料利用率達到 99.5%以上，加熱爐效率達 88%～95%，方便操作，具有遠程控制功能；控制系統設置在專用的板房內，生產介質溫度可精確控制。應用監測技術實現了熄火保護、低水位保護、超溫超壓保護等，保證了設備安全運行。

2013-02-14）