油田注汽鍋爐節能技術探析

韓 斌

遼河油田曙光工程技術處，遼寧盤錦 124109

0 引言

稠油是指膠質和瀝青質的含量比較高、粘度較大的一種原油，目前遼河油田是我國最大的稠油生產基地，稠油產量占其原油總產量的60%以上。在稠油的開采過程中，為了降低原油的粘度，增大其流動性，需要往地下注入一定量的高溫高壓蒸汽，而提供蒸汽的設備就是注汽鍋爐。注汽鍋爐的主蒸汽溫度、排煙溫度、主蒸汽壓力及管壁溫度、爐膛溫度都比較高，是稠油開采過程中主要的耗能設備，因此加強注汽鍋爐節能技術的應用是提升稠油開采效益的必由之路。

1 注汽鍋爐的能耗特點分析

油田注汽鍋爐的熱損失主要包括三部分，即鍋爐的排煙損失、燃料的未完全燃燒熱損失和鍋爐的散熱損失。

1.1 鍋爐的排煙損失

注汽鍋爐的排煙溫度較高，當注汽鍋爐采用原油作為燃料時，排煙溫度通常設計為≤240℃；當采用天然氣作為燃料時，排煙溫度通常設計為≤180℃。高溫煙氣帶走了鍋爐燃燒產生的很大一部分熱量，不僅造成了排煙熱損失，而且也污染了周圍的環境。據統計，在油田的注汽鍋爐中，排煙熱損失占鍋爐熱損失總量的一半以上。排煙熱損失量的大小主要受排煙溫度和排煙體積的影響，要想減輕排煙熱損失，就必須想辦法降低排煙溫度和減少排煙的體積。

1.2 燃料的未完全燃燒熱損失

鍋爐中的燃料未完全燃燒熱損失主要包括化學未完全燃燒熱損失和機械未完全燃燒熱損失。其中化學未完全燃燒熱損失是指燃料燃燒后排出的煙氣中含有未燃盡的氣體而造成的；機械未完全燃燒熱損失是指鍋爐排出的灰渣中含有一定量的碳等可燃物而造成的。由于在注汽鍋爐中通常采用原油或天然氣作為燃料，因此機械未完全燃燒熱損失可以忽略不計，認為注汽鍋爐中只存在化學未完全燃燒熱損失。化學未完全燃燒熱損失主要是由于燃料特性、過量空氣系數大小及爐膛結構造成的。燃料的揮發性越高、過量空氣系數越小、爐膛的容積越小，則鍋爐的化學未完全燃燒熱損失越大。

1.3 鍋爐的散熱損失

在注汽鍋爐的運行過程中，鍋爐的本體及熱力管道的溫度要高于周圍環境的溫度，尤其是在我國的東北地區，在冬季環境的溫度很低，這使得鍋爐及熱力管道與周圍環境間存在較大的溫差，鍋爐的熱量會以對流和輻射的形式散失到周圍環境中去，造成鍋爐的散熱損失。

2 注汽鍋爐節能技術分析

在上文介紹了油田注汽鍋爐主要的能耗損失情況，要想在鍋爐的運行中實現節能，必須針對上述問題采取一定的對策。

2.1 降低排煙溫度，充分利用煙氣余熱

由于鍋爐的排煙損失是注汽鍋爐的主要熱損失，因此降低排煙溫度及充分利用煙氣的余熱是做好注汽鍋爐節能工作的關鍵所在，要做好這項工作可以采用以下幾點措施。

2.1.1 采用復合相變換熱技術

復合相變換熱技術是指，首先利用注汽鍋爐的排煙對復合相變換熱裝置中的水進行加熱，使水變成水蒸氣；然后再利用水蒸氣來加熱注汽鍋爐的給水。這在提高鍋爐給水溫度的同時也降低了排煙的溫度，提高了鍋爐的熱效率。在遼河油田的某采油廠采用該技術以后，煙氣的排煙溫度從220℃下降到了140℃，鍋爐的熱效率提高了3%，取得了非常好的節能效果。

2.1.2 合理布置鍋爐的對流段

對流段位于鍋爐的尾部煙道里，屬于鍋爐的輔助受熱面。由于排煙的溫度較高，因此可以通過合理布置鍋爐的對流段，使煙氣流經尾部煙道，直接利用煙氣的余熱來加熱鍋爐給水和用來助燃的空氣，這樣煙氣的熱量可以有很大一部分被回收利用，在一定程度上提高鍋爐的熱效率。

2.1.3 優化注汽鍋爐燃料結構

原先的許多注汽鍋爐都是以稀原油為燃料，在產生同樣熱值的情況下原油的價格較高，同時利用原油燃燒時排煙的溫度較高，排煙損失較大。因此，應積極優化注汽鍋爐的燃料結構，使用天然氣代替原油或發展油氣混燃技術。在使用天然氣作為燃料時，需要對鍋爐配置天然氣壓力報警系統，當天然氣的壓力較低或者發生泄漏時，能夠實現自動報警及自動停爐。當使用油氣混燃工藝時，需要對控制系統及燃燒系統進行改造，應增加天然氣高壓報警系統，以防止燃料消耗過多而產生過熱蒸汽。經過遼河油田、新疆油田及勝利油田等多年的實踐，發現通過優化鍋爐的燃料結構可以很有效地提高注汽鍋爐的熱效率。

2.2 采用高溫紅外輻射涂料技術

當注汽鍋爐內的溫度超過650℃時，輻射段內的傳熱形式以輻射為主，因此如果能提高輻射段表面的輻射率，則可以使爐膛的吸熱量大大增加。當在注汽鍋爐的輻射段表面涂上紅外輻射涂料以后，可以使鍋爐輻射段陶纖表面的輻射率由0.45提高到0.9 以上，即輻射率提高了一倍以上，在此情況下爐體的吸熱量明顯增加，溫度有明顯提高。由于在此種涂料中含有一定含量的強輻射材料，其在高溫下有能產生穿透力強的紅外波的能力，從而使得被加熱的水分子產生能級躍進，同時達到均勻受熱、提高溫度、節約能源的目的。當在注汽鍋爐的輻射段噴涂紅外輻射涂料以后，可使注汽鍋爐的熱效率平均上升4%左右。

2.3 積極引進濕蒸汽干度在線監控系統

在注汽鍋爐普通的控制系統下，由于有熱慣性的存在，當監測到蒸汽的干度發生變化以后，鍋爐的運行人員很難精確地對其進行調整，通常是根據積累的一些經驗進行調整，這使得蒸汽的干度波動較大，造成了注汽鍋爐燃料的消耗量過大。當引進濕蒸汽干度在線監控系統以后，可以實現濕蒸汽的在線測量過程與PLC 自動控制的完美結合。在線監控系統對濕蒸汽干度的測量誤差可控制在3%左右，而對蒸汽干度調整時的干度波動范圍可以控制在2%-4%之內，使提供給稠油開采過程中的蒸汽質量大大提高。為了對燃料消耗量、給水量和給水溫度進行精確控制，需要在鍋爐上安裝一系列的流量計和變送器，這樣就可以根據蒸汽的干度需要而對燃料消耗量進行調整，最大限度地避免燃料的浪費，使注汽鍋爐的熱效率得到提高。

3 結論

注汽鍋爐是遼河油田的主要耗能設備之一，由于其應用廣泛、數量眾多，因此對燃料的消耗量比較大，但同時也是節能潛力最大的設備。積極采用先進技術對油田注汽鍋爐進行改造，不僅能夠提高注汽鍋爐的熱效率，而且也能夠在很大程度上改善所生產蒸汽的質量，有利于油田生產的順利進行。本文對油田注汽鍋爐節能技術進行了探討，希望能為相關從業人員提高一些有益的參考。

[1]文鳳余.油田注汽鍋爐節能技術[J].中國設備工程，2011，11：47-48.

[2]方云.稠油熱采注汽鍋爐節能降耗技術[J]油氣田地面工程，2008，3：68-69.