注汽管線節能改造

李慶陽

摘 要：遼河油田的石油開采方式主要是稠油熱采，建設時間較早，隨著運行年限的增長，管線保溫破損嚴重，導致管線熱損失增大，生產成本逐步提高。因此，如何減少注汽管線熱損失是降本增效的重要途徑之一。本文在采用新型保溫材料方面對降低注汽管線熱損失方面進行了闡述，并對其節能效果進行了評估。

關鍵詞：稠油；保溫；節能；氣凝膠；熱漏

中圖分類號：TE345 文獻標識碼：A

遼河油田大部分注汽管道使用時間長，部分管道腐蝕嚴重，管道厚度減薄量大，存在安全隱患。保溫層破損比較嚴重，彎頭、三通等處問題尤為突出；部分管線出現裸管；部分管托未采取保溫措施，管托脫離支墩等。隨著油田開發生產的深入，稠油油田已進入開發的中后期，稠油熱力開采吞吐輪次逐年增加，開采自用油與天然氣數量也逐年攀升。因此，對存在腐蝕和熱漏問題的注汽管道進行改造，是稠油油田節能降耗、挖潛增效，降低稠油生產成本的重要手段和主要途徑之一。

一、現在分析

遼河油田注汽管線多建成于2000年前，其中急待解決的管道腐蝕較嚴重、壁厚減薄量大、保溫結構破損嚴重、散熱量大的的注汽管線共計10km。注汽管線保溫結構破損增加了熱量的耗散，所以需要及時對管道保溫進行改造、更換。對降低注汽管網熱損失的研究分為降低注汽管道熱損失和降低管道管托熱損失兩部分。在高溫蒸汽管道的保溫方面，從隔絕熱能的3種傳播方式（熱傳導、熱對流、熱輻射）考慮。在熱傳導方面，保溫材料選擇時，選用導熱系數低、絕熱性能好的保溫材料，篩選確定了復合硅酸鹽及納米氣凝氈類為首選的保溫材料；在對流傳熱方面，重點在保溫結構的優化方面進行研究，其一是提高保溫結構的密封性能，盡可能降低對流散熱損失；在輻射傳熱方面，在保溫結構中選用具有熱反射能力的材料減小輻射傳熱。

二、改造方案

管線保溫采用復合反射式保溫結構，選用硅酸鹽棉和納米氣凝氈為主體保溫材料、麥拉鋁箔作熱反射層、外包樹脂材料。在保溫材料的選擇和保溫工藝上能最大限度地確保保溫結構的完整和密封性能，有效隔絕熱能傳遞；同時對彎頭、三通等異型件保溫的薄弱環節也有較好的適應性。保溫結構為注汽管線包納米氣凝氈，厚度δ=10mm，保溫層外包復合硅酸鹽棉δ=90mm，用φ1.2鐵絲捆扎，最外層纏麥拉鋁箔。保溫結構做法參見《管道與設備絕熱-保溫》（08R418）。

納米氣凝氈是一種輕質二氧化硅非晶態材料，溫度在200℃～650℃范圍內，導熱系數為0.0116W/m·K～0.042W/m·K，具有“透氣不透水”特性，憎水性好，阻燃性能優良，質地柔軟，彈性好。麥拉鋁箔反射膜具有的良好熱反射能力（熱反射率為98%）和密封性。

在管道支管保溫方面，管托主要采用保溫管托。其核心是將熱力管道與金屬管托間的熱傳遞隔絕。隔熱板采用絕熱性能較好、耐高溫高壓的XB450橡膠石棉板（導熱系數：0.1743W/m·K，333K）；工作溫度：≤400℃；老化系數：0.9；耐壓：≤6MPa。

三、效果分析

經現場考察，需要重新保溫的注汽管線現場保溫材料平均厚度為40mm，蒸汽為15MPa飽和蒸汽，經查表蒸汽溫度按342℃計算，忽略鋼管導熱和管線外表面導熱。

換熱過程如下：

（1）復合硅酸巖管殼導熱。

（2）管線外表面與空氣對流換熱。

T1=342℃：鋼管溫度，復合硅酸巖管殼內側溫度；T2：復合硅酸巖管殼外側溫度，管線外表面溫度；T3=4℃：空氣平均溫度；d1=94mm；d2=114mm；d3=194mm。

取：管線表面與空氣的對流換熱系數（風速為15m/s）h2=5

因此，更換保溫后每米注汽管線節約127W/m，本次共改造10km注汽管線，整個系統全年（按照350天）運行，節省燃料（折合為西氣東輸天然氣Q低=32063kJ/m3）1.19×106m3/a，折合標準煤1305t。從而達到節約燃料，提高熱能利用率，節能減排和降低生產成本的目的。

參考文獻

[1]衣懷峰，等.稠油熱采注汽管線新型節能保溫材料[J].石油石化節能，2011（1）：16-18+53.