加熱爐空穴射流清洗工藝節能效果探討

王福陽（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

加熱爐空穴射流清洗工藝節能效果探討

王福陽（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

油田生產過程中普遍采用長距離輸送管道進行原油的輸送，且大慶油田所產石油大部分為石蠟基原油，具有“高含蠟、高凝點、高黏度”的特點，為了保證原油的正常輸送，需要對原油進行加熱，因此加熱爐成為油田生產中不可或缺的重要設備，同時加熱爐也成為耗能比較多的設備。該項目針對目前加熱系統現狀，通過對低效加熱爐原因分析、空穴射流清洗工藝改造及試驗，進行空穴射流清洗工藝改造的加熱爐爐效平均提高5.62%，按照單臺加熱爐日耗氣3000m3計算，年可節氣量6.154×104m3，年節省運行費用10.15萬元/臺，對節能增效起了重要作用。

加熱爐；爐效；提高優化；方法

油田常用的清洗方式有化學清洗和物理清洗。化學清洗是通過較長時間浸泡、循環使化學藥物與換熱管垢層物質進行化學軟化、溶解反應，從而達到去除垢層的目的，其主要缺點是應換熱管垢層厚度不均勻，化學反應所需時間不一致，容易導致垢層較薄處垢層溶解或脫落后換熱管管壁金屬的腐蝕甚至穿孔，減少換熱管的使用壽命[1-4]。近幾年興起的換熱管物理清垢作業方式采用投球、空穴射流等技術[5]，對垢層進行物理破碎、清除，能夠有效的清除垢層，且大幅度減少對換熱管管壁的損害，高壓水能夠將清除的污液沖刷出換熱管，無淤積，清垢率可以達到85%以上。

1 工作原理

圖1 空穴射流工作原理圖及清洗器實物照片

空穴射流清洗技術運用的是流體力學領域中的“空穴效應”原理（圖1）。投放在管線中的清洗器，在流水和壓縮空氣的推動下快速向前移動，清洗器上的葉片產生高頻、劇烈振顫，清洗器被由此產生的急速旋轉的渦流所包圍，形成了連續移動的低壓區，這個區域的流水始終呈汽化狀態，由此產生的細微汽泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬時激射出強力的微射流，無數的微射流匯聚成沖擊波，徹底粉碎了沉積物。

清洗系統由清洗儀器、投放與接收裝置、監測設備、動力設備等部分組成。清洗儀器是管道清洗工具，用于刮削管壁污垢。投放與接收裝置分別安裝在清管線的始端和末端，用來發射和接收清洗儀器。

2 技術優點

1）清洗工作效率高，工期短，清洗器工作運行速度1.6km/h（水壓力、流量滿足施工條件的情況下），在加熱爐中運行時間10min即可完成清洗。

2）清洗安全環保，克服了化學清洗帶來的管線腐蝕及環境污染，可延長管線使用壽命。

3）清洗效果好，高速微射流對油垢、水垢、銹垢等多種垢質都能進行徹底清除。

4）清洗范圍廣，對40～1000mm的管路均可清洗。

5）清洗器通過能力強，彈性變形大，不易卡阻，即使卡阻也可使用電子定位儀準確判定卡阻位置并排除。

3 現場試驗及效果

2013年11月20日前分別完成了采油廠葡南1#站3#加熱爐、葡4聯3#加熱爐、葡4聯4#加熱爐的清垢清洗作業，平均清垢效率在85%左右，平均清垢清洗作業周期為1天。在清垢前對3臺加熱爐分別進行了1次性能測試，并收集了相關數據，并在清垢作業后分別完成了8次性能檢測并記錄了相關數據（表1～表3）。

為了觀察該項工藝除垢效果，在進行現場試驗前后，大慶油田節能技術監測評價中心對加熱爐熱效率等參數進行檢測（圖2）。根據試驗加熱爐的測試數據，完成了負荷/熱效率、排煙溫度/熱效率、空氣系數/熱效率、運行時間/熱效率、流負荷/排煙溫度、空氣系數/排煙溫度、流量/溫升等曲線分析，確定各參數與加熱爐熱效率的關系，并進行了

圖2 加熱爐空穴射流清洗前后運行情況

表1 葡南1#轉油站3#加熱爐測試數據

表2 葡4聯合站3#加熱爐測試數據

表3 葡4聯合站4#加熱爐測試數據

主要影響因素的分析。截至2014年6月10日，按平均熱效率提高數據比照清垢作業前燃料消耗數據計算，葡南1#站3#加熱爐累計節省天然氣3.003×104m3、葡4聯3#加熱爐累計節省天然氣3.916×104m3、葡4聯4#加熱爐累計節省天然氣4.32×104m3，節能效果顯著。

4 結論

應用高效的清垢技術，合理確定清垢作業時機，對于相變加熱爐和水套爐，建議使用空穴射流清垢技術，清垢效果較好，清垢率可以達到80%以上。

通過物理清洗工藝及改造的加熱爐爐效平均提高5.62%，按照單臺加熱爐日耗氣3000m3計算，年可節氣量6.154×104m3/臺，年單臺節省運行費用10.15萬元，取得了顯著的經濟效益。

[1]任建新.化學清洗[M].蘭州：甘肅科學技術出版社，1993：54-70.

[2]焦慶祝，何榮桓，王建華.工業設備化學清洗技術[M].北京：石油工業出版社，1995：20-29.

[3]張延軍，胡三木.大型鍋爐化學清洗質量控制[J].中國鍋爐壓力容器安全，2003（1）：57-59.

[4]化學工業機械設備標準化技術委員會.工業設備化學清洗質量標準：HG/T2387—2007[S].北京：化學工業出版社，2008：4-7.

[5]徐巍，曾黎.加熱爐綜合治理及防護技術應用[C]//大慶油田有限責任公司2009年地面工程論文集（優化簡化組）.大慶：大慶油田有限責任公司，2009：1-296.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.002

王福陽，2011年畢業于東北石油大學（油氣儲運工程專業），從事油氣集輸規劃設計研究工作，E-mail：daqingwfy@163.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第七采油廠規劃設計研究所，163517。

2017-06-26

（編輯鞏亞清）