熱介質鍋爐熱效率低故障分析處置研究

于浩

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

熱介質鍋爐為海上油田的原油處理及儲存、輔助設備運行、空間加熱等提供熱源，促進原油中的油、氣、水三相分離，維持輔助設備正常運行的介質溫度，確保空間始終維持在設定溫度，在油田的開采運營階段起到了重要作用。渤海油田某平臺3臺熱介質鍋爐投入運行至今已達152000h，熱負荷僅能達到額定負荷的60%，對油田的正常運營產生了較大影響。綜合分析問題的原因并采取措施提高鍋爐的熱效率是確保油田正常生產的重要舉措。

1 熱介質鍋爐熱負荷低故障分析

本平臺有3臺德國AURA公司生產的額定負荷為10MW的直燃式熱介質鍋爐，運行過程中實際最大負荷僅能達到6.1MW，此時熱介質油出口溫度為210℃，排煙溫度為235℃，熱介質油的進出口溫差為37℃，煙氣含氧量為7.70%。根據此鍋爐的原始計算書，分析認為該鍋爐沒有達到最佳運行效率，有40%左右的負荷提升空間。

結合熱介質鍋爐系統的運行原理，分析原因如下：(1)熱介質油變質后粘度增大，使殘碳含量升高，導致傳熱效率下降；(2）熱介質油使用時間超過15年，受熱分解、碳聚合形成盤管結焦，影響換熱；(3）鍋爐長時間使用，盤管表面積灰較厚，影響換熱；(4）燃燒器風氣配比不當，燃燒不充分；(5）爐體密封不嚴，熱量散失。為了徹底解決該問題，對以上5方面進行詳細排查及處理。

2 故障診斷及排除

2.1 熱介質油化驗及凈化

2.1.1 熱介質油化驗

化驗結果顯示，其丙酮不溶物的含量達到3742mg/100ml（遠超首諾導熱油有限公司的標準規定值：125mg/100ml和GB24747—2009有機熱載體安全技術條件——殘炭含量小于1%），反映出熱介質油變質嚴重，影響換熱。

2.1.2 熱介質油在線凈化

熱介質油整體更換以及在線凈化是應對熱介質油變質的主要方法。本平臺熱介質系統總量約400m3，整體更換熱介質油存在如下問題：(1）費用高；(2）需要系統停止運行，整體泄放、補充。考慮到降低操作成本、油田在生產不允許停止熱介質系統的現狀，平臺采用熱介質油在線凈化技術完成整體凈化工作。

在線凈化系統由冷卻降溫模塊、循環處理模塊、高頻振動膜模塊3大模塊組成。冷卻降溫模塊負責將系統內180℃的熱介質油降至85℃達到凈化設備的操作溫度，循環處理模塊負責熱介質油的初級過濾，高頻振動膜模塊負責熱介質油的二級精細過濾。凈化步驟如下：（1）向冷卻模塊冷卻水槽內添加約200L淡水、打開熱介質油進口閥門，待冷卻模塊熱介質罐液位達到200L左右關閉閥門停止進液，打開冷卻循壞泵及冷卻風扇，對熱介質進行降溫，待溫度降低到85℃左右關閉冷卻風扇；（2）開啟粗濾增壓泵，使熱介質通過循環處理模塊的袋式過濾器過濾后進入熱介質中間儲罐、待熱介質全部進入中間儲罐后關閉粗濾增壓泵；（3）打開振動膜處理主機和細濾增壓泵對熱介質進行細濾，觀察清液罐液位，當清液罐液位上升非常緩慢時關閉振動膜主機及細濾增壓泵、開啟熱介質油進油循環泵，將清液罐內的熱介質排入原熱介質系統；（4）開啟循環處理模塊的中間罐底部閥門，將罐內雜質排出至廢液桶內。不斷重復以上操作對熱介質進行在線凈化。

該套凈化設備每天的處理量大約為15m3左右（因雜質含量較高，前期處理量只能達到每天7～8m3，后期處理速度會越來越快），熱介質油凈化共耗時78天，循環凈化熱介質油1047.98m3，濾除廢油54.96m3。最終使熱介質油達到首諾公司標準（丙酮不溶物含量小于125mg/100ml；水分含量小于360ppm）和GB24747—2009有機熱載體安全技術條件（殘炭含小于1%；水分含量小于500mg/kg）。

2.2 盤管竄洗

考慮到平臺3臺熱介質鍋爐投入運行已達152000h，而且熱介質油沒有整體更換過，受熱分解、碳聚合等因素影響，熱介質在盤管內壁必定存在不同程度的結焦物影響換熱。為此使用藥劑溶解循環凈化設備來達到去除結焦物的目的。該類型藥劑將鍋爐盤管內壁覆蓋的膠質、瀝青質、碳化質等結焦物溶入清洗液中，然后通過濾網去除，以達到清洗效果,提高傳熱效率，延長鍋爐盤管的使用壽命。

建立清洗循環流程：清洗循環過濾流程建立前，熱介質系統降溫，停車，拆除熱介質盤管進出口的閥門，隔離加裝盲板，將鍋爐盤管內的熱介質油吹掃到熱介質泄放艙；連接臨時閥門、管線、過濾系統，建立清洗循環回路；在過濾器內安裝150～250目的濾網；拆卸盤管進出口閥門前，提前做好防污染措施。

熱介質鍋爐藥劑量的加入為盤管熱介質循環量的10～15%，循環清洗前期添加10%的藥劑，循環清洗10h左右，觀察濾網出來的垢樣情況，判斷是否繼續添加藥劑原液。

清洗步驟：在清洗槽內加入清水，打開相關臨時閥門，啟動循環泵向鍋爐盤管內注水，注水前期將置換出來的熱介質油單獨存放在潔凈的污油罐內，置換出來的熱介質以備沉降分離后再使用，水置換過程中觀察所有連接是否滲漏，及時緊固；置換作業結束后一切正常，按10%的比例在泵站的藥劑槽內加入清洗藥劑，啟泵將藥劑注入到循環流程中開始循環清洗；清洗過程中需要給鍋爐盤管加熱升溫（90±5℃），中溫清洗24～36h，清洗過程中打開過濾器旁路閥(過濾器副線全開)，每2h清理過濾網一次，直至沒有明顯積碳和結焦物出現；藥劑清洗結束后，在清洗槽內加清水將清洗液置換到污油艙。

吹掃鍋爐盤管殘留的清水：將大型空壓機與鍋爐盤管一端法蘭對接，另一端法蘭用軟管接到清洗槽內；使用隔膜泵將清洗槽內吹掃出來的水抽排到污油艙內；啟動空壓機吹掃鍋爐盤管內的水，排水口無明顯出水后，用干凈的棉布放在排水口處，5min后棉布沒有明顯水漬，說明吹掃完畢，停止空壓機。

2.3 吹灰

爐內清灰的主要目的是保持熱介質盤管表面的清潔，提高熱介質換熱率，本次爐內清灰作業除進行鍋爐年檢期間要開展的第一層盤管表面清灰作業外，重點針對以往未曾涉及到的第一層盤管和第二層盤管之間灰塵和第二層盤管與爐膛內壁之間灰塵進行徹底清掃。

2.4 風氣配比調節

在調節前，對鍋爐參數進行了檢查和記錄，鍋爐燃燒不好，尾氣含氧量太高。在燃燒器各個負荷點對風氣配比曲線帶進行了調節，達到了最佳的燃燒尾氣，在最小負荷氧含量是7.6%，中間負荷氧含量是4.0%，最大負荷氧含量控制在2.4%。在調節之前，鍋爐發出最大6100kW熱量(熱介質進出口溫差37℃)，調節后鍋爐發出最大7500kW熱量(熱介質進出口溫差45℃)，負荷提升14%。關于鍋爐發熱功率計算反平衡公式：鍋爐實際發熱功率(kW)=（熱介質出口溫度-熱介質回油溫度)/60×10000kW

2.5 爐體密封不嚴，熱量散失

在對鍋爐完成以上4項工作后，鍋爐發出最大負荷7500kW熱量(熱介質進出口溫差45℃)，此時在熱介質出口溫度210℃時，排煙溫度235℃，根據此鍋爐的原始計算書，在最佳效率時，排煙溫度和熱介質出口溫度應該相同，甚至排煙溫度會低于熱介質出口溫度，根據目前的工況，溫差25℃的煙氣熱量被損失。

對爐前端蓋使用點溫槍進行外邊緣溫度檢測，檢測的溫度大約都在70～80℃，證明爐前端蓋沒有漏煙。對燃燒器的燃燒頭出氣口進行了吹掃和檢查，一切正常。使用塞尺對內部盤管的間隙進行檢查，未發現管間有縫隙。發現底部加熱區的密封繩4個點從內部的卡槽中脫離。

據此分析認為爐體內底部加熱區密封繩漏煙是造成煙氣短路的主要原因。密封繩的更換工作，日后擇機開展。

3 結語

影響鍋爐熱效率的因素很多，在日常運行維護中，應該采用RCA（根本原因分析法）逐項列出影響因素，逐項印證排除，最終找到主要原因。另外.在日常運行中應該注重如下工作：①避免鍋爐超溫、熱介質低流量、火焰偏火運行，以防止熱介質油熱劣化，盤管內壁結焦；②始終保持熱介質油在密閉空間運行，做好熱介質油膨脹罐的氮氣填充防護工作，防止熱介質油的氧化劣化；③定期對熱介質油取樣化驗，做好熱介質油的在線凈化工作，防止熱介質油品質的進一步惡化；④做好熱介質油的在線過濾工作，及時有效清除系統中的異物，防止異物劣化；⑤在鍋爐年檢期間做好爐內的清灰作業，管壁壁厚的測量，尾端密封條的檢查，爐膛耐火磚、燃燒器以及可能影響到爐膛密封的裝置等的檢查工作；⑥時刻關注火焰的狀態，及時調整風氣配比，始終保持燃燒器運行在最佳狀態。