“二合一”加熱爐火管損壞原因分析及預防措施

王運成 張有學 耿戰峰

摘要： “二合一”加熱爐廣泛應用于油田生產中，由于腐蝕、老化、結垢等原因，“二合一”加熱爐運行多年后造成火管損壞，安全問題較為突出，結合現場實際，對火管損壞原因進行分析。“二合一”加熱爐存在的主要問題是火管腐蝕，火管表面結垢，加熱爐負荷過大，清垢不徹底等原因造成火管穿孔、鼓包等故障，針對存在問題提出相應的改進措施：在火管易損處采用15CrMoR耐高溫鋼；在火管上安裝爐管高溫檢測裝置；加泵沖洗以減少雜質沉積；限制燃燒器的最大負荷；加藥減緩結垢。通過采取以上措施，提高了加熱爐的效率，減少加熱爐火管損壞速度。

關鍵詞：火管 結垢 高溫腐蝕 加藥 負荷

加熱緩沖裝置簡稱“二合一” 加熱爐，“二合一”加熱爐是油田用于油井摻水、熱洗，采暖等用途的一種加熱設備，近年來，油田廣泛使用的“二合一” 加熱爐，運行一段時間后，含油污水中的泥砂在火管外表面大量沉積，導致火管結垢；一方面使加熱爐熱效率降低，另一方面使火管燒損，給加熱爐的安全運行帶來了極大的隱患，尤其是油田注聚、注三元以后，含油污水的黏度增加，更加快了火管的結垢進程和火管的破損速度。“二合一” 加熱爐在使用過程中，經常出現火管燒穿、鼓包等事故，給生產運行與管理帶來一定的難度。“二合一”加熱爐燒穿、鼓包位置在火管耐火磚外30～50cm處，火管內有耐火磚保護的位置，很少發現火管燒穿、鼓包的，經實驗采用延長耐火磚鋪設長度，運行一段時間后，火管燒穿、鼓包位置再次向外延伸。

由于火管內壁高溫腐蝕剝落，火管厚度減少。加熱的含油污水礦化度較高，極易結垢，火管外壁結垢后熱量散發不出去，加速了火管的高溫腐蝕剝落，同時火管外壁的垢越結越厚，由于加熱爐溫度的變化，火管與垢的膨脹系數不同，在火管外壁的垢出現裂紋，水進入裂紋后瞬間汽化，體積迅速膨脹達到進水量的1200倍，造成了爆管的發生，嚴重時火管穿孔，輕者火管鼓包。經統計發現，所有的“二合一”加熱爐火管鼓包都是向火管內側，“二合一”加熱爐是常壓運行，火管鼓包與“二合一”加熱爐運行壓力無關。

1 “二合一”加熱爐火管燒穿、鼓包原因。

1.1火管表面結垢嚴重。

油田含油污水礦化度較高，內部含有大量的Ca2+， Mg2+， SO2+， CO2+等成垢性離子。含油污水中也含有原油、膠質和瀝青質等成垢的黏合劑。含油污水黏度增加，明顯加大含油污水中泥沙量。含油污水被加熱后，其有過飽和度的CaCO3，MgCO3，CaSO4等鹽類會形成晶體析出，沉積于加熱爐內表而形成污垢。如果加熱爐火管上的污垢累積厚度達到一定厚度時，就會明顯降低加熱爐的傳熱效率，增加燃氣消耗，被加熱介質溫度燒不上去，就要開大爐火，加速了火管的高溫腐蝕，并可能導致火管變形和穿孔。

1.2火管高溫腐蝕。

火管內耐火磚以外沒有保護措施，高溫的煙氣直接加熱火管，造成火管內壁高溫腐蝕剝落，火管的厚度減少。

1.3加熱爐超負荷運行。

由于加熱爐超負荷運行，超高溫的煙氣長時間加熱火管，加速了火管內壁高溫腐蝕剝落，縮短了火管的壽命。

1.4管理問題。

當加熱爐火管外壁結垢而沒有及時清除時，造成熱量不能及時傳導，形成惡性循環，致使加熱爐火管燒損。

2預防“二合一”加熱爐火管燒穿、鼓包的措施

2.1改善“二合一”加熱爐加熱水質。

原流程為：三相分離器放水→“二合一”加熱爐，由于含油污水沉降時間短，含油污水中含油、泥沙、聚合物等雜質較多。改進后流程為：三相分離器放水→3000m3污水沉降罐→“二合一”加熱爐。含油污水經過沉降罐，有效降低含油污水中的原油、雜質，降低聚合物含量。減少泥沙雜質在火管上的沉積，減少污垢的形成，延長火管的使用壽命。

2.2加泵沖洗以減少雜質沉積。

被加熱含油污水在爐體內的流速相對比較低，泥砂等雜質容易沉積在火管表面形成污垢。因此在加熱護火管易鼓包變形處增設沖洗口，適當改變含油污水的流速，減少雜質沉積，使污垢不易形成。

2.3在火管易損處采用15CrMoR耐高溫鋼。

在工作溫度高于400℃時，碳素結構鋼因其高溫持久強度極限和蠕變極限數位較低，因而其許用應力也較低，在鋼中加人鉬、鉻等合金元素.能顯著提高鋼材的高溫持久強度極限和蠕變極限，從而提高鋼材的許用應力。鑒于15CrMoR 鋼的耐高溫性能，應用于“二合一”加熱爐。在位于耐火磚出口處，添加1.8m長的15CrMoR耐高溫鋼。防止高溫火焰直接燒損火管。

2.4防超溫安全監測保護技術。

將防超溫安全監測保護裝置與自動燃燒器相連接，在加熱爐火管內壁安裝有5個溫度監側點。防超溫安全監測保護裝置在監測火管壁溫度的同時，還具有報警和控制功能。該裝置設有超溫自動降負荷控制裝置，一旦由于某種原因造成爐管壁超溫，控制裝置會通過調節閥自動降低負荷，保正爐管不超溫運行，從而避免火管的燒壞。

2.5加藥減緩污垢的形成。

在 “二合一”加熱爐進口加入適量“阻垢劑”， “阻垢劑”具有能分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶性無機鹽在金屬表面的沉淀、結垢功能，并維持金屬設備有良好的傳熱效果。

2.6降低加熱爐熱負荷。

適當增加“二合一”加熱爐的運行臺數，降低“二合一”加熱爐熱負荷，防止高溫腐蝕對火管的損壞。

2.7加強管理。

應加強管理定期清淤、除垢，及時對“二合一”加熱爐清淤除垢，能有效提高加熱爐熱效率，防止污垢對加熱爐的損壞。

3.結語

油田生產用“二合一”加熱爐存在的主要問題有火管高溫腐蝕、火管結垢嚴重，超負荷運行等，為了解決這些問題，提出了相應的預防措施：在火管易損處采用15CrMoR耐高溫鋼；在火管安裝爐管高溫檢測裝置，限制加熱爐的最大負荷；加泵沖洗以減少雜質沉積；加藥可減緩垢的形成；加強管理及時清淤。通過采取以上措施，提高了加熱爐的生產效率，減少了爐管的破損速度。

[1]王旭東 提高加熱爐效率的措施[J]油田地面工程.2010（7）：69-70.

[2]王志國 降低油田加熱爐煙火管燒損概率的建議.石油石化節能.2018.01.01

王運成，男，1963年8月出生，大專文化，油氣儲運專業。通訊地址：大慶油田第五采油廠二礦杏五二站。