“二合一”加熱爐火管損壞原因分析及預(yù)防措施

王運(yùn)成 張有學(xué) 耿戰(zhàn)峰

摘要： “二合一”加熱爐廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)中，由于腐蝕、老化、結(jié)垢等原因，“二合一”加熱爐運(yùn)行多年后造成火管損壞，安全問題較為突出，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)火管損壞原因進(jìn)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(jié)垢，加熱爐負(fù)荷過大，清垢不徹底等原因造成火管穿孔、鼓包等故障，針對(duì)存在問題提出相應(yīng)的改進(jìn)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(cè)裝置；加泵沖洗以減少雜質(zhì)沉積；限制燃燒器的最大負(fù)荷；加藥減緩結(jié)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(guān)鍵詞：火管 結(jié)垢 高溫腐蝕 加藥 負(fù)荷

加熱緩沖裝置簡(jiǎn)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(shè)備，近年來，油田廣泛使用的“二合一” 加熱爐，運(yùn)行一段時(shí)間后，含油污水中的泥砂在火管外表面大量沉積，導(dǎo)致火管結(jié)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(yùn)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(jié)垢進(jìn)程和火管的破損速度。“二合一” 加熱爐在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)火管燒穿、鼓包等事故，給生產(chǎn)運(yùn)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(nèi)有耐火磚保護(hù)的位置，很少發(fā)現(xiàn)火管燒穿、鼓包的，經(jīng)實(shí)驗(yàn)采用延長(zhǎng)耐火磚鋪設(shè)長(zhǎng)度，運(yùn)行一段時(shí)間后，火管燒穿、鼓包位置再次向外延伸。

由于火管內(nèi)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(jié)垢，火管外壁結(jié)垢后熱量散發(fā)不出去，加速了火管的高溫腐蝕剝落，同時(shí)火管外壁的垢越結(jié)越厚，由于加熱爐溫度的變化，火管與垢的膨脹系數(shù)不同，在火管外壁的垢出現(xiàn)裂紋，水進(jìn)入裂紋后瞬間汽化，體積迅速膨脹達(dá)到進(jìn)水量的1200倍，造成了爆管的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)火管穿孔，輕者火管鼓包。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，所有的“二合一”加熱爐火管鼓包都是向火管內(nèi)側(cè)，“二合一”加熱爐是常壓運(yùn)行，火管鼓包與“二合一”加熱爐運(yùn)行壓力無關(guān)。

1 “二合一”加熱爐火管燒穿、鼓包原因。

1.1火管表面結(jié)垢嚴(yán)重。

油田含油污水礦化度較高，內(nèi)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(zhì)和瀝青質(zhì)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(huì)形成晶體析出，沉積于加熱爐內(nèi)表而形成污垢。如果加熱爐火管上的污垢累積厚度達(dá)到一定厚度時(shí)，就會(huì)明顯降低加熱爐的傳熱效率，增加燃?xì)庀模患訜峤橘|(zhì)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(dǎo)致火管變形和穿孔。

1.2火管高溫腐蝕。

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

1.3加熱爐超負(fù)荷運(yùn)行。

由于加熱爐超負(fù)荷運(yùn)行，超高溫的煙氣長(zhǎng)時(shí)間加熱火管，加速了火管內(nèi)壁高溫腐蝕剝落，縮短了火管的壽命。

1.4管理問題。

當(dāng)加熱爐火管外壁結(jié)垢而沒有及時(shí)清除時(shí)，造成熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)，形成惡性循環(huán)，致使加熱爐火管燒損。

2預(yù)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(zhì)。

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(shí)間短，含油污水中含油、泥沙、聚合物等雜質(zhì)較多。改進(jìn)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(jīng)過沉降罐，有效降低含油污水中的原油、雜質(zhì)，降低聚合物含量。減少泥沙雜質(zhì)在火管上的沉積，減少污垢的形成，延長(zhǎng)火管的使用壽命。

2.2加泵沖洗以減少雜質(zhì)沉積。

被加熱含油污水在爐體內(nèi)的流速相對(duì)比較低，泥砂等雜質(zhì)容易沉積在火管表面形成污垢。因此在加熱護(hù)火管易鼓包變形處增設(shè)沖洗口，適當(dāng)改變含油污水的流速，減少雜質(zhì)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(shí)，碳素結(jié)構(gòu)鋼因其高溫持久強(qiáng)度極限和蠕變極限數(shù)位較低，因而其許用應(yīng)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(qiáng)度極限和蠕變極限，從而提高鋼材的許用應(yīng)力。鑒于15CrMoR 鋼的耐高溫性能，應(yīng)用于“二合一”加熱爐。在位于耐火磚出口處，添加1.8m長(zhǎng)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(jiān)測(cè)保護(hù)技術(shù)。

將防超溫安全監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置與自動(dòng)燃燒器相連接，在加熱爐火管內(nèi)壁安裝有5個(gè)溫度監(jiān)側(cè)點(diǎn)。防超溫安全監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置在監(jiān)測(cè)火管壁溫度的同時(shí)，還具有報(bào)警和控制功能。該裝置設(shè)有超溫自動(dòng)降負(fù)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(huì)通過調(diào)節(jié)閥自動(dòng)降低負(fù)荷，保正爐管不超溫運(yùn)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(jìn)口加入適量“阻垢劑”， “阻垢劑”具有能分散水中的難溶性無機(jī)鹽、阻止或干擾難溶性無機(jī)鹽在金屬表面的沉淀、結(jié)垢功能，并維持金屬設(shè)備有良好的傳熱效果。

2.6降低加熱爐熱負(fù)荷。

適當(dāng)增加“二合一”加熱爐的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低“二合一”加熱爐熱負(fù)荷，防止高溫腐蝕對(duì)火管的損壞。

2.7加強(qiáng)管理。

應(yīng)加強(qiáng)管理定期清淤、除垢，及時(shí)對(duì)“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(duì)加熱爐的損壞。

3.結(jié)語

油田生產(chǎn)用“二合一”加熱爐存在的主要問題有火管高溫腐蝕、火管結(jié)垢嚴(yán)重，超負(fù)荷運(yùn)行等，為了解決這些問題，提出了相應(yīng)的預(yù)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(cè)裝置，限制加熱爐的最大負(fù)荷；加泵沖洗以減少雜質(zhì)沉積；加藥可減緩垢的形成；加強(qiáng)管理及時(shí)清淤。通過采取以上措施，提高了加熱爐的生產(chǎn)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(guó) 降低油田加熱爐煙火管燒損概率的建議.石油石化節(jié)能.2018.01.01

王運(yùn)成，男，1963年8月出生，大專文化，油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)。通訊地址：大慶油田第五采油廠二礦杏五二站。