油田注汽鍋爐的能耗分析及節能降耗措施

陳德山 伍永巴依 董振 魏君平 王佳

(新疆油田公司風城油田作業區一號供氣聯合站，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

作為注汽站中的一大關鍵設備，油田注汽鍋爐屬于典型的高溫蒸汽發生設備，而想要真正實現油田經濟效益最大化的根本目標，勢必需要對油田注汽鍋爐進行節能降耗。因此探究油田注汽鍋爐的能耗及其節能降耗措施具有十分重要的研究價值與現實意義。本研究可為實現油田注汽鍋爐節能降耗提供必要理論參考與實踐指導幫助。

1 油田注汽鍋爐的能耗分析

1.1 排煙損失

在油田注汽鍋爐運行過程中，其常見能耗之一即為油田注汽鍋爐在加熱燃燒過程中，損失大量排煙熱能。有研究人員通過采用實驗分析的方式，證明了油田注汽鍋爐在實際進行加熱燃燒時，產生的排煙量以及排煙溫度，對注汽鍋爐排煙損失有著決定性影響作用。當排煙量不斷增大時，油田注汽鍋爐產生的排煙損失也會隨之相應增大。同樣，當排煙溫度不斷提升時，對應的油田注汽鍋爐排煙損失也會逐漸增加。從理論上來說，注汽鍋爐排煙溫度燃氣與燃油時的溫度應當分別控制在180℃和240℃[1]，但在實際生產時絕大多數油田注汽鍋爐難以達到該排煙溫度標準，故而由此產生大量排煙熱損失，導致大氣中被排放當量燃料發熱量，其不僅直接影響能源的充分利用，同時也在一定程度上對大氣環境造成污染與破壞。

1.2 能量損失

1.2.1 化學燃燒不充分

因受到化學燃燒不充分而導致的能量損失，同樣也是油田注汽鍋爐中比較容易出現的一種能耗損失。該種熱損失指的就是燃料在油田注汽鍋爐內進行燃燒時，會產生各種物理與化學反應，導致部分燃燒中的物質轉變成非燃燒性質的物質。此外由于受到燃燒條件制約，油田注汽鍋爐內也有可能部分燃料無法實現燃燒充分，從而導致燃料中出現較大能量損失。鑒于絕大多數油田注汽鍋爐采用的燃料為天然氣、原油，因此一旦注汽鍋爐內爐管產生大量積灰、污垢，且工作人員未能及時對其進行徹底清理，而出現燃燒空間不足或是無法充足供應氧氣等情況，將會直接導致燃料出現燃燒不充分的現象，隨著油田注汽鍋爐使用時間尤其是燃燒時間的不斷延長，隨之產生的能量損失也會逐漸增多。由此對油田整體經濟效益以及油田注汽鍋爐運行成效的全面優化造成不利影響。

1.2.2 機械燃燒不充分

一般情況下，在油田注汽鍋爐中出現的損失，有近80%為熱損失。除上述排煙熱損失外，油田注汽鍋爐常見的能耗損失還包括能量損失。其中由于受到注汽鍋爐自身結構影響而產生的機械燃燒不充分熱損失，指的就是油田注汽鍋爐以及熱力管線外壁，在高溫熱蒸汽的影響下，導致其自身溫度比四周空氣溫度要高，從而使得部分熱能散熱被直接排放至大氣中，進而出現熱損失[2]。而油田注汽鍋爐自身使用的保溫材料、保溫層結構與其散熱時的表面積與表面溫度等關系緊密，如果油田注汽鍋爐使用的保溫材料性能不佳、保溫層結構不合理，則均有可能導致注汽鍋爐出現較大散熱損失，極大地影響注汽鍋爐燃燒熱效率的有效提升。

2 油田注汽鍋爐的節能降耗措施

2.1 嚴控排煙量與排煙溫度

2.1.1 排煙量的控制

根據上文可知，排煙量與油田注汽鍋爐產生的排煙損失之間有著直接且緊密的關系，為使得油田注汽鍋爐工作效率得到進一步提升，并有效達到控制其排煙損失的效果，相關工作人員需要重視加強對油田注汽鍋爐排煙量的嚴格控制。一方面，當油田注汽鍋爐選用燃料為天然氣或是原油時，在保障其燃燒充分的前提下，工作人員可以通過適當減小空氣過剩系數，以有效實現嚴控注汽鍋爐排煙熱損失。在此過程中，工作人員可選用智能化、精準度較高的專業煙氣含氧分析儀，對注入油田注汽鍋爐中的空氣量進行實時精準測定，嚴格按照相關規定要求與注汽鍋爐實際燃燒情況，對注汽鍋爐進風量進行靈活調整，從而將其產生的排煙熱損失降至最低。

另一方面如果油田注汽鍋爐選用燃料為水煤漿，則需要在對原本的引燃系統進行保留的基礎上，選擇將燃料氣作為水煤漿的引燃火源，這主要是由于相較于燃油燃料，水煤漿的燃點更高，此時需要工作人員將引燃氣壓力、流量適當提高從而有效完成點火，確保水煤漿能夠實現充分燃燒。同樣，工作人員在此過程中可以運用PLC即可編程控制器以及專業化的智能監控測定儀器，自動、精準地對爐膛壓力以及煙氣含氧量等進行實時監控與測定，并根據實際情況對其進行靈活調整，以此有效保障鍋爐內燃料始終維持最佳燃燒狀態，達到有效控制排煙熱損失的效果。

2.1.2 排煙溫度控制

加強對油田注汽鍋爐的排煙溫度的嚴格控制，也是有效實現油田注汽鍋爐節能降耗的重要方式之一。通過對油田注汽鍋爐加熱燃燒情況的長期觀察，可知當其對流端入口水溫超過規定允許值，將會大大降低注汽鍋爐水熱交換能力，進而在無形中令油田注汽鍋爐排煙溫度上升，從而最終加劇注汽鍋爐的散熱損失。

為此，本文認為工作人員在嚴控油田注汽鍋爐排煙溫度的過程中，首先可以采用智能調控裝置，自動監測油田注汽鍋爐對流段入口水溫，并根據實際情況對其進行適當降低，以此有效避免因入口水溫過高而導致油田注汽鍋爐產生大量熱損失。其次，如果油田注汽鍋爐所選用的加熱燃料為采用脫硫工藝處理過的天然氣，則鑒于此類天然氣本身并不含酸性氣體，因此工作人員需要嚴格按照相關標準要求，將油田注汽鍋爐對流入口水溫始終設定為80℃至95℃，進而可以在有效控制油田注汽鍋爐排煙溫度的同時，達到確保注汽鍋爐具有較高蒸汽效率的效果。

2.2 定期開展全面清灰清垢

針對因油田注汽鍋爐在長時間加熱燃燒過程中，其內部出現大量積灰與積垢，且工作人員未能及時對其進行徹底清理，導致的油田注汽鍋爐水熱交換能力驟降，出現大量能耗損失的情況。本文認為工作人員有必要定期對油田注汽鍋爐進行全面的清灰清垢處理，以油田注汽鍋爐中流段翅片管積灰清理為例，考慮到該部分管距相對較小，往往會積累大量灰塵、煙垢，對于其表面松脆的積灰，工作人員可以使用專門的吹灰機進行吹塵或是對爐管表面進行反復沖刷[3]。對于積累時間相對較長的煙垢，工作人員則可以在充分結合煙垢化學成分、具體特點的基礎上，選用與之相適宜的除垢劑。例如工作人員可將適量氯化氫與氫氟酸溶液，與一定量的緩蝕劑進行充分混合，配制成除垢劑對油田注汽鍋爐管內殘存的煙垢進行除垢處理，最后再使用流動清水及時將殘留的除垢劑清洗干凈，吹干管內水分即可。通過定期進行油田注汽鍋爐除垢作業，可有效避免大量灰塵、污垢等積累在油田注汽鍋爐內，從而影響換熱管的水熱交換能力，確保注汽鍋爐內燃料實現充分燃燒，進而達到降低油田注汽鍋爐能耗損失的目的。

2.3 合理選用保溫材料結構

上文提到油田注汽鍋爐本身因缺乏科學合理的保溫結構，也會導致其熱管線出現大量散熱損失，加劇油田注汽鍋爐的熱能耗損。因此為了能夠有效實現油田注汽鍋爐的節能降耗，確保其內部燃料能夠實現燃燒完全，工作人員也應當立足實際情況，認真依照相關規定要求合理選擇與油田注汽鍋爐相適宜的保溫材料，并對其保溫結構進行優化設計。例如本文在對油田注汽鍋爐進行優化改造中，設計選用具有良好熱保溫效果的硅酸鋁陶瓷耐火纖維毯交錯平鋪技術。選擇使用耐火纖維作為油田注汽鍋爐的內襯，利用該材料對注汽鍋爐進行保溫，可以在有效避免加重鍋爐整體質量的同時，借助其具有的獨特優勢有效降低油田注汽鍋爐的容量與熱容量，配合使用PLC可編程控制技術，工作人員可實現自動化監控管理油田注汽鍋爐。在保溫結構優化設計中，通過運用纖維毯交錯平鋪的方式，也能夠有效提升注汽鍋爐整體結構性，控制其散熱損失。在實際加熱燃燒時，油田注汽鍋爐的燃燒溫度一旦達到900℃，原本的熱量傳遞將會轉變成熱輻射，受輻射熱高溫影響，此時油田注汽鍋爐保溫層內表面將會出現大量黑度，從而達到增加注汽鍋爐內表面吸收熱量，令其爐內溫度受熱具有較好均勻性。在有效節省油田注汽鍋爐加熱時間之余，達到節能降耗的良好效果。

值得注意的是，為防止出現大量熱橋效應而影響油田注汽鍋爐的整體保溫效果與最終的節能降耗效果，工作人員在選用纖維毯交錯平鋪保溫結構的油田注汽鍋爐時，還需要使用冷面焊接工藝對錨固釘和耐熱性較好的不銹鋼拉筋進行牢固焊接，避免其直接和熱面煙氣相接觸。除此之外，在緊固過程中工作人員還可以選用陶瓷帽作為緊固件，在保障錨固件實現牢固錨固之余，也可以有效控制熱橋效應的產生。在良好錨固下，錨固件將會難以因受到纖維毯自身重量或是在高溫環境下產生收縮而出現直通縫的情況，避免油田注汽鍋爐因此出現較大熱損失。

在實際施工過程中，工作人員應當注意直接在油田注汽鍋爐爐膛內壁上牢固固定具有良好耐高溫特性與抗腐蝕能力較高的不銹鋼筋，保障其間距為400mm。在油田注汽鍋爐保溫結構最末層的固定中，在選用陶瓷帽進行錨固后，工作人員需要及時將適量高溫黏結劑涂料均勻噴涂其上，而后再鋪設纖維毯即可。

3 結語

綜上所述，目前油田注汽鍋爐中較為常見的能耗損失類型主要包括排煙損失、基于注汽鍋爐自身保溫結構不合理或積灰積垢過多而產生的熱量損失，以及因化學燃燒不充分導致的熱損失等。為此，相關工作人員需要充分結合油田注汽鍋爐運行實際，在認真遵照相關標準要求對其排煙量與排煙溫度進行嚴格控制的基礎上，定期對油田注汽鍋爐進行全面清灰清垢，并選用與之相適宜的保溫材料、保溫結構對注汽鍋爐進行優化改造，從而有效達到控制油田注汽鍋爐能耗，提升其整體運行成效的目的。