注汽鍋爐給水磁化節能裝置在油田生產中的應用

趙宇（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

注汽鍋爐給水磁化節能裝置在油田生產中的應用

趙宇（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

提升油田注汽鍋爐系統運行效率，降低注汽噸汽能耗和稠油開采成本，已成為各稠油開發管理區塊的一項重要研究課題，而注汽鍋爐水質質量不僅影響到整個注汽鍋爐系統的運行效率，還會影響到注汽鍋爐系統的正常安全運行。利用注汽鍋爐給水磁化節能裝置對經過軟化處理的鍋爐給水再進行磁化處理，降低鍋爐給水汽化潛熱，通過除垢、阻垢，提高鍋爐傳熱效率，實現節能降耗。介紹了節能裝置的工作原理、特點、安裝以及現場應用情況，并對實施效果進行了分析評價。實踐證明，該節能裝置利用外加磁場的方法實現注汽鍋爐系統節能，同時由于磁化節能裝置具有除垢、阻垢作用，從而有效地提高了整個爐水系統的傳熱效果，節約了燃料用量，具有很高的推廣應用價值。

注汽鍋爐；給水磁化；節能裝置；應用；效果

隨著油田對超稠油油層、低滲透油層和深井稠油的熱力開采和試采，注汽開采工藝技術在油田得到廣泛應用，已形成稠油注汽開發生產工藝技術日趨成熟，稠油產量逐年增加的良好局面[1-2]。近幾年，國際油價持續在低價位，提升注汽鍋爐運行系統效率，降低注汽噸汽能耗和稠油開采成本，已成為各稠油開發管理區塊的一項重要研究課題。而注汽鍋爐給水處理是注汽鍋爐生產運行系統的一個重要環節，其水質質量既影響到整個注汽鍋爐系統的運行效率，也影響到注汽鍋爐系統的正常安全運行，水質處理不達標甚至會嚴重影響注汽鍋爐的使用壽命[3-4］。為了提升注汽鍋爐給水質量，降低注汽噸汽能耗，提升注汽鍋爐運行系統效率，在調查研究的基礎上，提出了引進應用注汽鍋爐給水磁化節能裝置這一研究課題，并取得了良好的現場應用試驗效果。

1 注汽鍋爐給水磁化節能裝置的工作原理

傳統的注汽鍋爐給水水處理主要是通過脫鹽裝置，將自來水（硬水）進行軟化處理，經過軟化處理的鍋爐給水可以大大減少或避免鍋爐結垢，確保注汽鍋爐的運行效率和安全運行。而注汽鍋爐給水磁化節能裝置就是對經過軟化處理的鍋爐給水再進行磁化處理。其工作原理是：

1）充分利用稀土永磁材料具有的磁能，替代部分能量，克服水分子間引力，有效地分解水分子團簇，提高傳熱速度，實現節能目的。從水分子的結構特性可知，若干個水分子受氫鍵的作用，可以結成一個個大團簇。水滿而不溢、水由氣態變液態、再變為固態等等自然現象，原因就是水分子間氫鍵的作用。要使液態水變為水蒸汽，首先就是要破壞形成水分子團簇的氫鍵。目前，主要有外加磁場、外加電場、激光輻射、直接加熱等四種方法，而該節能裝置就是采用了外加磁場的方法實現節能。其次基于水是反磁物質的特性，通過精確的計算和加工，形成一個與鍋爐給水流量、流速、流向相適應的磁力能量場。使流經磁化節能裝置的水分子團簇中的氫鍵由于磁力線的作用而被扭曲、伸長以致斷裂。將水分子大團簇，分解為小團簇，甚至出現若干單個水分子，從而降低鍋爐給水密度、黏度等物理特性，從而達到節能降耗的目的。

2）通過除垢、阻垢，提高鍋爐傳熱效率，實現節能降耗。經過磁化節能裝置的鍋爐給水，因其分子團簇大幅度變小，滲透、乳化、溶解、擴散力大幅度提高，所以可以容納更高的離子濃度，生成可溶Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2，從根本上抑制一次水垢的形成，而且還可以不斷地使原有垢層生成可溶性碳酸氫鹽，最終使垢層松散，變成泥狀物質被排出。由于磁化節能裝置具有除垢、阻垢作用，所以會對整個爐水系統進行清理，從而有效地提高了整個爐水系統的傳熱效果，節約了燃料用量。

2 注汽鍋爐給水磁化節能裝置的特點

1）節能效果好。據有關科學實驗對比分析結果表明，經過注汽鍋爐給水磁化節能裝置處理后的鍋爐給水與未經磁化節能裝置處理的鍋爐給水汽化潛熱相比，可降低鍋爐給水汽化潛熱61.64 kJ/kg，提升注汽鍋爐系統運行效率3%左右[5]。

2）除垢、阻垢效果好。相關研究結果表明，應用磁化節能裝置的鍋爐，爐水系統管樣組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度細于8級，管樣內壁未見氫損傷微裂紋及脫碳層等缺陷，具有良好的除垢、阻垢作用[5]。

3）裝置壓力損失小。經檢測阻力小，水壓損失小于0.03 MPa。

4）安裝簡單方便，且無需提供電源。注汽鍋爐給水磁化節能裝置只需加裝在相應位置，且設備安裝簡單方便。

5）具有免維護功能。不需要人工定期維護，且常年運行免維修，維護費用為零。

6）設備運行安全可靠。使用壽命長，最短使用壽命10年以上，且安全、環保。

3 注汽鍋爐給水磁化節能裝置的安裝

注汽鍋爐給水磁化節能裝置的安裝很簡單，在除鹽水管道或者在凝結水泵出口管道處，用相應的管道、閥門將磁化節能裝置與除鹽水管道或者凝結水管道并連而成即可［6］。除鹽水管道安裝示意見圖1，凝結水泵處安裝示意見圖2。

圖1 除鹽水管道安裝示意

圖2 凝結水泵處安裝示意

4 現場應用情況及實施效果分析

4.1 現場應用情況

該注汽鍋爐給水磁化節能裝置先后在某油田稠油開發區塊2個固定注汽站投入使用。這兩個固定注汽站分別有210 t/h和130 t/h的2臺高壓注汽鍋爐。表1為210 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節能裝置前后的能耗對比。表2為130 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節能裝置前后的能耗對比。

表1 210 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節能裝置前后的能耗對比

表2 130 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節能裝置前后的能耗對比

4.2 實施效果分析

由表1和表2可知，210 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節能裝置后，鍋爐運行系統效率提升了3.8%，噸汽耗標煤下降了4.72 kg/t，130 t/h高壓注汽鍋爐安裝給水磁化節能裝置后，鍋爐運行系統效率提升了2.89%，噸汽耗標煤下降了3.53 kg/t，取得了良好的節能技術改造效果。

5 綜合評價

1）節能效果顯著。油田高壓注汽鍋爐應用給水磁化節能裝置后的效果表明，高壓注汽鍋爐運行系統效率，平均提升了3.35%，噸汽耗標煤平均下降了4.153 kg/t，節能效果明顯。

2）改善了注汽鍋爐給水水質。由于磁化節能裝置具有良好的除垢、阻垢作用，大大地改善了注汽鍋爐給水質量。

3）延長了注汽鍋爐的使用壽命。良好的水質確保了注汽鍋爐的良好運行，解決了注汽鍋爐因結垢所帶來的負面影響，有利于延長注汽鍋爐的使用壽命。

4）安全可靠性好。產品性能安全可靠，自投入現場應用以來，該系統運行正常，沒有發生運行機制故障，現場維護簡單，減輕了員工的維護工作強度。

5）具有良好的性價比。安裝當年即可見到回報，且使用壽命長，安全環保沒有任何負作用。

6 結論

實踐證明，注汽鍋爐給水磁化節能裝置是針對高壓濕蒸汽發生器運行情況而設計的新型節能產品，可以使注汽鍋爐給水降低汽化潛熱，提升注汽鍋爐系統運行效率，利用外加磁場的方法實現注汽鍋爐系統節能，同時由于磁化節能裝置具有除垢、阻垢作用，從而有效地提高了整個爐水系統的傳熱效果，節約了燃料用量。該節能產品具有節能效果好、改善注汽鍋爐給水水質、延長注汽鍋爐的使用壽命、安全可靠且性價比高等優點，具有很高的推廣應用價值。

[1]史紅芳.提高稠油注汽開發質量效果的探討[J].石油工業技術監督，2012，28（4）：32-34.

[2]朱益飛，潘道蘭.影響孤東油田注汽系統效率的因素及對策[J].石油工業技術監督2007，23（7）：44-46.

[3]霍廣榮，李獻民，張廣卿，等.勝利油區稠油油藏熱力開采技術[M].北京：石油工業出版社，1999：78-80.

[4]朱益飛，石曉明，馬冬梅.提高孤東油田機采系統效率的途徑[J].電力需求側管理，2009（4）：44-46.

[5]林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業出版社，1999：216-219.

[6]王在仕.蒸汽鍋爐用水磁化裝置節能降耗：ZL2014202672 06.6[P].2014年2月26日.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.008

2017-05-08

（編輯 李珊梅）

趙宇，工程師，1991年畢業于浙江大學能源工程系，從事熱工、暖通設計工作，E-mail：zhaoyuu0430@sina.com，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區友誼大街采油一廠規劃設計研究所，163000。