水射流+內窺鏡清垢技術在流化床鍋爐的應用

周吉偉

（中石油新疆油田分公司風城油田作業區，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著新疆油田稠油開發規模的不斷擴大，國家西氣東輸戰略和天然氣優先保障民用的要求，常規天然氣注汽鍋爐面臨著天然氣供不應求及漲價的雙重壓力，燃料成本成為制約稠油開發規模的重要因素。同時隨著稠油開發，油田污水的再利用也是油田可持續發展的迫切需求，研發適應稠油熱采需求的新型燃煤注汽鍋爐，轉換燃料結構，回用采出污水熱能，降低注汽成本，成為一項急需攻克的難題。

1 背景及存在問題

1.1 循環流化床鍋爐應用于稠油注汽的背景

新疆油田注汽用循環流化床鍋爐的型號是TG-130/9.5-M，鍋爐容量130 t/h，額定蒸汽壓力9.5 MPa，過熱蒸汽溫度330～350 ℃，排污率≤10%，鍋爐熱效率＞90%，為高溫高壓單鍋筒、自然循環∏形布置的燃煤循環流化床鍋爐。與目前國內外的循環流化床鍋爐相比，其最大的區別就是該鍋爐的介質是60%稠油凈化污水軟化水與清水軟化水摻混運行，而非無鹽水[1]。特殊的介質造就了特殊的水汽系統結構和運行管理方式。

1.2 高礦化度水用于循環流化床鍋爐存在問題

該鍋爐以稠油污水凈化軟化水為主。鍋爐給水在進入鍋筒后，由于飽和蒸汽的蒸發，爐水中的含鹽量會濃縮增加。為了確保鍋筒和水冷壁管在運行中不產生腐蝕，對鍋爐給水品質要適當控制。開始階段鍋爐給水采用60%凈化污水軟化水加40%清水軟化水，控制鍋爐給水的總礦化度在2000 mg/L 左右。在安全運行一定時間后，逐步增加回用軟化水，降低清水軟化水比例。凈化軟化水和清水軟化水水質全分析數據見表1。

表1 凈化軟化水、清水軟化水水質全分析

為了適應高礦化度的鍋爐用水，鍋爐的汽水循環系統包括鍋筒、大直徑集中下降管、水冷壁、水冷屏、蒸發管和汽水引出管。鍋筒設置分段蒸發系統[2]，鍋筒中部為凈段，兩側為鹽段。鍋筒中凈段的水進入爐膛內的水冷壁和水冷屏進行蒸發，鹽段礦化度較高的水進入尾部煙道的蒸發管進行蒸發。

由于鍋爐給水品質較差，礦化度達到2000 mg/L，在鍋筒內由于爐水蒸發濃縮，爐水的含鹽量更高。為確保鍋爐安全運行，鍋筒內分設鹽段和凈段，分段蒸發，控制鍋筒內鹽段電導率≤35 000 mg/L。并加大爐水排污率，但是控制排污率≤10%。

雖然鍋爐的水汽系統結構是針對高礦化度的油田凈化污水設計的，但是在生產過熱蒸汽的過程中，受油田注汽生產的負荷變化大、點停爐多的影響，爐管結垢和爐管內垢層脫落，造成管路阻力增大甚至堵塞管路，鍋爐爐管局部過熱強度下降而爆管，同時在應急處置過程中鍋爐爐管溫度的急劇變化和振動，造成其他部位的垢層脫落，形成循環流化床鍋爐并聯爐管的連續堵塞爆管，嚴重影響循環流化床鍋爐安全、經濟和穩定運行。

同時隨著稠油開采輪次的增加，油田凈化污水軟化水的礦化度從設計時的2000 mg/L 上升至6000 mg/L，地層中的鹽分隨著油田原油采出液進入系統，在目前無新增除鹽工藝的情況下，鍋爐用水的礦化度還會持續增長。鍋爐在生產過熱蒸汽的過程中，鍋爐給水經過10 倍濃縮蒸發（設計為10 的濃縮倍率），鍋筒內的爐水礦化度高達35 000 mg/L，高鹽度的水不可能無限制的外排，最終在鍋爐的自然循環管路中汽化，鹽垢析出附著在爐管內壁，影響鍋爐的安全運行。

循環流化床鍋爐投運至今，逐漸出現爐管結垢堵塞爆管泄漏事件（圖1、圖2）。分析垢樣，主要成分為含鈉的硅酸鹽，推斷結垢的主要原因是二氧化硅（SiO2）和鈉含量高（表2）。

圖1 爐管結垢以及下集箱內垢片堆積

圖2 垢片堵塞爐管后爐管過熱爆管

表2 油田用循環流化床注汽鍋爐爐管垢樣成分分析

2 清垢工藝優選

2.1 常規清垢工藝的應用難點

目前油田注汽鍋爐常用的清垢方式為物理清垢和化學清垢。在油田注汽用循環流化床鍋爐清垢方式選擇初期，受限于特殊的管路結構，常規投球、水射流等物理清垢工藝都不能解決自然循環并聯管束讓管多（變向程度大）、管徑?。ě?1×5 mm）、單獨管束的密閉穩壓問題，優先選擇化學藥劑除垢工藝。清垢施工工藝為堿煮→酸洗→滲透浸泡→再酸洗→再堿煮→再酸洗→再滲透浸泡→再酸洗→漂洗→鈍化→水洗的過程。堿煮使用為3%的NaOH 堿液，酸洗使用為6%～10%鹽酸+2%～5%助溶劑+2%抗氧化緩蝕劑的清洗液，滲透浸泡使用為用堿中和后加入7%滲透劑。

經過現場驗證，化學清垢效果不好的原因有4 個：①垢主要為硅酸鹽、碳酸鹽、鈉鹽、鐵鹽等復合型垢，常規的藥劑無法溶解；②鍋爐爐管垢層厚度不均勻，呈現自上而下遞增的趨勢，在下集箱出口的管束內，垢層最厚達到5 mm，而在上集箱進口的管束內沒有垢，造成藥劑配方很難做到在不腐蝕爐管的情況是完全溶垢；③主要還是并聯管束中存在藥劑流量不均勻，尤其是垢層越厚，藥劑流通量越小，甚至出現垢堵的爐管無藥劑流通的情況；④垢層被溶解后，垢成片狀、塊狀剝離脫落，順著管束下落，在轉向處堆積堵管，而化學清洗工藝無法逐根沖洗，造成化學清洗后堵管的數量大幅增加的后果。

2.2 高壓水射流+內窺鏡清垢技術

針對上述問題，急需新型清垢工藝，經過3 個階段的試驗優化，將管道疏通技術引入流化床鍋爐并聯管束清垢工藝，不斷改進優化最終形成高壓水射流[3]+內窺鏡技術，徹底解決鍋爐垢堵問題。

（1）自制清垢工具，利用管道疏通機將帶著鋼球、鋼絲球、布包的鋼絲，利用自制放管器準確定位集箱內管束管口位置，利用摩擦力量逐根疏通清理水冷壁、水冷屏等并聯管束內部垢皮（圖3）。高壓空氣、軟化水對鍋爐水冷壁、水冷屏等并聯管束內部進行沖洗，確保垢皮清理干凈，管束通暢。

圖3 自制的清垢工具

（2）油田采用驅動壓力為70 MPa、動力源為電機的GS70 高壓水射流清洗機自行定制萬向水射流槍頭、高壓軟管，解決槍頭在管束內轉向的難題，定制放管器密封管口，實現高壓水向下集箱流沖洗清垢的作用。再用內窺鏡逐根檢查爐管清垢效果，保障管線暢通，垢層剝離，清垢效果如圖4 所示。

圖4 高壓水射流+內窺鏡技術的清垢及效果

3 高壓水射流+內窺鏡清垢技術的推廣應用

現場利用鍋爐的年度檢修，采用高壓水射流+內窺鏡技術對鍋爐自然循環管路進行清垢作業，解決鍋爐運行過程中垢堵爆管的問題，實現鍋爐使用高礦化度的油田凈化污水的油田開發現狀，保障鍋爐的連續穩定運行。在循環流化床鍋爐使用成功后，大范圍推廣應用到新疆油田其他使用油田凈化污水的循環流化床鍋爐上，避免因油田開采程度的加深，鍋爐水質變化，使現有循環流化床鍋爐頻繁垢堵爆管無法正常使用，盤活新疆油田7 臺額定蒸發量為130 t/h 的循環流化床燃煤鍋爐，保證稠油熱采高品質蒸汽的穩定供應，保障新疆油田的稠油穩產。