相变加热炉在新疆油田的应用.pdf

工业锅炉
2011年第5期(总第129期)
文章编号:1004-8774(2011)05-36-04
相变加热炉在新疆油田的应用
詹有辉,贡军民,肖浪,林森
新疆油田公司机械制造总公司,克拉玛依834000
Application of Phase Change Heating Furnace
in Xinjiang Oil Field
ZHAN You-hui, Gongjun-ming, XIAO Lang, LIN Sen-ming
第一作者:詹有辉
(Xinjiang Petro Administration Bureau Manufacture
(1981-),2004年
General Company, Kelamayi 834000, China)
毕业于映西科技大
学过程装备与控制
摘要:相变加热炉作为一种集高效、安全、节能等诸多优点的新炉型,逐步替代传统水套工程专业,工学学
炉,越来越多的应用于油气处理及集输领域。然而在新疆油田的推广中经历了5年时间,到目士,工程师,现主要
前为止仍没有大规模应用。通过对相变加热炉在新疆油田应用中出现的一些问题进行分析,提从事锅炉、压力容器
出了相应的解决方案,并对目前仍然存在的问题提出了设想。目的在于促进相变加热炉不断改设计与研究工作。
进,推动在油田大规模推广应用。
关键词:相变加热炉;应用;解决;结垢;压降
中图分类号:TK229
文献标识码:B
↑蒸汽
加热炉在油田生产中用于原油及天然气加热。
与传统的水套加热炉相比,相变加热炉采用智能温
度控制系统,原油出口温度控制在设定目标温度
土2℃之间;在负荷适应性方面,能够在30%
120%额定功率间正常工作,另外具有热效率高、安
全可靠、节能等优点,获得油田用户越来越多的应
用。然而在新疆油田并没有得到大规模推广应用
图1作原理图
本文旨在通过调査在用相变加热炉实际运行中出现2相变帅运行中存在的问题及产生的原因
的问题,剖析其产生原因,促进相变加热炉设计制造2.1在用相变加热炉概况
不断完善,更好地服务于油田生产。
新疆油田在用相变加热炉从炉体结构上可分为
1相变加热炉工作原理
一体式和分体式,从工作压力上可分为正压相变炉
燃烧器在炉体下部炉胆中将燃料(天然气或渣和真空相变炉,可配一组或多组换热器,实现多组介
油)充分燃烧(见图1),热量通过炉胆传递到外部的质加热需求。
软化水,软化水被加热汽化成蒸汽,蒸汽与换热管接
真空相变炉一般应用于被加热介质流量较小及加
触后,释放出汽化潜热后凝结成液滴,该过程中软化热要求不高的场合,其工作压力小于0.1MPa,未列入
水加热汽化、换热后变为液态,即气态一液态变化的压力容器管辖范围。优点是造价低廉、运行安全、维护
过程中,完成热量的交换与传递。
成本低。正压相变炉应用于介质处理量大及加热要
求高的工况,采用微正压设计,提高了蒸汽温度强化
换热,优点是可加热多组工质、热效率高、加热效果
好、运行安全。糾2、图3分別是两种典型炉型。
收稿日期:2011-04-11
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经验交流?
相变加热炉在新疆油田的应用
过程中如果相变炉原油加热盘管压降过大,将直接
降低分离器原油处理量,同时对分离器的安全运行
造成隐患。分析表明,很多设计单位在设计换热器
时对压降过大的危害性认识不够,采用较小直径换
热管,并采用蛇形管束形式,形成压降过大这一客观
事实。因此,解决压降过大的问题必须从设计上进
行改进,尽可能降低压降。建议一体式加热炉换热
管束采用较大管径换热管,同时采用多程设计;分体
一蒸汽发生器2一烟囱3一蒸汽分配管
式加热炉采用浮头式换热器,同时选用较大直径换
4一换热器5一蝶阀
热管束。
图2分体式相变加热炉
新疆油田采油一厂2007年购置2台1500kW
分体式真空相变炉,在使用中发现压降过大,后对换
热器进行更换,该换热器采用57无缝钢管作为换
热管,通过现场实际应用,在进油压力为0.25MPa
条件下其出油压力为0.22MPa,压降为0.03MPa,
符合运行要求。
2.3.2相变炉颍繁启停
讨论这一问题之前,有必要对相变加热炉的控
制原理进行简单介绍。目前在用相变加热炉控制方
一控制间2一燃烧器3一炉体4一工质进出口
式都采用出口介质温度控制燃烧器负荷增减以及启
图3一体式相变加热炉
停炉动作;当介质温度达到设定值时,控制系统反馈
2.2在用相变炉存在的普遍问题
给燃烧器一个负荷降低信号,当负荷降至最小负荷
通过对新疆油田在用加热炉的使用情况调查
时,介质温度仍然上升直至设定值的最高限,控制系
目前存在的典型问题有加热盘管压降过大、多组介统发出停机信号,相变炉停炉。当介质温度降低至
质炉型无法完成各组介质加热温度的精确控制(一
设定值的下限,控制系统发出启动信号,相变炉重新
般只能选择一组介质进行精确温度控制)、使用中启动。在这一过程中关键因素就是介质出口温度
频繁启停炉、换热管柬结垢等因素。
出口温度忽高忽低引起燃烧器颊繁启停。
2.3原因分析及解决方案
分析其根本原因,在于被加热介质流量不稳定。
2.3.1加热盘管压降大
以某原油集中处理站相变加热炉为例,对该问题进
在原油集中处理过程中比较明显。原油处理站行了深入分析。该相变炉由3台独立的换热器组
在工艺设计上采用外部管输油,依靠来油自身压力成,分别承担来液加热、采暖水加热及争化油加热。
通过分离器,经油气分离器将原油和天然气进行分工艺上要求来液净化油加热温度为60℃,采暖水
离,出油直接进入相变加热炉完成原油加热。这
要求70℃以上(某站来液量见表1)。
表1某站来液景统计表
时间
随机调取了其中两天的运行数据(分别编号为①、②),其中每2小时记录一次
①23.025.028.026.010.011.014.011.521.021.526.025.0
液量(m'/h)
②27.026.011.011.57.59.025.524.026.025.024.022.0
18
22
8
含水率(%
①18.4020.5021.0020.306.708.809.808.20171.2016.3019.5019.25
油量(m/h)221.0020.808.258.006.007.0014.1017.5019.3019.0018.7016.50
水量(m2/h)
①4.604.507.005.702.302.204.202.33.805.206.50
26.005.202
6.706.005.305.50
①15
15
13
14
13
温度(℃)
6
15
15
4
14