火焰偏燒調(diào)節(jié)器在濕蒸汽發(fā)生器中的應(yīng)用

顧永強(qiáng) 畢新忠 楊詩(shī)玉 劉洪強(qiáng)

作者通聯(lián)：中石化勝利油田分公司孤東采油廠 山東東營(yíng)市 257237

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孤東油田九區(qū)注汽站濕蒸汽發(fā)生器（也稱注汽鍋爐）近兩年因多種原因出現(xiàn)8根爐管鼓包、爆管等安全事故隱患，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，影響注汽開發(fā)的正常進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)分析表明，火焰偏燒是造成爐管局部過熱導(dǎo)致鼓包、爆管的根源。爐管爆管已成為制約注汽安全生產(chǎn)的瓶頸問題。鍋爐爐管鼓包、爆管在油田注汽鍋爐中很普遍，危害極大。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全國(guó)油田熱采行業(yè)因鍋爐爐管爆管每年造成的經(jīng)濟(jì)損失上千萬元，且目前無徹底的解決辦法。因此，鍋爐爐管爆管問題成為注汽熱采行業(yè)亟待解決的問題。

1.火焰偏燒產(chǎn)生的原因分析

濕蒸汽發(fā)生器的構(gòu)造主要分為混合霧化段、燃燒輻射段、對(duì)流段三部分。混合霧化段將空氣與燃油混合霧化后進(jìn)入燃燒輻射段燃燒腔燃燒，爐管中的高壓軟化水先經(jīng)過對(duì)流段傳導(dǎo)升溫，再進(jìn)入輻射段通過熱輻射方式，將燃油燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給進(jìn)入爐管中的高壓軟化水，使?fàn)t管內(nèi)的低溫水成為設(shè)計(jì)溫度的飽和蒸汽，并進(jìn)入外輸注汽干線中。

爐管中的高壓軟化水在爐膛內(nèi)部的輻射段達(dá)到最高溫度，即達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。爐膛內(nèi)部輻射段爐管由56根每根長(zhǎng)約13m的爐管串聯(lián)而成，爐管緊貼爐膛內(nèi)壁。

濕蒸汽發(fā)生器燃燒器的火焰燃燒控制器因振動(dòng)和溫差變化等原因火嘴易偏離爐體中心線，進(jìn)而造成火焰偏燒。但是，由于燃燒器中的燃燒槍在爐內(nèi)，火嘴因振動(dòng)等原因偏離中心線后無調(diào)整手段。

由圖1可看出，燃燒器火焰在爐膛內(nèi)狀態(tài)以居中為最佳。但鍋爐經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，使火嘴因振動(dòng)和溫差變化，而造成火嘴偏離中心線。正常情況下，火焰最寬部距離火嘴根部6.5m，寬為2m，火焰夾角α為8.7°，查23t/h濕蒸汽發(fā)生器燃燒器技術(shù)規(guī)范得知，火焰外緣離爐管壁允許距離為0.4m。

圖1 爐膛火焰分析圖

計(jì)算表明，火焰偏燒時(shí)，火焰夾角變化對(duì)單側(cè)火焰高度h的變化影響很大。在正常狀態(tài)下：

當(dāng)α變化1°，即△α＝1°時(shí)，根據(jù)微分原理可計(jì)算火焰夾角出現(xiàn)小角度（1°）偏移時(shí)，則單側(cè)火焰高度的變化△h：

就是說，只要火嘴夾角偏移1°（π/180）角，則火焰向另一側(cè)偏移11.6cm。此時(shí)，火焰外緣一側(cè)與爐管壁距離為0.384m，即產(chǎn)生火焰偏燒現(xiàn)象。當(dāng)火焰偏離中心2°時(shí)將嚴(yán)重偏燒，即所謂的燎烤爐管，使局部爐管過熱，從而造成爆管事故。

2.火焰偏燃調(diào)節(jié)器的研制

由上述分析，火焰偏燒是由于火嘴偏離中心線所造成,如果將火嘴用合理的方法回復(fù)到中心線，則能從根本上解決火焰偏燒問題。由于三角形的穩(wěn)定性高于其他結(jié)構(gòu)的形狀支撐，并且調(diào)節(jié)方便，因此設(shè)計(jì)了以三腳支撐為主導(dǎo)結(jié)構(gòu)的火焰偏燒調(diào)節(jié)器（圖2）。

圖2 火焰偏燒調(diào)節(jié)器剖面圖

調(diào)節(jié)器火嘴固定端選用5mm厚不銹鋼板制作六棱形套筒中心螺母并用螺帽焊接緊固于混合段。對(duì)稱的3根棱形反扣螺紋調(diào)節(jié)桿，減少對(duì)配風(fēng)的影響并能有效支撐住火嘴。調(diào)節(jié)螺桿為左、右扣細(xì)牙螺紋，通過雙向調(diào)節(jié)套筒和加固緊螺帽，達(dá)到精確調(diào)節(jié)固定的作用，3根正扣螺紋調(diào)節(jié)桿以圓筒形鑄件外殼為支撐。根據(jù)觀察火焰偏燒方位，定位3個(gè)支撐位置，進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

2008年8月初一套調(diào)節(jié)器在九區(qū)G101鍋爐試驗(yàn)，跟蹤觀察火焰燃燒狀態(tài)，細(xì)致調(diào)整火焰偏燒角度。

第1次調(diào)節(jié)，火焰向中心線移動(dòng)，但仍有點(diǎn)一定程度的偏燒，第2次調(diào)整后，火焰基本居中，第3次調(diào)整達(dá)到較理想狀態(tài)，比調(diào)整前有了很大的改善，完全解決了鍋爐偏燒問題。

在G101爐應(yīng)用火焰偏燃調(diào)節(jié)器取得成功后，又在九區(qū)G102爐及其他兩座注汽站上推廣應(yīng)用，均取得了很好的效果，徹底解決了鍋爐火焰偏燒的技術(shù)難題。

應(yīng)用實(shí)踐表明,火焰偏燒調(diào)節(jié)器主要優(yōu)點(diǎn)有：①火嘴不再偏離中心線,偏燒問題得到徹底解決,且穩(wěn)定性好。②降低了操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度,只須定期校定燃燒器配風(fēng)、燃油、霧化參數(shù)，使其合理匹配即可。

火焰偏燒調(diào)節(jié)器能在不破壞燃燒器布局、不損壞燃燒器件、不影響燃燒效果的情況下，達(dá)到精確定位調(diào)節(jié)偏燒的目的，在注汽鍋爐上推廣后均取得了很好的效果。現(xiàn)場(chǎng)鍋爐爐管壁厚測(cè)試表明，鍋爐爐管使用完好，未出現(xiàn)局部變薄、鼓包、產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的目的。

火焰偏燒調(diào)節(jié)器的應(yīng)用大大降低了鍋爐因偏燒而造成的爆管事故發(fā)生率，延長(zhǎng)了爐管使用壽命。經(jīng)初步計(jì)算安裝火焰偏燒調(diào)節(jié)器后，每臺(tái)鍋爐一年節(jié)約維修費(fèi)用10余萬元。保障了注汽的正常運(yùn)行，徹底杜絕了因火焰偏燒造成的安全隱患。