海上油田熱介質鍋爐常見故障淺析

董海杰

一、前言

海上平臺以及FPSO（Floating Production Storage&Offloading Unit，浮式生產儲存卸貨裝置）是油氣處理、儲存的生產設施，原油中油氣水分離的處理過程需要一定的熱源。一般在海上都配備幾臺熱介質鍋爐，通過燃燒燃料來加熱熱介質油，作為生產流程和儲油艙等的加熱源。為了保證熱介質鍋爐持續運轉，熱介質鍋爐都采用雙燃料形式，柴油/天然氣或柴油/原油。

二、應用現狀

1988年在海洋石油友誼號FPSO上首次將熱油爐成功應用，目前熱油鍋爐已廣泛應用在海上油田及陸地各油氣處理廠。近幾年在FPSO上采用熱介質鍋爐的情況如下：

海洋石油112FPSO配備3臺由德國BAY公司制造的三燃料熱介質鍋爐，它能夠實現在原油、柴油和天然氣燃料之間的切換。海洋石油115FPSO配備3臺由碧海舟石油化工設備公司制造的熱介質鍋爐，以油田生產的原油和柴油為燃料，其中，油田生產的原油為主燃料，柴油為啟動和備用燃料。海洋石油116FPSO配備3臺由碧海舟石油化工設備公司制造的熱介質鍋爐，以油田生產的伴生氣和柴油為燃料，其中，油田生產的伴生氣為主燃料，柴油為啟動和備用燃料。

長青號FPSO配備3臺由德國BAY公司制造的雙燃料熱介質鍋爐，以油田生產的伴生氣和柴油為燃料，其中，油田生產的伴生氣為主燃料，柴油為啟動和備用燃料。

明珠號FPSO配備3臺由美國ECONO-THERM公司生產的雙燃料熱介質鍋爐，以油田生產的伴生氣和柴油為燃料。

這些熱油鍋爐燃燒器分別采用德國的RAY和SAACKE，英國的HAMWORTHY產品。

在海上使用的這些熱介質鍋爐，用于給生產系統和儲油艙等艙室的加熱。一般熱介質鍋爐所排出的煙氣，還通過排氣支管和控制閥門被引到惰氣發生裝置，進行再次利用生成惰性氣體，作為貨油艙的覆蓋氣，達到節約燃料的目的。

三、熱介質鍋爐簡介

熱介質系統主要由安全保護裝置、流量監測系統、燃燒器系統、燃料供給橇塊、CO2滅火系統、儀表自控系統和閥組、循環泵橇(帶旁通過濾調節裝置)、熱介質膨脹罐和儲存罐等組成。

燃料在加熱爐爐膛內燃燒，產生熱量，并分別以輻射和對流形式將熱量傳遞給作為中間載熱體的熱介質油，由熱介質油循環泵建立熱介質油加熱系統的循環。加熱后的熱油在用戶換熱設備中與用熱工質進行換熱，將燃燒產生的熱量間接傳給用熱工質，實現加熱的目的。換熱后的介質油再返回到加熱爐里進行二次加熱。如此循環往復，實現連續加熱用熱工質。介質油經加熱爐完成介質油加熱的目的，可為用熱用戶提供低壓且壓力及流量穩定的高溫熱源。

1.燃料系統

熱介質鍋爐所使用的燃料包括氣體燃料（天然氣）和液體燃料（柴油或原油）。油田伴生氣經過處理、過濾、減壓后送給鍋爐的燃燒器燃燒；當生產關斷或天然氣壓力不足時，通過供給泵，為鍋爐提供柴油燃料。

2.鍋爐進氣系統

進氣系統有3個作用，一是少量的壓縮空氣用來霧化燃油；二是作為燃料燃燒必不可少的空氣；三是部分空氣可降低爐溫，也可用來作為爐膛的清掃氣。

3.控制系統

控制系統由控制柜和現場一次儀表、調節閥等組成。控制柜是整個控制系統的核心，也是決定熱介質鍋爐能否安全、可靠、高效運行的關鍵。用來完成鍋爐的啟動和停止以及運行參數的監測和應急情況下的關停。

4.惰氣保護系統

用于防止導熱油在高溫狀態氧化。膨脹罐壓力＜30kPa時，膨脹罐惰氣入口管線調壓閥緩緩打開，以允許惰氣補充進入膨脹罐內；膨脹罐壓力＞50kPa時，膨脹罐放空管線調壓閥緩緩打開，進行卸壓，將膨脹罐壓力穩定在30～50kPa。

四、故障與分析

1.點火故障

（1）點火線圈故障。造成點火故障的部分原因多是由點火線圈引起的，應具體檢查點火線圈，從燃燒器上取下點火線圈，檢查其火花塞的間隙應在4～5mm，如不合適則要調整。必要時在安全的情況下讓點火線圈在點火器外（空氣中）點火測試，觀察點火情況。如不產生火花，則需要更換火花塞或檢查點火控制回路是否有問題，如產生火花，則將點火線圈復位。

（2）點火空氣與燃氣比例不當。點火時空氣與燃氣的比例不合適，是造成不能正常點火的另一主要原因。空氣與燃氣的比例在現場到底是多少，無法準確測量出來，目前所使用的點火燃氣壓力與空氣壓力的比值，都是通過經驗積累總結出來的。具體檢查時，可觀察燃氣壓力與空氣壓力混合比值的螺栓旋鈕是否在正常位置，如不是，則調整到正常位置。如螺紋旋鈕在正常位置，則手動調節點火燃料氣管線入口減壓閥旋鈕，使出口壓力表指示在要求位置試點火，如不成功，則需要再對減壓閥進行微調，升高或降低減壓閥的出口壓力，直至點火成功。

（3）燃氣關斷閥故障。安裝在點火燃氣管線上的兩臺關斷閥發生故障的幾率很低，但由于長時間的使用，不得不將它們發生故障造成不能正常點火的原因考慮在內。點火時觀察兩臺關斷閥是否動作，如不動作則需要檢查閥門的儀表控制回路是否正常，必要時須將閥門解體檢修。

2.主燃料氣故障

主燃料氣故障通常指在點火成功之后，鍋爐開始正常燃燒或處于正常燃燒中，由于某種原因造成鍋爐燃燒不正常，產生火焰故障報警致使鍋爐停機。

（1）檢查主燃料氣管線的入口壓力是否正常，如不在正常范圍內，則要檢查生產流程。

（2）檢查主燃料氣管線上的兩臺關斷閥是否有故障現象，同時檢查關斷閥的控制回路，是否功能正常。必要時將閥門拆下解體進行維修。

（3）檢查主燃料氣管線上的壓力開關是否誤動作，假如它們產生燃氣低，低壓誤報警，也會造成鍋爐停爐。必要時對設定值進行調整或更換壓力開關。

3.空氣回路故障

空氣回路是為鍋爐穩定的燃燒提供充足氧氣的保障，此回路出現問題，將直接影響鍋爐的燃燒質量，嚴重時會造成停爐。空氣回路主要由送風機和管線組成，因此，當判斷由于空氣回路故障導致鍋爐產生火焰故障關斷后，要從送風機和控制閥入手。熱油爐送風機為離心式風機，其功用是為熱油爐的燃燒提供充足的空氣。

（1）風量不夠與增大。其原因很多，如進出口管道過長、過細、轉彎過多；管道、閘門和網罩被煙灰、塵土、雜物堵塞，管道系統中閘門開度過小。另一個原因是泄漏損失增大，即葉輪與進風口的間隙過大（其結構相當于離心泵葉輪的口環與阻漏環），增大了內漏，或是進出口管道破裂、管道法蘭不嚴，造成嚴重漏氣等。

（2）風壓不夠與過高。風壓達不到要求或過高時，有可能是風機的轉速低于或高于風機原來規定的轉速。

（3）風機振動。轉子不平衡，葉片因腐蝕、磨損、臟污或平衡配重脫落等原因失去平衡；葉輪或轉軸在運輸，安裝或長期停用期間變形。機座、管路安裝不當或剛度不足引起共振。軸承損壞或間隙過大。聯軸器對中找正不當，同軸度和平行度偏差太大。固定在軸上的葉輪等部件松動或變形，與機殼或進氣口等碰擦。管路阻力大，工況點落入不穩定區導致喘振。

（4）軸承過熱。風機大部分采用滾動軸承，滾動軸承的正常溫度應≤70℃，運轉中發現軸承溫度超過正常值3～5℃但能穩定時，應查明原因并采取措施。如溫度繼續上升超過允許值時應立即停機檢查。

常見原因有：潤滑油（脂）過少或過多（應不超過軸承座空間的1/3～1/2），質量不良或變質（如黏度不合適、雜質或水分過多、抗乳化性差）。軸承損壞或安裝不良：例如軸承外圈與軸承座間隙過大或過小，軸承內圈與軸配合間隙過大或過盈量太大，前后軸承不同軸，軸承歪斜，軸承蓋壓得太緊。

4.控制系統故障

（1）安裝在燃燒器上的火焰監測器鏡頭臟污或故障，不能探測到火焰而造成停爐。解決方法是將監測器拆下，清潔鏡頭表面，必要時對火焰監測器進行更換。

（2）自動程序控制器出現問題，點火成功后不能發出打開主燃料氣管線上的兩臺關斷閥的命令，造成鍋爐燃燒器由于缺少燃料而熄火，產生火焰故障報警。解決方法是對程序控制器進行檢測，必要時更換。

5.燃燒不充分

鍋爐運行時，由于燃燒用的空氣不充足會導致燃料的不完全燃燒，從爐外部觀察，明顯的跡象是排氣管溫度迅速增加，排煙處冒黑煙。由于鍋爐內部結構件過熱，有可能引起永久性損壞和對結構鋼的永久破壞，所以在操作過程中要盡量避免這種現象。操作上行之有效的辦法是降低燃料的供給或加大風門。假如增加了它所能接受的空氣量（風門處于最大位置）后仍不足以消除，就必須將燃燒率進行臨時減小，黑煙會有較大緩解。

產生黑煙現象的原因除操作原因外，還有可能是主燃料供給管路上的兩臺自立式調節閥失靈或卡死在某一較大位置，造成較大壓力的燃料氣供給到燃燒器，使控制閥全部打開后仍不能使燃料氣進行充分燃燒。解決方法是手動調節壓力自控閥使燃料氣壓力降低，降低燃燒率。如壓力調節無效，則需要將閥體進行解體檢查，必要時進行更換。

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