加熱爐變頻除垢技術的應用

李華（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

加熱爐變頻除垢技術的應用

李華（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

目前大慶油田采油七廠加熱爐除垢技術是以化學藥劑為主，在使用中存在除垢效果差、加熱爐使用壽命短的問題。在加熱爐上使用“電脈沖變頻共振”技術，并對該技術進行了初步探討，通過實例、分析，論證了變頻除垢技術在油田應用的可行性。該技術一方面可以使加熱爐的積垢從煙火管上除去;另一方面可以阻止新垢的沉積，提高加熱爐的熱效率，延長加熱爐的使用壽命。

加熱爐 變頻除垢器 技術可行性

大慶油田屬高寒地區(qū)，地面集輸工藝離不開加熱爐，而油田采出水礦化度又較高，一般在4000 m g/L以上，如果不采取除防垢措施，就會導致熱交換部件結垢，加熱爐熱效率降低，增加耗氣。油田加熱爐除防垢技術，目前以加阻垢劑為主，但從運行來看，存在加藥成本高、加藥裝置使用壽命短、造價高、藥劑質量穩(wěn)定性差等問題。因此，油田加熱爐除防垢技術除了繼續(xù)開發(fā)效率高、成本低的高效阻垢劑外，另一條途徑就是應用物理方法除垢。“電脈沖變頻共振”技術已推廣應用到眾多領域，取得了顯著的節(jié)能降耗作用，目前正應用到加熱爐除垢上。

1 加熱爐防垢的工作現(xiàn)狀

目前大慶油田采油七廠處理加熱爐的防垢方法，主要以化學加藥（阻垢劑）為主，來降低水的硬度，或者采用離子交換樹脂法、滲透法，除去水中的鈣鎂離子。以敖包塔作業(yè)區(qū)為例，每天加藥3k g，通過加藥裝置把藥輸送到加熱爐內(nèi)，其處理的效果與操作人員的素質密切相關。如操作人員責任心不強，技術水平低，就會使水處理效果達不到要求，加藥的時間沒有一定的規(guī)律，達不到防垢、除垢的目的，此外藥劑的揮發(fā)還會造成空氣污染。二合一加熱爐和火筒加熱爐結垢主要是在煙火管上，水套加熱爐結垢主要是在盤管內(nèi)，加熱爐結垢后，如不及時處理會造成加熱爐熱效率降低，耗氣量急劇增加，加熱爐的使用壽命縮短。另外，由于火管結垢后熱傳導不好，導致火管鼓包現(xiàn)象增多，增加了大修的工作量，因此人們期待一種新的除防垢技術。

2 電脈沖變頻共振除垢的應用原理

2.1 變頻除垢器的物理原理

通常水中80%的水分子是由氫鍵締合成水分子團形式，這種水分子團對碳酸鈣（水垢）的溶解程度較低，使水垢很容易析出，變頻共振就是向水中施加一個與其自然頻率相同的頻率，從而引起水分子團產(chǎn)生共振。共振的結果，使氫鍵斷開，水分子團變成單個的極性水分子，極微小的水分子可以滲透、包圍、疏松、溶解、去除加熱爐、鍋爐等熱交換系統(tǒng)內(nèi)的老垢，因而提高了水的活化性和對水垢的溶解度。同時浮在水中的鈣離子和碳酸根離子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸鈣體，其表面無電荷，因此，不能再吸附在熱交換部件上，從而達到除垢防垢的目的。

2.2 變頻除垢器的共振原理

由于不同條件下的溫度、硬度、黏度、p H值不同，其內(nèi)部的自然頻率就不同，所以其共振頻率也就不可能相同。因此，只有采用變頻共振技術，才能確保在任何水質條件下的水分子產(chǎn)生共振，從而達到除垢、防垢的效果。變頻是手段，共振是目的，沒有變頻，就不可能保證對任何水質都能夠產(chǎn)生共振，也就是說不能保證對任何水質都能達到除垢、防垢的效果。

3 電脈沖變頻共振技術的特點

1）體積小、質量輕，安裝方便、靈活。設備本身質量5 k g，可以直接安裝在加熱爐旁邊，甚至于掛在墻上；反映器為纏繞在管道外部的線圈，施工方便，周期短。

2）功耗小，運行費用低廉。變頻除垢器耗電功率為0.1k W，而一臺加藥裝置，電動機功率就可達2.2k W。

3）除垢效果穩(wěn)定。與加阻垢劑相比，變頻除垢器無需控制藥品質量，只要設備運行正常，就會有穩(wěn)定的效果。

4）建設投資較少。由于變頻除垢器體積小，無須加藥，因此節(jié)省了加藥時間、儲藥時間和加藥管道的建設費用。

4 電脈沖變頻共振技術實施效果

近幾年，電脈沖變頻共振技術在各個行業(yè)得到廣泛的應用。現(xiàn)以大慶油田第五采油廠使用電脈沖變頻共振技術為例，采油五廠從2009年開始應用該技術，取得了一定的效果。

從2009年開始，在采油五廠杏南八轉油站開始實驗應用變頻除垢器，2010年在杏南八轉油站和杏南二轉油站正式使用。經(jīng)過一年多的運行，2010年7月對杏南八和杏南二轉油站二合一加熱爐進行了開罐檢查，經(jīng)過檢查杏南二轉油站加熱爐發(fā)現(xiàn)，罐底部聚積近50c m從煙火管及爐體內(nèi)部脫落的垢質沉積物。

從杏南二轉油站加熱爐煙火管的結垢情況可以看出，煙火管上的垢質大部分脫落，煙火管上僅存留1~2c m疏松軟垢質，可以輕易去除，部分管段已露鐵，說明變頻結垢器一方面可以除去煙火管原有的垢，另一方面可以阻擋新垢的產(chǎn)生及附著，效果明顯。

對杏南八轉油站2#加熱爐進行開罐檢查，發(fā)現(xiàn)加熱段底沉積1~2mm的薄垢，罐內(nèi)煙火管及罐壁上基本無垢質。對加熱爐薄垢進行分析，認為杏南八轉油站運行方式為集中熱洗，在正常運行時啟用1臺加熱爐，另一臺加熱爐為停運或烘爐狀態(tài)，當熱洗時才同時啟運2臺加熱爐，薄垢是在加熱爐停運時逐漸產(chǎn)生，在啟運時脫落。

從杏南八轉油站加熱爐的運行狀況看，變頻除垢裝置可以有效阻止垢質的產(chǎn)生、附著及沉積在加熱爐的煙道管上，可以保證加熱爐高效安全運行。

5 電脈沖變頻共振技術經(jīng)濟效益

目前采油七廠年產(chǎn)原油160×104t以上，以全廠每天在運的加熱爐75臺次，加熱爐平均日耗氣2500m3。如果其中有70%的加熱爐使用電脈沖變頻共振技術，一方面可以使加熱爐的積垢從煙火管上除去，另一方面可以阻止新垢的沉積，提高加熱爐的熱效率，延長加熱爐的使用壽命。

根據(jù)測試結果，可提高爐效3%~5%，每座轉油站日節(jié)約耗氣量200m3以上，年節(jié)約耗氣費用58400元。以敖聯(lián)為例，每天加3k g阻垢劑，年節(jié)約阻垢劑費用為5366元。而投入1臺電脈沖變頻共振裝置只需8000元，使用年限3年以上。

6 結論

1）電脈沖變頻共振技術應用到加熱爐上，能夠起到除垢、防垢的作用，降低加熱爐的耗氣量。

2）電脈沖變頻共振技術能提高加熱爐的熱效率，延長其使用壽命。

3）加熱爐變頻除垢技術可以逐漸取代加藥除垢技術，未來應用前景廣闊。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.010

李華，2005年畢業(yè)于大慶石油學院，從事油田地面工程工作，E-mail：wuyanqing@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠敖包塔作業(yè)區(qū)地質隊，163517。

2011-12-20）