油田加熱爐煙塵治理技術(shù)研究及應(yīng)用

王慶林李瑞峰任鐵成劉子浩

（1.華北油田第三采油廠；2.華北油田公司長治煤層氣勘探開發(fā)分公司）

油田生產(chǎn)過程中，由于原油物性差，具有高凝固點、高含蠟、高黏度等三高特點，單井及泵站輸送困難，為解決這一問題，現(xiàn)場常用的辦法是：化學(xué)方法，通過在原油中添加防蠟、降黏、降凝藥劑，降低原油凝固點和黏度，實現(xiàn)安全輸送；物理升溫方法，通過對輸送介質(zhì)加熱升溫，降低原油黏度，從而降低輸送管壓，提高集輸系統(tǒng)安全可靠性。由于油井生產(chǎn)過程中原油物性是不斷變化的，不同的油田、不同的油層、同一油田不同生產(chǎn)階段存在較大差異，應(yīng)用化學(xué)方法降低輸送壓力存在困難，藥劑配方必須根據(jù)不斷變化的原油物性經(jīng)常進行調(diào)整，由于藥劑配方調(diào)整滯后，給生產(chǎn)帶來不利影響，因此，現(xiàn)場多采用加熱的方法。

1 加熱爐技術(shù)及存在問題

加熱爐運行過程中，燃料油為生產(chǎn)系統(tǒng)自產(chǎn)原油，僅經(jīng)過簡單脫水處理，未進行提純，因此含有較多的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟等重質(zhì)成分，并且燃燒器霧化效果差導(dǎo)致燃燒不完全，會產(chǎn)生大量煙塵。原來應(yīng)用的方箱式加熱爐，爐墻為耐火磚砌制而成或水泥預(yù)制板，分輻射室和對流室兩部分，爐膛體積較大，煙塵沉積在爐膛內(nèi)，熱效率較低。為提高加熱爐熱效率，引進了高效直接管式加熱爐和真空加熱爐，其設(shè)計理論熱效率在85%～90%，運行中增加了吹灰功能，燃燒產(chǎn)生的煙塵經(jīng)煙囪排出爐體，隨風(fēng)四處飄散，不僅污染站場生產(chǎn)環(huán)境，而且污染周圍農(nóng)田、莊稼，影響生產(chǎn)正常進行。

在采取定期清理爐膛內(nèi)積灰的同時，研究煙塵治理技術(shù)，通過研制新型裝置去除煙塵中的較大顆粒，實現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)。

2 加熱爐煙塵治理技術(shù)研究

對于加熱爐煙塵治理，基本上有兩條解決途徑：

1）從根本上解決，即改變加熱方式，由目前的燃油加熱爐加熱改為其它加熱方式，如電加熱，太陽能加熱等，或采用性能優(yōu)良的燃料，如天然氣（有的油田伴生氣量很少，不具備使用條件）、柴油，或改善燃料油的燃燒性能等，但從經(jīng)濟和技術(shù)角度分析，不僅成本高，而且對于燃料改性技術(shù)的研究尚未見相關(guān)報道。

2）治標的辦法，既然不能從根本上解決問題，只能具體問題具體分析，即如何減少煙塵的排放，把對環(huán)境的影響降到最低限度，實現(xiàn)達標排放。

2.1 目前國內(nèi)煙塵治理技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)煙塵性質(zhì)不同所，采用的處理方法主要有濕式除塵器、靜電除塵器、重力旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器四種類型，它們的優(yōu)點、缺點、對燃油煙塵處理的有效性及適用范圍情況，見表1。

在用于燃油煙塵處理時，以上方法措施均不能從根本上解決煙塵對環(huán)境所造成的污染。

表1 四種除塵器的有效性及適用范圍

2.2 除塵技術(shù)簡介

目前，國內(nèi)針對大型燃油加熱設(shè)備的除塵技術(shù)尚沒有成型的技術(shù)措施和辦法，通過對國內(nèi)各類煙塵治理技術(shù)分析對比和技術(shù)方案篩選，同時在對有關(guān)的專利技術(shù)進行消化，加以改進和初步論證的基礎(chǔ)上，形成了油田大型燃油設(shè)備的煙塵治理技術(shù)方案。針對某站加熱爐除塵問題，采取新型高效旋流除塵措施進行治理。

2.2.1 高效旋流除塵裝置結(jié)構(gòu)原理及性能

針對傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器存在的不適應(yīng)，開發(fā)研制了高效旋流除塵器，它由進口管、外筒體、內(nèi)筒體、導(dǎo)流整流器、錐筒體、排放管、出口管等部件構(gòu)成。內(nèi)筒體是一種錐筒體，錐筒體的側(cè)壁向外傾斜α角或者向內(nèi)傾斜-α角，α在-20°～20°之間。根據(jù)除塵的不同要求，還可以設(shè)置專門的導(dǎo)流裝置。

α角可以更好地適應(yīng)不同場合的除塵需要。當(dāng)α≥0時，旋流式除塵器可用于顆粒物質(zhì)的分級。當(dāng)α≤0時，可用于調(diào)整旋流量和除塵效率。

內(nèi)筒體的中間外徑A1與外筒體的外徑A之比值在30%～90%之間。這一尺寸比可使壓降更低、放大效應(yīng)更小、分離效率更高、能耗更低，而且效果顯著。

進口管的橫剖面為菱形，與外筒體呈蝸旋連接。菱形的上邊與水平面的夾角β在0～80°之間，這一夾角有利于對進入環(huán)隙的流體的導(dǎo)流。上、下支撐裝置與水平面夾角γ在0～45°之間，有利于對進入環(huán)隙的流體導(dǎo)流。

2.2.2 性能指標

◇該除塵裝置進出口壓降500～900 Pa；分割直徑d50從3～5μm下降至1.5μm。

◇該除塵裝置對于1～3μm的粉塵，除塵效率達到了95%以上，分割直徑d50下降至0.5μm左右，壓降不大于2 500 Pa。對于5μm以上的粉塵，除塵效率達到99.5%～100%。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

某聯(lián)合站目前有5臺熱水加熱爐，均為直接管式加熱爐，經(jīng)現(xiàn)場確定在其中的3#加熱爐進行除塵試驗。其主要技術(shù)參數(shù)：加熱功率2330 kW，風(fēng)機7.5 kW，風(fēng)量約3000～6000 m3/h，排煙溫度約240℃左右，為防止對流室爐管積灰，影響加熱爐運行熱效率，需定期對對流爐管吹灰，吹灰周期為每8小時2～3次。

為滿足現(xiàn)場的實際狀況，將整個除塵系統(tǒng)進行了集成并橇裝化，對橇裝后的系統(tǒng)也進行了基礎(chǔ)硬化處理。

整個控制系統(tǒng)可手動/電動兩用，系統(tǒng)的電動控制集中在加熱爐操作間進行。

除塵裝置安裝前，站內(nèi)地面隨處可見飄落的煙塵顆粒大如雪片，小如米粒，清掃困難，環(huán)境污染狀況比較嚴重。本除塵系統(tǒng)試運行后，對3#加熱爐的點爐、吹灰所產(chǎn)生的煙塵進行了有效處理，現(xiàn)場環(huán)境大為改觀。經(jīng)華北石油管理局環(huán)境監(jiān)測站進行現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)證明，應(yīng)用該除塵裝置后，煙塵排放量由除塵前的151mg/m3，下降到31.2mg/m3，符合GB 13271—2001《鍋爐大氣污染物排放標準》的要求。

4 結(jié)語

該加熱爐除塵系統(tǒng)能夠去除運行中的大量煙塵，實現(xiàn)了安全環(huán)保生產(chǎn)，下步繼續(xù)優(yōu)化除塵控制系統(tǒng)，將流程切換與除塵操作集成在一起，提高自動控制功能，減輕操作員工勞動強度。