油田加熱爐運行常見問題及對策

李江濤（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

加熱爐是油田油氣集輸?shù)闹饕哪茉O(shè)備。加熱爐運行主要分為燃料的燃燒過程、傳熱過程、煙氣排放3個過程。隨著加熱爐使用時間的延長、設(shè)備的自然老化、介質(zhì)的長期腐蝕，以及運行環(huán)境惡劣等因素影響，加熱爐出現(xiàn)了火管燒損、熱效率降低和腐蝕三大問題，嚴(yán)重影響了加熱爐的安全平穩(wěn)運行。

1 加熱爐存在問題分析

1.1 火管燒損

火管燒損是四合一裝置、火筒爐及水套爐使用過程中的常見問題，尤其以四合一裝置最為嚴(yán)重，部分加熱爐出現(xiàn)火管鼓包燒損現(xiàn)象，表現(xiàn)形式通常為火管近火焰處的鼓包變形、甚至穿孔，給加熱爐安全運行帶來極大的隱患?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，火管變形和穿孔部位一般在耐火磚前側(cè)0.2～0.5 m 左右，原因是由于耐火磚前側(cè)出現(xiàn)溫度突變，導(dǎo)致此處火管較之其他部位溫度高，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，加之外部結(jié)垢、泥砂淤積，使傳熱變差，特別容易造成火管變形、穿孔。

1.2 熱效率降低

當(dāng)采出液鈣、鎂鹽類離子含量較高時，在加熱爐的受熱面上，在高熱負(fù)荷的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的硅酸鹽垢。與鋼材相比，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小，碳酸鹽垢的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的1/10～1/100，相當(dāng)于在煙、火管外增加一層保溫層，煙氣未經(jīng)充分換熱就從煙囪排出，造成加熱爐熱效率下降。結(jié)垢造成管材的局部過熱，產(chǎn)生的二次應(yīng)力使?fàn)t管鼓包變形，引起管路特性改變，使摻水泵進(jìn)口吸入困難，摻水流量減小，影響生產(chǎn)運行。

1.3 局部腐蝕[1]

1）煙囪、煙箱和煙箱側(cè)封頭外壁的腐蝕。由于排煙溫度低，加熱爐煙囪、煙箱及與煙箱連接的封頭處易形成露點腐蝕。此外，煙箱內(nèi)部往往聚集大量的污垢，由于天然氣中的硫化物隨煙氣與空氣中的水汽結(jié)合后冷凝為液體，流進(jìn)煙箱并積聚在煙箱底部形成酸性溶液從而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

2）火管內(nèi)外壁腐蝕。火管內(nèi)壁腐蝕主要是高溫氧化腐蝕，加熱溫度越高，金屬氧化的速度越快。火管外壁腐蝕則主要與介質(zhì)有關(guān)，尤其在加熱爐停用一段時間后，腐蝕較為明顯：由于火管表面處于潮濕狀態(tài)，而供氧又很充分，會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕形式主要以點蝕為主。

3）殼體內(nèi)外壁腐蝕。由于罐體保溫層破損，防腐層脫落，在吸附作用、毛細(xì)管作用或化學(xué)凝聚作用下，在罐體外壁形成薄水膜層，水膜層中溶有一定的酸、堿或鹽類物質(zhì)，形成電解液，從而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

4）接管及其根部腐蝕。主要是由于接管未焊滿，接管及其根部縫隙內(nèi)介質(zhì)呈滯留狀態(tài)，在縫隙內(nèi)產(chǎn)生雜質(zhì)聚集，加速縫隙內(nèi)金屬的腐蝕。

2 問題解決對策

2.1 火管燒損對策

根據(jù)加熱爐損壞情況，將爐內(nèi)原有煙火管全部或部分更換，完成后對破壞的防腐保溫層進(jìn)行修復(fù)，改造后能滿足生產(chǎn)要求。但隨著鋼材價格費用的上漲，更換加熱爐煙火管費用很高，更換1臺加熱爐煙火管需要40萬元左右。

自2009年以來，大慶油田采油八廠陸續(xù)在加熱爐爐管上安裝高溫監(jiān)測裝置。裝置監(jiān)測點為6個，安裝在距耐火磚約300 mm 爐管管壁上，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，超溫報警裝置會自動發(fā)出報警信號，同時設(shè)有超溫自動降負(fù)荷控制系統(tǒng)，當(dāng)爐管壁超溫時，通過調(diào)節(jié)閥自動降負(fù)荷，保證爐管安全運行。通過分析各個監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)變化趨勢，即可判斷出加熱爐內(nèi)是否結(jié)垢、結(jié)淤以及加熱爐是否可以安全運行，進(jìn)而采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

加熱爐在日常管理中應(yīng)避免操作不當(dāng)。如果加熱爐在啟停爐、升溫、降溫和運行中的調(diào)整不符合操作規(guī)程，將會對加熱爐造成傷害。對長期停運的加熱爐烘爐時間短（小于48 h），快速升溫，在停爐時若不緩慢降溫，會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易誘發(fā)火管變形。開展了降溫集輸工作，停運空運集油環(huán)，季節(jié)性停運加熱爐；降低加熱爐摻水溫度和摻水量，降低加熱爐運行負(fù)荷，減少加熱爐煙火管燒損概率。

2.2 熱效率低對策

為了進(jìn)一步減少火管燒壞燒損現(xiàn)象，提高加熱效率，應(yīng)用了加熱爐涂膜技術(shù)，在加熱爐、鍋爐火管內(nèi)壁涂刷紅外線新型節(jié)能涂料。油田節(jié)能中心對10臺加熱爐涂膜前后爐效進(jìn)行了測試，加熱爐涂刷節(jié)能涂料后，排煙溫度平均降低13 ℃，熱效率平均提高5.05%，節(jié)氣率平均9.27%，節(jié)能效果顯著。

新型燃燒器可以實現(xiàn)高低溫報警、泄漏報警、故障報警、熄火報警等功能，防止加熱爐高溫、超負(fù)荷運行。新型燃燒器均可將煙氣的過剩空氣系數(shù)維持在1.05～1.15 范圍，保證燃料和空氣充分混合燃燒，減少熱損失，降低排煙溫度，提高熱效率。

2.3 局部腐蝕對策

針對加熱爐煙囪、煙箱及腐蝕老化嚴(yán)重，無法安全平穩(wěn)運行的設(shè)備設(shè)施主要采取更新及局部維修措施。對煙囪內(nèi)外壁、煙箱內(nèi)外壁、改造時破壞的封頭外壁及附件進(jìn)行噴砂除銹與防腐，對改造時破壞的封頭等處進(jìn)行保溫，防止低溫腐蝕。對腐蝕煙囪及設(shè)備進(jìn)行更換，無法從根本上解決加熱爐腐蝕問題，更換后3～5年煙囪及設(shè)備又會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，投資成本巨大。

常規(guī)防腐措施包括：

1）襯里防護(hù)。針對煙囪的低溫腐蝕，在煙囪內(nèi)壁涂抹一層水泥可起到防止低溫腐蝕的作用。

2）低氧燃燒。試驗表明，只要使過量空氣系數(shù)降到1.1 以下，露點就會急劇下降。目前八廠應(yīng)用的新型燃燒器均可將煙氣的過?？諝庀禂?shù)維持在1.05～1.15 范圍。

3）提高受熱面壁溫。冬季適當(dāng)采取提高摻水溫度、降低摻水量的方式進(jìn)行生產(chǎn)，使加熱爐煙囪及煙箱金屬壁溫升高，排煙溫度大于露點溫度20 ℃以上，減少低溫腐蝕的發(fā)生。

4）排出冷凝液。設(shè)計能夠排出煙箱冷凝液體的結(jié)構(gòu)，減少煙箱內(nèi)部的腐蝕。

將負(fù)壓加熱爐的煙囪從22 m削減到8 m，解決冷凝水回流腐蝕煙囪的問題。同時為了匹配更改后的加熱爐工況，提出了加熱爐燃燒器改造更新方案。將原有自然通風(fēng)式的燃燒器更新為新型自然通風(fēng)燃燒器，同時在煙囪1～3 m 高的部位安裝一套以引風(fēng)機為主體的抽吸聯(lián)動設(shè)備，自控系統(tǒng)可以實現(xiàn)燃燒器與煙囪抽吸聯(lián)動設(shè)備的集成串級聯(lián)動控制。

[1]劉效東.加熱爐裝置腐蝕防治對策[J].油氣田地面工程,2006(9):46.