激波吹灰系統(tǒng)在注汽鍋爐上的應(yīng)用

關(guān)天勢曾巖

（1.遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部；2.遼河油田公司淺海石油開發(fā)公司）

遼河油田以開采稠油為主，在稠油開采作業(yè)中，地下油層的稠油軟化所需要的高溫高壓蒸汽來源于熱采注汽鍋爐。然而熱采注汽鍋爐對流段積灰是個普遍存在且亟待解決的問題，因為鍋爐對流段積灰嚴重，不僅會降低鍋爐熱效率、浪費燃料，而且會引起設(shè)備腐蝕，發(fā)生爆管現(xiàn)象等，甚至?xí)l(fā)生安全事故[1]。因此清灰技術(shù)在這方面的重要性舉足輕重。

1 清灰技術(shù)現(xiàn)狀

遼河油田熱采注汽鍋爐對流段主要采用干冰清灰技術(shù)。干冰清洗系統(tǒng)首先將液態(tài)二氧化碳制作成一定規(guī)格的干冰顆粒或干冰方塊，然后高密度干冰顆粒或細粉隨著壓縮空氣沖擊到被清洗物體表面，產(chǎn)生“沖擊力”、“微爆炸”和“龜裂”三個方面的作用，清除污垢，鍋爐清灰非常徹底[2]。但是干冰清灰也同樣存在很多問題。

1）鍋爐連續(xù)運行周期短。根據(jù)統(tǒng)計注汽鍋爐干冰清灰周期為20 d，而且每次清灰需要停爐數(shù)小時。

2）影響注汽時率。當熱采注汽鍋爐在未完成某一口井的注汽量時，其排煙溫度過高，就必須停爐進行一次干冰清灰，從而會降低注汽時率。

3）浪費燃料。隨著鍋爐的連續(xù)運行，鍋爐的煙溫不斷升高。煙溫越高，注汽鍋爐的熱損失越高。不能及時將煙溫控制到最低溫度，就會大大浪費燃料。

4）清灰費用高。每次的干冰清灰費用近萬元，這無疑增加了注汽成本。

綜上所述，需要研究新的清灰技術(shù)來彌補干冰清灰技術(shù)的不足。

2 激波吹灰技術(shù)原理

2.1 工藝流程

激波自動清灰裝置主要由空氣壓縮機、截止閥、分配系統(tǒng)、減壓過濾器、匯流排、電磁閥、激波發(fā)生器、激波發(fā)生器噴口和微電腦自動控制系統(tǒng)組成，見圖1。

圖1 激波清灰技術(shù)工藝流程

2.2 技術(shù)原理

激波發(fā)生器罐體內(nèi)的高壓氣體瞬間釋放，產(chǎn)生猛烈的膨脹，經(jīng)過沖擊管的調(diào)制，可在噴口產(chǎn)生強勁的沖擊激波，同時伴隨產(chǎn)生的聲能、高速氣體的沖擊動能、氣流的清洗效應(yīng)，共同作用在受熱面的積灰層上，有效清除受熱面上的積灰[3]。

1）高速氣體的沖擊動能、氣流的吹掃效應(yīng)，使依附在受熱面表面的積灰、結(jié)焦因受氣流機械外力作用直接脫離。

2）空氣激波的“弱爆”效應(yīng)，產(chǎn)生的高能脈沖，對積灰產(chǎn)生一種先壓后拉的作用，使積灰破裂。

3）同時伴隨產(chǎn)生的較強勁的噴口聲波，產(chǎn)生振動、擾動和波動效應(yīng)，通過入射、折射、反射導(dǎo)入積灰內(nèi)部使積灰、結(jié)焦產(chǎn)生疲勞斷裂和破碎傾向。

2.3 技術(shù)特點

吹灰效果突出，可以隨時隨地連續(xù)清灰，使鍋爐一直保持高效率運行狀態(tài)；提高了注汽鍋爐的熱效率、降低了鍋爐燃料單耗，從而達到了節(jié)能降耗的目的；同時減少了停爐吹灰次數(shù)，節(jié)省了大量人力物力；對人體無害，無噪聲污染和煙塵污染；維修簡單，無需停爐，操作運行與維護費用低廉，優(yōu)化的設(shè)計使任何維護、維修均可在幾十分鐘內(nèi)完成；系統(tǒng)運行能耗很小，操作簡單，微電腦自動控制，使其操作的可靠性和自動化程度均得到了極大提高；整體爐外安裝，無易損件；設(shè)備可靠性高，故障率低，安全性高。不會給設(shè)備帶來腐蝕，對換熱面不構(gòu)成損傷，對鍋爐工況沒有任何影響。

3 現(xiàn)場實施情況及效果分析

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用實施情況

在遼河油田7臺注汽鍋爐應(yīng)用了激波清灰技術(shù)，具體情況見表1。

表1 激波清灰技術(shù)實施情況匯總

3.2 效果分析

3.2.1 延長清灰周期

分別對7臺鍋爐實施自控清灰技術(shù)，實施干冰清灰平均周期為20天，實施后平均周期為60天，應(yīng)用自控清灰技術(shù)后的清灰頻次是應(yīng)用前干冰清灰頻次的1/3。

3.2.2 降低平均煙氣溫度

分別對7臺鍋爐實施自控清灰技術(shù)前后，統(tǒng)計了平均煙氣溫度，應(yīng)用自控清灰技術(shù)后的鍋爐平均煙氣溫度比應(yīng)用前降低了15℃左右，進而提高熱注鍋爐熱效率1%左右。

3.2.3 節(jié)約清灰費用

7臺鍋爐投入費用150萬元。實施后鍋爐累計運行時間為4153天。實施后清灰周期、實施前干冰清灰周期分別為60天、20天。干冰清灰費用為9700元/次，因此節(jié)約干冰清灰費用=[4153/（60-20） ]×9700=100.7×104元。

由于排煙溫度每降低12～15℃，排煙熱損失減少1%，所以其平均排煙熱損失至少減少（15/15）×1%=1%；又因為蒸汽的熱量大約有40%是從對流段吸收的，所以總的熱損失會減少40%×1%=0.4%。即活動后鍋爐總的平均熱損失比標準上限減少了0.4%，即節(jié)約燃料百分率為0.4%。鍋爐燃油單耗為62 kg/t，燃油單價約0.3萬元/t。因此節(jié)約燃料費用=[（62×891 055×0.4%）/1000]×0.3=66.3萬元。所以產(chǎn)出費用=100.7+66.3=167萬元。經(jīng)濟效益=產(chǎn)出-投入=167-150=17萬元

從以上可以看出，7臺鍋爐自控清灰技術(shù)改造后，除回收了投入的費用150萬元，另外還獲得了17萬元的經(jīng)濟效益。

雖然目前看經(jīng)濟效益有限，但是投入的成本已經(jīng)收回，按照項目實施后近三年來的產(chǎn)出推算，今后每年將獲得經(jīng)濟效益五十余萬元，實施激波清灰技術(shù)后鍋爐運行情況見表2。

表2 實施激波清灰技術(shù)后鍋爐運行情況統(tǒng)計

4 結(jié)論

注汽鍋爐安裝激波吹灰裝置后，注汽鍋爐不用停爐，即可完成吹灰全過程，避免了拆裝對流段護板的工作量，可根據(jù)煙溫高低隨時進行吹灰，減輕了員工的勞動強度，提高了注汽質(zhì)量，節(jié)約了注汽成本。

[1]劉繼和,孫素鳳.注汽鍋爐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:178-185.

[2]中國石油天然氣總公司勞資局組織編寫.注汽鍋爐[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997:18-20.

[3]馬強.注汽鍋爐燃氣脈沖吹灰技術(shù)應(yīng)用[C].//中國石油學(xué)會第六屆青年學(xué)術(shù)年會論文集.北京:石油工業(yè)出版社,2009:53-55.