加熱爐應用超聲波除垢防垢技術效果分析

王亞鵬（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

大慶油田采油七廠目前建有各類燃氣加熱裝置148臺，其中加熱爐133臺、鍋爐15臺。加熱爐主要存在以下問題：運行一段時間后，火筒外壁結垢，影響加熱爐火筒的傳熱效果，降低加熱爐的整體效率，而且在火筒結垢嚴重的地方，熱量不容易散發出去，嚴重時造成加熱爐的鼓包、開裂等事故，增加了安全隱患。2012年在TN2轉油站應用了超聲波除垢防垢技術，該技術能夠阻止加熱爐流體中的溶鹽沉積產生管垢，同時還能夠使已生成的管垢逐漸溶解，實現清除已有水垢的目的，提高了加熱爐的整體效率，降低加熱爐在運行過程中存在的安全隱患，起到了除垢、防垢、高效換熱、環保節能的作用。

1 除垢防垢原理及應用

1.1 原理

1）除垢機理：超聲波的聲波作用于液體中時，液體內形成許多微小的氣泡，形成“空化效應”，氣泡的破裂會產生能量極大的沖擊波，影響碳化沉積物內部之間的牢固性，破壞了碳化沉積物和金屬之間的關系，因此，產生許多小裂紋。當裂紋逐漸增多后，水垢便形成砂礫狀顆粒，一部分從管壁表面脫落。水在毛細的作用下通過細小裂縫滲入到受熱表面，那里有水被蒸發，從而帶動碳化沉積物的膨脹和成片地脫落，將垢清除徹底[1]。

2）防垢機理：超聲波在液體介質中通過“空化效應”，將水分子分裂，增加水的溶解能力，使其溶垢能力相對提高，具有“活化”效應。超聲波的輻射把液體拉裂而形成無數極微小的局部空穴和氣泡，在這些氣泡的周圍，形成許多的結晶中心，在水中開始形成硬鹽，形成細小的沙狀物，即產生超生凝聚現象，有很強的爭奪水中離子的能力。受熱表面上的振動使金屬與水之間產生高速微流和空化效應，破壞垢類生成和在管壁沉積的條件，阻礙了這些沙狀物在管壁上的沉淀。水中尚未結晶的鹽以及結晶后難溶解的鹽形成懸浮的狀態，隨介質流走或通過排污排除[2]。

1.2 應用情況

1）在第二采油廠應用效果情況（見表1）。2008年在大慶油田第二采油廠Q轉油站進行了現場試驗。Q轉油站加熱裝置由于水質結垢嚴重，摻水、熱洗提溫速度較慢，每年該站平均進行加熱盤管清垢3～4次，嚴重影響該站的安全生產，同時由于爐體高溫運行，也造成自耗氣居高不下。盡管采取一些物理防垢措施，但不能有效抑制結構對生產造成的影響。2008年5月，在該站2#、3#、4#摻水、熱洗爐進出口管線上分別采用超聲波除垢、防垢技術進行試驗。

表1 Q轉油站應用超聲波除防垢裝置效果對比

2008年12月，Q轉油站1#熱洗爐仍能夠保持較好的熱洗溫度以及爐膛壓力，但加熱效率較投運初期小幅度降低。

2）應用效果情況。2012年在采油七廠開展了超聲波除垢防垢技術試驗。2012年10月8日在TN2站的5臺加熱爐（1#二合一、2#二合一、3#二合一、1#外輸爐、2#外輸爐）上應用該技術。于2012年10月9日完成該項目的現場調試推廣工作，現場設備調試合格，運行正常。

對比安裝前后10 d TN2站耗氣情況，安裝前10天2#站耗氣4815m3，安裝后10天2#站耗氣4094 m3，節氣率14.9%，經過一段時間的運行，除垢效果良好，節氣對比安裝前提高了2%以上，節氣效果明顯。節氣數據見表2。

表2 TN2站應用超聲波除垢防垢技術效果對比

2 不同除垢方法的對比分析

目前，在用的加熱爐除垢、防垢技術主要有物理震蕩和化學清洗兩種技術措施，針對不同技術應用后的優缺點對比見表3、圖1、圖2。

從表2可以看出，超聲波除垢、防垢技術針對加熱爐節能降耗，在降低運行及維護的費用、經濟效益方面成效顯著。

以TN2站安裝的5臺超聲波除垢防垢裝置為例，效益分析：

1）投入：80.829 4萬元。

2）產出：按照TN2站2010年總耗氣量為210×103m3計算。

表3 不同除垢方法的優缺點對比

年節氣=210×103m3×14.9%=31.29×103m3；

經濟效益=31.29×103m3×1.61元/m3=50.37萬元；

投資回收期=80.8294/50.37=1.6年。

該技術滿足生產需要，技術指標達標，運行費用低，除防垢效果好，可提高加熱爐熱效率，解決了能源問題。同時延長加熱爐的使用壽命，保證了加熱爐的正常運行。

3 結論

從Q轉油站以及TN2轉油站防垢設備應用效果看，超聲波除垢防垢在加熱爐上應用效果明顯，該技術能夠大大抑制水垢的生成，雖然仍有一定的結垢現象，但與超聲波安裝前相比，已基本實現了較好的區域性防垢的目的。

[1]周愛東,楊紅曉,張志炳.超聲波在防除結垢中的應用[J].應用化工,2005,34(11):659-661.

[2]余蘭蘭,高英杰,余宏偉,等.超聲波防垢措施及效果分析[J].油氣田地面工程,2009,28(10):16-17.