油田注汽鍋爐爐管過熱研究

林惠春

摘要：油田注汽鍋爐在實際運行中，往往會因為供給鍋爐的燃油（氣）突然壓力升高等因素；導致火量過大而造成蒸汽溫度過高，鍋爐爐管過熱。鍋爐火量絕對過大長時間持續后，最終會形成二類傳熱惡化，直接導致爐管過熱而爆管。在注汽井出現串層等突發狀況時，注汽壓力突然下降，導致爐管內產生過熱蒸汽，鍋爐給水中所含的雜質析出并粘附在爐管內壁上，最終形成爐管結垢。通過對爐管過熱現象的研究，采取相應的措施減少爐管過熱現象的發生頻率，可有效地避免注汽鍋爐爆管事故的發生。

關鍵詞：油田 汽鍋鍋爐 爐管過熱 研究

1 概述

遼河油田錦州采油廠是一個以稠油開采為主的石油單位，有稠油注汽井近千口，在用稠油注汽鍋爐40臺。日注汽量8000立方米左右。從熱注鍋爐到井口是一個封閉的高溫高壓系統，并且大部分高溫高壓管線都暴露在伸手可及的范圍內，管道的正常工作壓力達15Mpa、蒸汽溫度在335℃左右，每臺鍋爐的高壓流程上的壓力表、閥門、安全閥等多達50余處，高壓連接部位十分集中。而隨注汽鍋爐使用年限的延長，設備整體老化，爐管結垢增加，注汽鍋爐爐管過熱現象頻發，由此而造成的注汽鍋爐爆管事故也偶有發生，所以有必要對注汽鍋爐爐管過熱現象及其危害進行全面分析，在此基礎上，采取相應的防范措施。

2 注汽鍋爐爐管過熱原因分析

造成注汽鍋爐爐管過熱的直接原因是蒸汽溫度過高（蒸汽過熱），而導致蒸汽過熱的原因則有以下幾個方面：

2.1 火量過大造成蒸汽過熱。油田注汽鍋爐實際運行中，導致火量相對于水量過大的主要原因如下：①供給鍋爐的燃油（氣）壓力升高；鍋爐供燃油（氣）量增加，會導致火量過大。②爐管結垢、鍋爐對流段嚴重積灰導致蒸汽干度燒不上去時，持續增加鍋爐燃油（氣）量，會導致火量過大。③蒸汽干度、注汽量計量儀表顯示值偏低，鍋爐運行工發生誤判，增加鍋爐燃料供給量，造成火量過大。

2.2 蒸汽壓力降低造成蒸汽溫度過高。在油田注汽鍋爐實際運行中，以下情況皆可造成蒸汽壓力驟降。①注汽井突然出現串層后壓力突然下降。②注汽管線或者高壓部件連接處斷裂，管道內壓力瞬間釋放。③生產工藝要求造成。如不停爐開放空投球、直接轉注銜接井、利用管網蒸汽給新接管線試壓、相鄰注汽站利用固定管網串汽加熱燃油等等，以上原因均可造成不等時間的壓力下降。

3 注汽鍋爐爐管過熱的危害

3.1 鍋爐火量絕對過大造成爐管傳熱惡化。由于水從液態到汽態是一個逐漸變化的過程，首先經過泡態沸騰到第一類膜態沸騰，稱為一類傳熱惡化；再到第二類膜態沸騰，稱為二類傳熱惡化。在這個過程中爐管的吸熱能力逐漸降低。蒸氣干度過高出現第二類膜態沸騰時的最小熱負荷稱為臨界熱負荷，臨界熱負荷的數值隨著壓力的升高而升高，達到最大值后，隨著壓力的升高而下降，當升至臨界壓力時，臨界熱負荷為零。也就是說，隨火量絕對過大持續，單位質量的水變成蒸汽需要的熱量少了，并且水的臨界熱負荷在不斷降低，如果這一過程沒有監控調整，燃燒火量保持不變，最后將產生嚴重的二類傳熱惡化，直接導致爐管過熱而爆管。

3.2 鍋爐蒸汽壓力降低造成蒸汽溫度過高，導致鍋爐爐管結垢。從飽和水蒸汽的溫度壓力對照表可以看出，不同壓力下所對應的飽和溫度不同，在壓力穩定的狀態下飽和蒸汽溫度不變，但壓力突然降低后，其對應的飽和溫度會同時降低，由此將導致爐管內蒸汽干度迅速上升，并且實際蒸汽溫度高于飽和溫度，產生過熱蒸汽。而當爐管內產生過熱蒸汽后，爐水中所含的雜質必然析出，析出的雜質就粘附在爐管內壁上。雖然每次干度超標的時間和過熱度不等，但最終累計形成爐管結垢。也就是蒸汽過熱必然產生結垢。

水垢對鍋爐受熱面的傳熱影響相當嚴重，由于水垢的導熱系數很小，它的導熱熱阻相當于受熱面金屬導熱熱阻的6～1000倍，在鍋爐結垢后其總傳熱系數下降的情況下，要保證蒸汽干度不變，就要保持鍋爐吸收的傳熱量不變，根據傳熱學理論的傳熱關系式：Q=F·K（t1t-ts），（Q——單位時間內鍋爐受熱面的傳熱量W；F——鍋爐受熱面面積m2；K——總傳熱系數kw/m2；t1t，ts分別為鍋爐和水（或水蒸汽）的溫度，℃），因此只有增加受熱面的溫差（t1t-ts）了。爐管內部需要的溫度是一定的，那就必須提高外部溫度，因此就提高了燃料量，同時提高了煙氣的溫度，也增加了爐體散熱損失，其結果一方面浪費燃料，另一方面爐管在每次不同時間不同過熱度的情況下逐漸蠕變，致使爐管強度降低。而火量增大，勢必造成新的過熱，多次往復后將使結垢增加，爐管的老化速度加快，致使結垢部位的爐管產生高溫蠕變，最終發生爐管脆性爆裂。

4 控制減少注汽鍋爐爐管過熱措施

①定期校驗溫度、壓力、流量、干度檢測等注汽鍋爐在用計量儀表，保證其在檢定期內運行，避免因其示值偏差，造成鍋爐運行工發生誤判。②選用相對來源穩定的燃料，減少輸入鍋爐的燃料的壓力變化，避免因燃料壓力突然升高，導致火量過大。③注汽鍋爐定期檢爐洗管，定期吹灰，減少爐管結垢、對流段積灰。④對運行中的注汽鍋爐爐管溫度和蒸汽壓力實行自動化監控，在溫度和壓力出現波動時及時報警提示。

5 措施實施效果

以錦州采油廠7號站2#爐為例，采取上述措施后，10個月內共發生蒸汽溫度高預報警39次，發生蒸汽壓力波動預報警13次。全廠40臺在用注汽鍋爐2年來沒有出過一次爆管事故。

參考文獻：

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