基于用于氣田的水套爐煙火管改造研究

李曉林

引言：在油氣田生產和運輸中，因水套爐泄漏等問題，嚴重制約了氣田的生產與發展。面對經濟發展對天然氣的需求，加強對氣田的水套管的改造研究，建立新型的水套爐，防止接環焊縫泄漏等問題的發生，以保證氣田生產順利進行。

在單井集氣站工藝流程中，水套爐的使用，主要目的是給天然氣節流降壓提供能量，確保天然氣節流降壓順利進行。水套爐的工作原理是通過利用天然氣燃燒產生的熱能來加速天然氣的流動。但是，面對水套爐在運行改造中煙火管泄漏問題，加強水套爐的改造是非常有必要的，針對水套爐存在的問題，有針對性地進行改造，使水套爐在天然氣生產和運輸過程中發揮重要作用。

一、水套爐運行過程中存在的問題

以川東氣田生產為例，其有型號為SSL、SL水套爐310余臺，熱負荷為60kW、240kW、360kW，壓力等級為32MPa。通過在單井集氣站安裝水套爐，為天然氣的節流降壓提供了能量。水套爐主要由燃燒系統、天然氣通道及殼程組成，而燃燒系統主要由擋風板、爐膛、煙火管等組成。但是，水套爐在運行過程中，常常出現泄漏等問題，如水套爐燃燒系統及煙火系統存在的問題，尤其是煙火管泄漏現象的發生，嚴重阻礙了氣田的生產。針對煙火系統存在的問題，由于水套爐煙火管與爐膛是焊縫連接，容易出現腐蝕穿孔漏水現象，導致水套爐無法正常使用，并且煙火系統中煙囪也容易發生腐蝕穿孔。針對這種現象的發生，煙火系統發生腐蝕的原因有很多，其中，最主要因素可能是引起煙囪發生腐蝕的凝析水，也有可能是甲烷（CH4）燃燒產物產生水汽的冷凝水。為了有效檢測出引起煙火管腐蝕的原因，通過檢測天然氣計量溫度，在水套爐周圍安裝電磁閥，水套爐中的燃燒器主火實行兩位式控制，同時對燃燒的火焰進行監測，若出現火焰熄滅的現象，必須將燃氣閥管壁，并及時報警。針對水套爐控制系統存在的問題，其主要體現在兩個方面，一是火焰監測儀安裝位置的不規范，導致無法監測火焰的燃燒情況；二是燃燒器主火打開時，不能及時準確的點燃，主要原因是因燃燒器的引導火一直處于燃燒狀態，當外界的空氣進入煙火管時，導致天然氣的密度遠遠小于空氣密度，在運行過程中，一般燃燒壓力設計為16kPa。面對空氣進入煙火管的現狀，若天然氣計量溫度下降到設計的標準范圍時，燃燒器主火打開，這時燃燒器出來的氣流將有相對較高的動能，因天然氣沖到爐膛底部，在爐膛的壓力作用下，天然氣將被反彈回來，致使天然氣被引火點燃，并且天然氣也進入了煙火管及煙道，等到被點燃時，必將出現爆鳴、回火等現象的發生，這帶來了嚴重的安全隱患。即使安裝了火焰檢測儀，因安裝位置的原因，也無法正確監測火焰燃燒情況。

二、水套爐改造措施

針對水套爐煙火系統存在的問題，進行水套爐的改造具有十分重要的意義。建立一套新型的水套爐，以保證天然氣正常生產和運輸。因此，在水套爐改造方案中，首先，必須引進先進的設備，增加水套爐的型號，若水套爐選擇的型號太少，將降低了其使用效率，進而造成水套爐自用氣保溫效果差，在這種生產模式下，既減少了水套爐的使用壽命，也加大了制造成本和使用成本。所以，在選擇水套爐型號上，應遵循壓力原則和處理量原則，選擇的壓力有16、32MPa，處理量選擇60kW、120kW、240kW、360kW等。從實際情況看，壓力原則基本適合，而處理量原則不適應現場，這就導致水套爐提供的能量源源小于設計的選擇值，致使水套爐無法為單井氣站自用氣提供足夠的能量。為此，在改造過程中，可以增加水套爐的壓力等級，增加至12MPa，以適應高壓低滲透進的生產；處理量等級增加12、24kW，以適應高低產井的生產。除此之外，增加熱負荷為0.1×103～4×103的小型水套爐，壓力等級應小于9MPa，使天然氣自用氣節流降低提供能量。其次，進行引導或燃燒器的改造，做好引導火燃燒器的安裝，在實際情況中，若引導火無法及時點燃主火，將造成嚴重的安全隱患。因此，在安裝過程中，一是注重自用氣流程的改進，從現有的自用氣流程來看，水套爐在獲得能量過程中，大多數能量在管段、閥建中就完全散失，導致自用氣無法節流降壓。針對這種現狀，在流程為改變的前提下，將散熱元件都安裝在自用氣進水套爐加熱前，例如切斷閥、過濾器等元件。除此之外，將自用氣的出水套爐改為焊接方式，其可以達到良好的絕熱保溫效果。然而，對于水套爐燃燒系統中煙囪的安裝要求，在安裝過程中，應注重其絕熱保溫效果，注重燃燒后的氣體排放，有效避免尾氣排放不到位而影響冬季天然氣的液化效果。最后，對于配風系統的改造，在水套爐配風設計中，由于帶引火的配風不可調節，配風箱同樣如此，總的來說，整個配風系統既不方便使用，也不方便維護。在設計過程中，若將配風系統的調風門置于配風箱之外，既可以確保天然氣得到充分燃燒，也可以方便配風系統的使用和維護，有利于克服水套爐燃燒過程中出現爆鳴、回火等現象的發生。

因此，對于水套爐的改造，經對川東氣田的生產參數分析，可知不管水套爐的壓力變化怎樣，產量將隨著井口溫度變化而變大，當產量達到一定范圍時，天然氣流動溫度提供的能量足以滿足天然氣自用氣節流所需要的能量；為了充分發揮氣井油管的節流效應，井下溫度應低于10～16℃。所以，在水套爐改造中，第一，水套爐殼程水溫度應控制在35～65℃內；第二，在壓力選擇上，水套爐壓力應約為氣田井口關井壓力的0.8倍，氣流流量隨著系統的變化而變大；第三，產量選擇上，應選擇60kW的氣井，確保天然氣自用氣節流降壓；第四，火焰監測上，首先必須進行試驗，正確安裝火焰監測儀，使監測儀正確監測火焰燃燒情況；第五，將配風系統的調風門置于配風箱外面，主火應設置在引導火的上面，建立新型的水套爐，從而克服當前水套爐煙火管泄漏等問題。

總結

在天然氣自用氣節流中，因水套爐腐蝕而造成泄漏，嚴重阻礙了天然氣的生產。因此，通過對水套爐進行改造，建立新型的水套爐，為天然氣節流降壓提供所需的能量，以保證天然氣節流降壓的順利進行。

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（作者單位：重慶欣雨壓力容器制造有限責任公司）