油氣集輸加熱設備中相變換熱技術的應用

張 漢

（新疆石油工程設計有限公司，新疆克拉瑪依 834000）

油氣集輸加熱設備中相變換熱技術的應用

張 漢

（新疆石油工程設計有限公司，新疆克拉瑪依 834000）

基于油氣集輸加熱設備中相變換熱技術的應用，闡述了相變換熱技術的優(yōu)勢，并詳細分析了其應用特點，主要有：改進傳統(tǒng)加熱爐、真空加熱爐與分體加熱爐的運用、相變加熱爐的優(yōu)化設計，由此結合油田企業(yè)的實際環(huán)境進行選擇，更好地提升油氣集輸效率，降低整體資源的不必要消耗。

油氣集輸；加熱設備；相變換熱技術

1 相變換熱技術優(yōu)勢

相變換熱是利用液體蒸發(fā)或氣體冷凝過程中熱量傳遞現(xiàn)象的過程，有真空相變和壓力相變兩種換熱形式，其技術優(yōu)勢如下：

油氣集輸過程中，相變鍋爐的應用，為了節(jié)約資料，通常使用壓力較低的中間熱媒體，可以減少換熱管的傳熱面積，這種方式汽化潛熱比較大。因為換熱管外部主要是冷凝換熱，內(nèi)部會形式熱力對流，所以傳熱系數(shù)較大。

如果相變鍋爐經(jīng)過停運再次啟動，需要排放少量蒸汽，從而帶走意外進入的空氣。但是排放空氣的過程會帶走水蒸氣，導致鍋爐水位下降。應隨時關注水位線，及時補充中間熱媒水，增加水位線[1]。

經(jīng)過實踐研究，中間熱媒水的類型選擇，會影響排污效果，如果選擇潔凈自來水，就不需要排污。在一個采暖期中，中間熱媒水的性質(zhì)變化不大，不容易產(chǎn)生水垢。相變鍋爐如果在水質(zhì)較差的環(huán)境下，要與高溫煙氣接觸的受熱面直接接觸，安全性有所保證。注意選擇潔凈的水質(zhì)，減少水垢的產(chǎn)生，提升加熱爐效率。

2 相變換熱技術的應用

2.1 改進傳統(tǒng)加熱爐

針對傳統(tǒng)加熱爐的不足之處，使用相變換熱技術能夠得以改進，現(xiàn)以某公司為例，分析其相變換熱技術的加熱設備中的運用。主要具有代表性的真空加熱爐，產(chǎn)于1998年底，在油氣集輸中得到有效應用。實際使用中，真空加熱爐在稠油加熱中受到制約，又研制出壓力相變換熱原理，從而設計出多種裝置與系列產(chǎn)品，促使這項技術在油氣集輸中得到有效應用與認可，與傳統(tǒng)加熱爐性能改進前相比，有明顯的優(yōu)勢。

2.2 真空加熱爐與分體加熱爐的運用

真空加熱爐的基本工作原理是將燃氣、燃油充分燃燒，燃燒器通過輻射或是傳導方法，將熱量傳遞給中間介質(zhì)（不同性質(zhì)的水），水在受熱后會沸騰產(chǎn)生水蒸氣，然后與低溫的管壁接觸換熱，冷凝成水，熱量又傳遞給盤管換熱器內(nèi)流動的介質(zhì)[2]。最后這些介質(zhì)水被加熱，形成一個完整循環(huán)，實現(xiàn)加熱爐的換熱，體現(xiàn)相變換熱技術的特點。

工人應用分體相變加熱裝置，通過自動燃燒器后，得到能量，然后講熱量傳遞給鍋筒內(nèi)的中間介質(zhì)，使其沸騰產(chǎn)生水蒸氣。水蒸氣進入換熱器殼層，與低溫換熱管外壁接觸，釋放大量汽化潛熱，導致熱管內(nèi)介質(zhì)吸熱升溫。由此水蒸氣與管壁換熱后，會冷凝成水，氣相變?yōu)橐合啵芈涞綗釗Q器底部，返回鍋爐內(nèi)，再次被加熱蒸發(fā)，形成循環(huán)。

2.3 相變加熱爐的優(yōu)化設計

相變加熱爐可以結合鍋殼鍋爐的結構分析，并實現(xiàn)加熱爐結構和受熱面布置的優(yōu)化設計，以下從幾個方面進行詳細分析。

首先火筒采取的是波型爐膽，錐形爐膽以及回燃室組合件，從而替代傳統(tǒng)加熱爐中的火筒。利用波型爐膽后，能夠較好的擴大受熱面，增加熱量的傳遞效果，提升整個爐膽的柔性，更好地防治爐膽在高溫條件下，出現(xiàn)膨脹量過大的情況，破壞煙油的加熱爐結構。工程使用中，應布置足夠換熱面的煙管，可以提升燃燒效率，保證得到充分燃燒、燃料利用率和加熱爐的熱效率。由此，為提升整體效果，實際運用中，要減少加熱爐外徑100～200mm。

其次是爐膽和對流煙管在實際使用中，需要軸對稱結構布置，能夠保證煙氣流動均勻且穩(wěn)定，更好的利用鋼材，節(jié)省能量消耗。如果考慮到煙管與管板連接處的熱應力，或是機械應用，需要重點參考其管板裂紋[3]。在實際設計中，應結合燃燒機火焰長度與直徑確定爐膽的結構尺寸，從而有效控制回燃室的煙氣出口溫度。一般情況下，要將煙氣出口溫度控制在1 000℃以內(nèi)，有效保護煙管與管板連接處的焊接效果，降低整體設備出現(xiàn)管板裂紋的幾率，延長加熱爐的使用年限，更好的體現(xiàn)加熱爐的整體效率。另外，進入煙管及其殼體焊接處的煙氣，也需要實時監(jiān)控，控制溫度，降低其帶來的危害。

最后是燃燒室的結構布置，主要選用全濕背式結構，在加熱爐燃燒室設計中，選取低位設計，其他全部浸于中間介質(zhì)中，有效保證燃燒室安全，降低燃燒室溫度，還能提升加熱爐水位的可控性，及時調(diào)整。

3 結束語

在油氣集輸加熱設備中應用相變換熱技術，能夠有效改進金屬熱量的消耗以及熱傳遞效率，改進傳統(tǒng)加熱爐的使用，使油田地面集輸系統(tǒng)油氣水及其混合物的加熱，更加快速，能夠適合油氣集輸過程，保證公司整體的生產(chǎn)水平和經(jīng)營管理要求。主要有兩種相變換熱技術形式，真空相變換熱技術與分體相變換熱技術，此時要結合實際情況進行合理選擇，增加加熱效率，改進操作效果。本次研究的油田公司主要采用真空加熱爐，運用其高效、經(jīng)濟、占地面的較小等優(yōu)勢，贏得較高的支持。在實際利用中，這種加熱設備熱效率高、安全穩(wěn)定性高，易于管理，目前已在該城市的其他大型油田中得到推廣。

[1] 金光浩.超導熱管加熱爐在油氣集輸系統(tǒng)中的應用分析[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，（19）：161.

[2] 馬強，婁銀環(huán).相變加熱式水蒸氣導入技術在礦場油氣集輸系統(tǒng)的應用 [J].節(jié)能，2013，（5）：55-57.

Application of Phase ChangeHeat Transfer Technology in Oil and Gas Gathering and Transportation Heating Equipment

Zhang Han

Based on the application of phase change heat transfer technology in oil and gas gathering and transportation equipment，the advantages of phase change heat transfer technology are expounded firstly.Then，the characteristics of phase change heat transfer technology are analyzed，including：improving traditional heating furnace，vacuum heating furnace and split heating The use of furnace，phase change furnace optimization design，which should be combined with the actual environment of oil field enterprises to choose，to better improve the efficiency of oil and gas gathering and transportation，reducing the overall consumption of the necessary resources.

oil and gas gathering and transportation；heating equipment；phase change heat transfer technology

TE977

A

1003–6490（2017）10–0165–02