試論油田注汽鍋爐節能技術

王列，鄒善義，印濤

（渤海裝備遼河熱采機械公司，遼寧 盤錦 124209）

稠油是原油的一種，因為其膠質和瀝青質的含量很高，因此粘性非常的大，在我國，稠油主要由遼河油田提供，該地區油田的稠油產量占據著總原油產量的一半以上。由于稠油的粘性過高，不利于開采工作的進行，因此就需要降低它的粘性，而這就是注汽鍋爐的作用，通過向地下注入大量的水蒸氣來降低稠油的粘性，從而對其進行開采。但是注汽鍋爐最明顯的不足就是其耗能過重，嚴重的影響了稠油的開采效益，因此對注汽鍋爐的節能改造就顯得十分重要。本文就圍繞這一點來進行簡要的分析。

1 油田注汽鍋爐概述

在我國的石油行業的石油開采工作中，時常會用到蒸汽熱力采油技術，而該技術實施的主要設備就是油田注汽鍋爐，該設備的工作壓力為了滿足工作的需要被設計在11MPa以上，該設備主要由鍋爐本體和輔助設備兩部分組成。注汽鍋爐是一種高壓直流鍋爐，對水質的要求很高，為了控制成本同時又保證鍋爐的穩定運行，通常將生產濕飽和蒸汽的干度設計為80%。

2 油田注汽鍋爐原理及應用

油田注汽鍋爐的的工作原理與注水采鹽的原理是極為相似的，注水采鹽的工作原理是向鹽層中注入淡水，從而溶解其中的固體鹽，因為鹽溶液的濃度比水溶液大，就會出現鹽溶液在下水溶液在上的情況，這樣也將水和鹽有效的分離開來，通過不斷的注水，也就有效的開采出了鹽。而油田注氣鍋爐的原理就是，向石油開采井中注入干度極高的水蒸氣，在井的底部形成蒸汽腔，再通過對蒸汽腔的邊緣進行加溫，對其進行冷凝處理，使其蒸汽液化成液體狀態的水，然后對原油進行稀釋降低其粘性，使其流入到生產井中，最后被大量的開采。這個過程是可以不斷的循環的，可以不斷的對蒸汽腔進行擴展，并且對其邊緣不斷的進行加溫，這也就實現了對原油連續的開采過程，蒸汽腔可以一直被擴展到原油生產井最大容量。在工藝原理方面，以蒸汽輔助重力泄油SAGD（SteamAss-istedGravityDrainage）為例，這是一種通過將鍋爐中產生的蒸汽注入到油藏底部的生產井中，使蒸汽進入到油藏中，從而將油藏內的原油稀釋，使其粘性降低增強其流動性，最后由于重力的作用使其從底部的水平生產井中流出，已達到開采原油的目的。該技術主要有兩方面的特征：（1）過度進行對蒸汽腔邊緣的加溫工作，就會導致蒸汽中的飽和水過多，這些過量的水不但對原油開采沒有幫助，反而會堵住底層中的縫隙，降低底層縫隙的體積，嚴重的會造成原油的產量大大減少。（2）由于重力泄油是原油開采的主要手段，因此要保證生產井的高度在5m到15m的范圍內。相關部門通過對SAGD工作原理對其進行不斷研究，總結出了以下的設計方式，向原油直井中注入適量的高干度水蒸氣，然后通過油藏底部的水平生產井將與水結合的低粘性原油大量的排出，最后再通過適當的方式將流出的原油進行收集，在經過換熱處理后，對其原油量進行計算，送入相關的原油處理站，進行最后的處理工作然后向外界輸送。

3 注汽鍋爐的能耗特點分析

3.1 鍋爐的排煙損失

注汽鍋爐的排煙溫度相對來說是非常高的，并且根據不同的能源作為燃料時其排煙溫度也會有所不同，例如，將原油作為注汽鍋爐的能源時，其排煙的溫度可以控制在214攝氏度以下；將天然氣作為注汽鍋爐的能源時，排煙溫度可以被有效的控制在180攝氏度以下。具有高溫度的煙氣排放不僅對環境會造成一定程度的污染，同時也帶走了蒸汽鍋爐內大部分的熱能，這也造成了能源的損失。因此注氣鍋爐的節能技術必須要重視排煙的溫度和體積。

3.2 燃料的未完全燃燒熱損失

注汽鍋爐在使用的過程中，通常將原油和天然氣作為其燃料。但是這些化學物質在鍋爐中的燃燒過程中，有時并沒有完全的被燃燒消耗，在鍋爐排放的煙氣中，通常有一些未燃盡的氣體也一同被排出，這會造成較為嚴重的能源浪費，并且這些被排放出的可燃氣體通常對環境是有害的，也會對環境造成一定程度的破壞。這也是注汽鍋爐耗能極大的主要原因之一。那么造成燃料沒有完全燃燒的主要原因及對其燃燒程度造成影響的因素有很多：燃料的燃燒特性、過量空氣系數、爐腔的容積。如果燃料具有較高的揮發性，爐內的過量空氣系數過小，爐腔的容積過小這就會造成燃料的燃燒程度過低，造成嚴重的能源浪費。

3.3 鍋爐的散熱損失

在注汽鍋爐的運作過程中，由于其本身的溫度在工作時是要普遍的高于周圍的環境溫度，由于熱能的特性，鍋爐內部和外界環境的溫差，會造成鍋爐內的熱能向著溫度較低的范圍擴散，這也就是鍋爐的散熱現象，這也會對鍋爐的熱能造成一定的損失。并且這種散熱情況在我國的東北地區是尤為嚴重的，因為東北地區的冬天是很冷的，會加重周圍環境和鍋爐之間的溫差，加劇散熱的速度。

4 注汽鍋爐節能技術分析

4.1 降低排煙溫度，充分利用煙氣余熱

（1）采用復合相變換熱技術：該種換熱技術的主要工作原理就是將鍋爐中排出的高溫煙氣進行有效的利用，通過具有高溫的煙氣加熱復合相變換熱裝置中的水，讓水汽化成水蒸氣；再通過水蒸氣本身的熱能對注汽鍋爐所提供的水源進行加熱。這有效的控制了鍋爐所排煙氣的溫度，同時又對未充分利用的熱能進行了有效的利用，切實的提高了鍋爐的工作效率，達到了很好的節能效果。

（2）合理布置鍋爐的對流段：在注汽鍋爐的結構中，對流段處于鍋爐的輔助受熱面，也就是鍋爐尾部的排煙道位置。可以通過對對流段布置位置的合理設計，對通過對流段的高溫煙氣進行合理的利用，利用高溫煙氣來對鍋爐的給水進行加熱，可以有效的將散失的熱能回收，這在注汽鍋爐的節能方面具有較大的作用。

（3）優化注汽鍋爐燃料結構：注氣鍋爐的常用燃料通常是原油和天然氣兩種，但是在提供相同熱量的情況下，利用原油作為鍋爐燃料排出的煙氣是明顯高于天然氣的，對熱能的損失也就更為嚴重。因此，在注氣鍋爐的節能改進中，應該積極的使用天然氣作為鍋爐的燃料，或者積極的去發展油氣混燃技術。值得注意的是在將天然氣作為鍋爐的燃料時，應為鍋爐配置相應的天然氣壓力報警系統，在天然氣出現壓力不足或者壓力過大導致泄漏時及時的發出警報，以積極的進行補救措施。如果對油氣混燃技術進行應用的話，就要對鍋爐的控制系統以及燃燒系統進行相應的改造，增加必要的天然氣高壓報警裝置，防止燃料消耗過多而造成水蒸氣溫度過高的現象出現。

4.2 采用高溫紅外輻射涂料技術

在注氣鍋爐工作的過程中，對能源的浪費形式中，散熱的形式是極為常見的。并且，當鍋爐的工作溫度達到六百五十攝氏度以上時，在輻射段內熱能主要以輻射的形式散出，因此如果將輻射段表面的輻射率提高，則可以有效的增強注汽鍋爐爐膛的吸熱量。相關工作單位的技術人員可以在注氣鍋爐的輻射段表面上涂抹一層紅外輻射涂料，這可以有效的提高輻射段表面對熱量的輻射率，據準確的數據表示增高的輻射率數值可以從0．45升高到0．9以上，如此顯著的輻射率提升，可以有效的增高爐腔的吸熱量。并且這種紅外輻射涂料在高溫的作用下會產生穿透力極強的紅外波，這也就促進了鍋爐內液態水的活躍性，使得水得到了均勻的受熱，也就促進了水對熱能的吸收，有效的減少了能源的消耗。

4.3 積極引進濕蒸汽干度在線監控系統

在我國相關的原油開采部門對注汽鍋爐所應用的普通控制系統下，由于受到熱慣性的影響，當相關的工作人員檢測到蒸汽的干度發生變化以后，也很難精確的對溫度進行合理的調整在遇到這種情況時，工作人員通常會根據自己以往的經驗來對其進行適當的調整，就不能對蒸汽的干度進行精確的控制，導致其波動較大，這就需要注氣鍋爐耗費更多的燃料。針對這種情況，我國的相關單位引進了對蒸汽干度的在線監測系統，可以實現對蒸汽干度較為精確的檢測。該系統不但可以對蒸汽的干度進行精確的檢測，同時也可以有效的控制蒸汽干度的控制范圍，也就調高了稠油開采過程中所使用的蒸汽質量。同時還要在鍋爐上安裝一些流量計和變送器，以對燃料的消耗量和給水量還有給水的溫度進行精確的檢測和有效的控制，從而最大程度的減少燃料的消耗。

5 結語

從上述分析可知，注汽鍋爐在使用的過程中，其耗能水平是很高的，并且由于一些原因其對燃料的浪費也很嚴重，因此原油開采單位應該著重的對注汽鍋爐進行節能改造。

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