氣田加熱爐燃料氣用量高原因分析及對策研究

龔小平 胡世家 曾 力 柯玉彪 楊關鍵

（中國石化西南油氣分公司，四川 閬中637402）

Y氣田屬于高溫高壓氣田，氣田采用“三級節流、兩級加熱”方式進行輸氣，現有33 臺加熱爐設備，氣田開發中，加熱爐在阻止天然氣水合物的生產、單質硫的析出，恒溫控制、自控聯鎖方面起著重要的作用。加熱爐設備通過燃燒凈化后的燃料氣，為每口井二、三級節流后酸氣提供熱量，防止氣體溫度過低形成水合物。加熱爐運行過程中存在熱效率過低、加熱后局部溫度過高等問題，這些問題直接導致加熱爐燃料氣消耗量增大，而且制約了氣田生產能力，系統分析問題要因，并針對性做出整改措施對氣田加熱爐的設計起著借鑒作用，對后期生產效果、經濟效益、社會效益具有重大意義。

1 基本情況

Y氣田采用“三級節流、兩級加熱”方式進行輸氣，加熱爐是重要的保溫工藝。氣田加熱爐統一采用燃料氣進行供氣，統計結果顯示2018 年加熱爐燃料氣用量為502.69 萬方，投入費用高達603.22萬元，投入費用大，有必要進行優化改進以降低投入成本。

2 加熱爐燃料氣用量高原因

影響加熱爐燃料氣用量高原因很多，采用“5M1E 法”分析出原因主要有6 點。采用理論分析、現場試驗等方法確定影響加熱爐燃料氣用量高要因共3 點，包括加熱爐爐膛積碳、加熱爐溫控閥無法實現自動控溫、部分氣井酸氣管道溫壓參數不匹配。

2.1 加熱爐爐膛積碳

由于受環境和調產影響，當所加熱的氣體溫度過低或者氣體流量過大時，水浴溫度上升較慢，煙道和爐膛的溫度也不高，燃料氣燃燒產生的尾氣和水蒸氣通過煙道排出較慢，且容易在內部聚集，爐膛與外界空氣形成的負壓差過小，導致進入加熱爐的空氣太少，不足以保證燃料氣充分燃燒而產生積炭。產生的積炭顆粒長時間堆積在加熱爐爐膛和煙道中，爐膛和煙道空間面積減少，阻礙了空氣流通，導致加熱爐熱效率降低。部分氣井加熱爐爐膛內積灰厚度達15～20cm，煙道內積灰厚度達10cm，爐膛積炭后，產生的積炭顆粒長時間堆積在加熱爐爐膛和煙道中，大量積灰和沉積物導致爐膛和煙道空間面積減少，導致增大燃料氣用氣量時，加熱爐水浴溫度無明顯變化，水套爐熱效率低。

2.2 加熱爐溫控閥無法實現自動控溫

當氣井溫度控制投到自動控制時，閥門在10%和90%二個點之間動作頻繁，達不到穩定調節管道酸氣溫度的目的。為了保持加熱爐的正常運行，溫控閥只能置于手動狀態。燃料氣用量取決于溫控閥的開度，溫控閥手動調節受操作人員業務能力影響大，手動狀態下常常出現加熱爐出口酸氣溫度高于50℃，而未及時將溫控閥開度減小，造成燃料氣的極大浪費。

圖1 Y-1H 井加熱爐積銹嚴重

2.3 部分氣井酸氣管道溫壓參數不匹配

氣田為了避免水合物生產，加熱爐溫控閥開度大，各級壓力溫度參數不匹配，部分氣井由于井口溫度高，實際加熱后出站溫度達到50℃以上，造成燃料氣浪費。

3 處置對策

3.1 解決加熱爐爐膛、煙道積炭

針對加熱爐積炭積銹問題，一方面利用高壓水定期對加熱爐爐膛和煙道進行清洗，保證加熱爐爐膛和煙道暢通；另一方面在加熱爐爐頭部位加裝風扇，同時調整混合器風門調節燃料氣與空氣混合比，保證加熱爐燃燒所需的氧氣供給充足（圖2～3）。措施應用后氣井熱效率增加5.57%～14.71%，清洗后熱效率達到90%以上，燃料氣節約4.06～10.47m3/h，效果較好。

圖2 高壓水射流清洗加熱爐煙道

3.2 加熱爐溫控閥實現自動控溫

針對氣田加熱爐溫度無法實現自動控溫導致燃料氣浪費的情況，在原加熱爐PLC 程序基礎上，對每個單PID 加入數模運算，將設定的SP 值和PV值與PID的輸出關系進行結合產生一個新的SP 值，讓控制回路能夠提前預知溫度的變化，再進行相應的動作（圖4）。

圖3 加熱爐加裝風扇

表1 加熱爐爐體清洗前后燃料氣用量對比

根據工藝提供的相關溫度要求，將出口溫度控制值設置為38℃，將三級節流后溫度設置為28℃，為使出口溫度及三級節流后溫度為主控，將水浴溫度設定值拉高，設為70℃。加熱爐溫控閥實現自動控溫后，與優化前相比，節省了大量的燃料氣，優化前加熱爐燃料氣量為1100-1300m3/d，約為50m3/h，通過優化后在此工藝條件下燃料氣流量為900m3/d，約為37.5m3/h，年節約燃料氣109500m3。

圖4 Y 氣田優化的加熱爐溫度控制系統

3.3 各級溫壓參數優化

措施一：優化二、三級節流閥開度。

根據普光氣田的經驗，壓力節流比（節流閥前壓力除以節流閥后壓力）大于等于1.5，溫度低于20℃時，單質硫析出概率大，容易導致酸氣管道發生單質硫堵塞；除此之外，節流比大會導致節流后溫度下降快，也容易形成水合物堵塞。因此，優化二、三級節流閥開度的先決條件是保障酸氣管道不發生單質硫、水合物沉積堵塞，因此需盡量滿足以下兩個條件：

①二級節流閥壓力節流比低于1.5，三級節流閥壓力節流閥低于1.5；

②運行壓力18-22MPa 時溫度高于22-26℃，運行壓力9-13MPa 時溫度高于18-20℃，運行壓力5.0-8.4MPa 時溫度高于14-19℃。由于集輸管網壓力及氣井本身地層能量大小差異，根據Y氣田目前氣井油壓情況，建立了不同油壓范圍下氣井一級后壓力、二級后壓力控制表（表2）。

表2 氣井各級壓力建立要求

措施二：停運部分高產氣井加熱爐。

為優化場站工藝流程溫度，停運井口油溫高于60℃且二級節流后溫度高于50℃氣井加熱爐，停運加熱爐7 臺，燃料氣用量累計節約61.4m3/h，達到了節能減排，降本增效的目的。

本著成本最小、對生產影響最小且效果最好的原則，對加熱爐熱效率、加熱爐溫度控制系統、加熱爐二、三級節流閥之間溫壓參數等方面進行逐一優化，對比2018 年10 月燃料氣用量44.66 萬方/月，優化后2019 年10 月燃料氣用量為30.7 萬方/月，用氣量相比于2018 年總用氣量降低了26.7%，效果顯著。

4 結論

4.1 影響加熱爐燃料氣用量因素多，重點分析出要因是關鍵。采用消除加熱爐積碳、加熱爐自動控溫等對策進行優化改造，有效降低加熱爐燃料氣用量26.7%，應用效果良好。

4.2 自動控溫技術是實現加熱爐溫度控制的關鍵，能夠有效控制集輸管道溫度，保障天然氣安全輸送。