提高联合站加热效率工艺分析

提高联合站加热效率工艺分析

高博

（长庆油田分公司第八采油厂吴定作业区，陕西 延安 716000）

摘要：为了提高沉降罐原油脱水效果，沉降罐运行温度的控制就必须严格要求。然而如何提高加热系统的效率，减少燃料耗能费用，通过运用热力学与传热学有关知识对热损耗进行分析，并通过优化改造流程，调整加热工艺来降低能耗，以便达到保证生产、节能降耗的目的。

关键词：联合站；原油脱水；加热炉

1 铁二联合站原油脱水工艺现状

铁二联合站目前采用管道破乳、化学破乳和大罐沉降相结合的原油脱水工艺。目前，我站日接收及处理液量1800m3左右，日平均外输净化油1000m3左右。因我站采用以化学破乳为主的脱水工艺。破乳剂破乳脱效果的好坏，直接影响着我站原油脱水效果的高低。因此控制来油温度在适当范围内，保持沉降罐温度，就成为影响我站脱水率高低的最重要因素。

我站采用井组来油在经加热炉被加热到45～55℃后，再大罐重力沉降脱水。这种工艺有利于提高原油的脱气、脱水速度及效率，实践证明是可行的、有效的。在脱水前给原油加热，除降低原油粘度外，还可减小乳化膜的机械强度，增大油水密度差，以利于油水的沉降分离，并且，铁二联合站处于偏高纬度高原地区温差大、多风。所以，加热炉加热效果的好坏，对保证我站集输的正常运转，起着至关重要的作用。加热炉效率的提高，就成为改善脱水效果、并降低生产成本的根本。

1.1加热炉工作原理

真空加热炉是油田油气集输所用的新型加热炉。在加热炉的燃烧室上部安装换热盘管，换热盘管分为主加热盘管和水盘管，盘管和水蒸气实现高效换热。其工作原理是燃烧器将所供燃气充分燃烧，通过传导将热量传递给加热炉内的中间介质-水，水受热沸腾产生蒸汽，蒸汽与低温的换热盘管壁进行换热，冷凝成水，将热量传递给盘管内流动的原油，凝结后的水继续被加热汽化，如此循环往复，实现加热炉的换热加热炉结构型式为火筒式间接加热炉，CZHJ系列燃气加热炉为卧式、内燃、锅壳式结构，气为燃料的加热炉系列产品。加热炉燃烧室及受热面采用燃烧室低位设计，受热面对称布置方式，即把炉胆布置在最低位置，这样有利于将温度最高的燃烧室埋在水中，使加热炉水位的安全范围增大。加热炉均为湿背式、二回程烟管、全波纹炉胆结构。湿背式结构是指炉胆后部是由浸在炉水中的夹套所组成的一个烟气折返空间，其后部烟气回程之间无需采用砖墙来隔离，所以不存在检修时砖衬更换，重新涂耐火泥等问题。而且湿背加热炉的后管板不受高温烟气的直接冲刷，工作条件得以改善。

1.2 加热炉运行现状

我站现有真空加热炉三台，其中2#、3#型号为CZHJ1600—Y的燃油加热炉，功率1600KW，效率89%。1#型号为CZHJ800—Y的燃气加热炉，功率800kw，效率91%。其中2#加热炉担负着上油大站来油、作业区大罐交油的加热任务；3#加热炉担负着外输原油的加热任务；1#加热炉担负着上油井组来油进站后的加热任务。现分析如下：加热炉控制系统设在生产现场，各个运行参数并没有显示于中控系统，任何生产异常只能依靠岗位员工在巡回检查中发现，往往不能及时察觉，直接导致原油加热效果不理想。原因二：热油进、出口温度、压力等数据并没有传送至中控室，而且数据的采集仅仅通过温度计，压力表等仪器，可靠性不高，人为造成的误差较大。原因三：燃油含水偏高，可能导致加热炉停炉，如若发现不及时，输出油温会继续降低，如此恶性循环，会进一步影响脱水效果。

2 影响加热炉加热效率的工艺分析

2.1来油含水过高，增加加热负荷，降低加热效率

来油含水逐渐增大，进站原油液量大、含水率高，全部进加热炉加热，不仅使加热炉的热负荷增大，而且有相当一部分的热能消耗在污水的加热升温上。由于在10～20℃范围内，原油的比热容只有水的40%～60%，所以在加热时，水吸收的热量相当大,极大的浪费燃料和所耗热能。而我站进站原油温度为20℃左右，冬季更低,需提升的温度大，能量消耗浪费更大。如加热含水率为20%的原油时，水要吸收约30%-38%的热量。如果这部分热量不能及时回收，其中消耗在污水升温上的热能大约占40%，仅有60%用于加热纯油上，就会造成能源浪费，即热能的有效利用率大大降低。

2.2加热炉盘管结垢，换热效率降低，增加热负荷

2020年3月初，加热炉来油进口压力上升至1.5 Mpa，来油出口压力为1.2Mpa，因此只能将2#加热炉的旁通打开，从而降低油盘管的压力，减小油盘管的负荷，采用旁通后，正常来油进口压力为0.25-0.40Mpa，出口压力为0.15Mpa。起初加热炉油盘管进出口压差为0.05-0.10Mpa。我站来油平均温度为20℃左右，加热炉油盘管出口温度为30-40℃，经现场检查发现油盘管严重结垢，致使盘管内原油出现节流现象。打开1#真空加热炉换热油盘管的来油进口和来油出口处的堵头，用压缩机将换热油盘管内的原油吹扫干净后进行详细观察，在换热油盘管

Φ114mm管线内壁结垢厚约2-3mm，来油出口堵头处Φ65mm换热油盘管内壁结垢厚约5-6mm，油盘管内壁的垢表面为黑色硬质砂粒状，取下少许垢样，表面用手触摸显得非常粗糙。造成换热油盘管结垢的主要原因是各中转站增压点、以及附近井组的来油含水不稳定，有时含水率较高，原油中含有大量的Ca2+，Mg2+，SO42-，HCO-成分以及泥沙，同时与过加热炉换热油盘管液量的不均匀性也有关系。具试验表明，温度的提高将增大将增大含盐含水加热炉金属壁面上结垢的速度，若有1.5mm，水垢加热炉的燃料将增加11%-13%。

2.3 其他

（1）运行操作不善，过剩空气系数大，致使排烟温度较高，排烟损失较大

（2）燃料不完全燃烧，造成燃料浪费，增大加热成本；

（3）锅炉炉膛散热损失。

3 提高加热系统效率所采取的相应措施

3.1 对脱水工艺流程进行改进，降低加热炉的热料消耗

（1）水冲洗：水冲洗目的是除去油盘管中的泥沙、脱落的疏松垢物，操作过程中必须排干净油盘管中的杂物。

（2）酸洗：酸洗的目的是利用酸洗液与结垢物进行化学和电化学反应，生成可溶性物质，以除去垢物，酸洗是整个化学清洗过程中的关键步骤。

（3）中和钝化：酸洗结束后，向加热炉油盘管中加入PH为9-10的钝化液，保持循环6-8小时。钝化过程中每30分钟对钝化液测试一次PH值，当油盘管内的钝化液的PH值在11-12左右时，停止中和钝化程序。

（4）水冲洗：钝化结束后，排掉钝化液，用40℃左右的水对油盘管进行冲洗，以除去油盘管内残留的钝化液。

（5）人工清理检查：水冲洗结束后，对油盘管内的的沉积物进行人工清理检查，以确定清洗效果。

2.3 其他

（1）调节风门开度大小，使燃料充分燃烧, 并降低过剩空气系数，降低排烟温度，减少排烟热损失

（2）保证锅炉炉膛保温层严密性，减少锅炉对外散热损失

（3）在沉降罐上部油层中设置加热盘管来加热原油，可降低对沉降罐进口油温的要求，避免了直接加热原油至过高温度，减少含水吸收的热量

（4）按时进行加热炉的维护和保养，确保加热炉的使用效率。加热炉设备维护保养主要分日常维护保养和定期维护保养两大部分。维护保养的范围包括加热炉本体，安全附件、保护装置及管道、阀门，附属设备等。加热炉运行中，遇到下列情况之一时，应立即停炉。

4 结论

建议采用高效加热炉代替低效炉，此种加热炉安装了自动空气调节器和燃烧器。这种系统由控制中枢、氧化锆氧气分析仪、变频调速器、热电偶测温仪、火焰监测器和电动阀组成，实现加热炉低氧合理燃烧、减少低温腐蚀和环境污染。在运行中据烟气中氧含量的大小随时调节进风挡板，以控制过剩空气系数在1.2～1.4之间，使燃料充分燃烧，降低了排烟温度；在烟管内安装了循环水管以降低排烟温度，减少排烟损失，进一步优化我站加热系统的运行，达到节能增效的目的。

参考文献：

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[2]王景霞, 范晓东, 秦华宇.二甲基二烯丙基氯化铵丙烯酰胺共聚物的合成与结构表征.油田化学[J].2003,20(1):84-86.