超聲波除垢技術及波紋管在加熱爐改造中的應用

林佳（大慶油田工程有限公司）

超聲波除垢技術及波紋管在加熱爐改造中的應用

林佳（大慶油田工程有限公司）

二合一加熱爐是油田轉油站內的重要升溫設備，為了提高現有加熱爐的熱效率，減緩煙管、火管硬垢的形成，現場應用波紋管及超聲波除垢技術改造現有加熱爐。通過現場運行，加熱爐內煙管、火管結垢明顯減少，爐效升高6.12%，節氣率為9%，節能效果良好。

加熱爐 波紋管 超聲波除垢 應用效果

大慶油田地處寒冷地區，原油凝固點高，為保證原油流動性，站外集油系統多采用摻水集油的工藝流程。因此，加熱爐成為轉油站內加熱摻水用水的重要設備，加熱爐運行狀況的好壞也直接影響到油田的安全生產和原油生產成本中的能耗費用。通過對聚南5-1站已建二合一加熱爐運行狀況的長期觀察，發現現有二合一加熱爐存在煙管換熱面積小，排煙溫度高的缺陷，加之運行時間長，水垢清理不及時，造成了火管容易燒損、傳熱效率低的結果。

為提高加熱爐的熱效率，現場采取更換加熱爐煙管、火管的措施，將雙火管改為單火管，將煙管改造為波紋管式煙管束，同時采用超聲波除垢技術減緩煙管、火管表面硬垢的形成。改造后的加熱爐測試數據顯示，提高爐效6.12%，節氣率為9%，每年可節約加熱爐維護修理費用約5萬元，節能效果良好。

1 技術原理及實施方案

1.1 技術原理

1）應用波紋管提高換熱效率。原有加熱爐采用雙火管結構，每個火筒連接兩根煙管，改造后采用單火管與煙管束結合的結構形式。煙管束采用波紋管，通過增加換熱面積提高熱效率。

2）采用超聲波除垢技術。超聲波除垢技術在油田上主要用于二合一加熱爐的防垢，對以硬垢為主的垢層有一定的阻垢作用。該技術是通過超聲波的聲場作用清除管壁上沉積的垢層，同時防止垢晶體沉積在管道壁上，是一種物理除垢方法。通過超聲波在介質內傳播時產生的空化效應、機械剪切效應、活化效應以及抑制效應，使管壁上的垢從致密變得疏松直至脫落，同時還可以阻止垢的沉積。

超聲波除垢裝置能有效地改善爐內煙管、火管的結垢問題，對以硬垢為主的爐垢起到減緩結垢的作用。避免因頻繁清洗所帶來的經濟損失與不便，延長了煙管與火管的使用周期，提高了整套設備的使用壽命；更重要的是提高了熱傳遞效率，減少了能源損耗，達到節能目的。

1.2 實施方案

選擇聚南5-1站1#二合一加熱爐進行加熱爐自動除垢技術試驗研究。該加熱爐原為摻水熱洗兩用爐，2.0 MW，爐體尺寸為Φ3.0 m×15 m。

1）去掉耐火磚，將火管直徑加大，由以前2個Φ800 mm的雙火管改為Φ1600 mm單火管，將加熱爐燃燒器更換為一個長火焰型燃燒器。

2）在加熱爐進、出水管線上增加了一套超聲波除垢裝置。

3）增設了后煙箱，煙管的排列與連接也相應地改變，改為管束型煙管，加熱爐換熱面積由原來的127.98 m2增加到133.94 m2，換熱面積增加4.7%。

4）火管與煙箱通過波紋管相連接，有效消除熱應力，避免此處焊口開裂。

5）原封頭為雙火筒結構，現為單火筒結構，更換封頭。

2 現場試驗

2009年12月開始對聚南5-1站1#二合一加熱爐實施改造，2010年8月加熱爐改造完畢投入使用。改造完畢后該臺加熱爐仍用于摻水熱洗，用于熱洗時進口溫度為37℃，出口溫度可達75℃以上。升溫速度較快，從37℃升高到70℃，需要1.5 h左右，而同情況下其他加熱爐需要3 h左右。加熱爐運行多年來，煙管、火管運行良好，未出現任何燒損以及焊口開裂現象。

2011年11月10日通過節能監測中心對該臺加熱爐及工況相同的聚南5-1站2臺加熱爐同時進行了加熱爐爐效測試。2臺加熱爐均為2.0 MW，且同時用于摻水，進口溫度均為41℃，3#傳統二合一加熱爐、1#加熱爐出口溫度分別為62.8℃、61.5℃，加熱爐負荷分別為53.88%、51.38%。3#加熱爐排煙溫度為292℃，而1#加熱爐僅為191℃，排煙溫度較1#加熱爐低101℃，排煙熱損失低6.42%。3#加熱爐反平衡爐效為77.69%，1#加熱爐為83.81%，1#加熱爐爐效高出6.12%，節氣率為9%。

3 經濟與社會效益分析

1）加熱爐爐效高出6.12%，節氣率為9%。以加熱爐耗氣量為160 m3/h，年運行100天計算，年節省費用約為31 104元。

2）對加熱爐設定指令進行自動清淤，減少了清淤費用，改善換熱效果；同時，火管直徑變大，可防止火焰與火管壁的直接接觸，減小火管被燒損的可能性。預計每年可節約加熱爐維護修理費用5萬元，綜合節約費用約8.110 4萬元。

4 結語

1）將二合一加熱爐由雙火管改為單火管，拆除耐火磚，并將加熱爐的火嘴改為一個長火焰型燃燒火嘴；同時，將加熱爐煙管改造為波紋管式管束型煙管，加大了換熱面積，有效利用熱能，提高熱效率。

2）在加熱爐進出液口增加了1套超聲波除垢裝置，有效減緩煙管、火管結垢，既提高了爐體熱效率，又減少工人的清爐次數和勞動強度。

表3 改造前后加藥量對比

由表3可知，增加低溫預脫水工藝后，總藥劑量減少，每年可節省藥劑費用51.5萬元。

綜上所述，實施低溫預脫水工藝改造后，運行費用減少158.8萬元/a。

4 結論

1）原油脫水工藝在進站不加熱情況下，通過增加低溫預脫水劑可以將高含水原油進行污水預分離，直接進入污水處理系統，節省大量能耗，降低運行費用。

2）該工藝中應用預脫水劑量少，作用溫度低，破乳及凈水速度快，且與破乳劑有良好的配伍性。

3）低溫預脫水工藝改造方案簡單、適用，投資少、見效快，經濟效益良好，易推廣應用。

[1]武斌安.稠油高含水期高效低耗集輸工藝技術研究[J].中外能源,2006,11(4):52-54.

[2]嚴大凡.輸油管道設計與管理[M].北京:石油工業出版社,1986:215-216.

（收稿日期：2015-03-05）

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.005

2015-05-19）

林佳，工程師，2005畢業于東北石油大學，從事油氣儲運設計工作，E-mail：linjia@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田設計院油氣集輸室，163712。