真空相变加热炉在联合站中的应用(胡庆美)

*********************** 采油一厂2010年度

科技论文发布会材料 ***********************

真空相变加热炉在联合站中的应用

撰写人:胡庆美 陈 宏 李 侠 审核人:肖贵臣

第一采油厂第三油矿 二0一0年九月

真空相变加热炉在联合站中的应用

前 言

中十六联合站于1997年11月建成投产,主要功能是把进站的油、气、水三相混合物进行分离,将处理后合格的原油、天然气外输,合格污水输送至注水站回注地下。2008年10月由于火筒式加热炉内部结构损坏、老化等问题进行了生产改造,将其更换为真空相变加热炉,经过2年多的现场应用,该加热炉不仅热 效率高还减少了站内自耗气量,又能实现远程自动控制,极大地减轻了员工的劳动强度。本文通过真空相变加热炉在联合站中的应用简要介绍该加热炉的工作原理、生产中的常见故障及处理方法,并初步总结出真空相变加热炉的使用和维护方法,希望能在油田真空相变加热炉的现场应用工作中给予一定的技术指导。

关键词:真空相变加热炉 工作原理 常见故障及处理 使用和维护方法 1、真空相变加热炉工作原理

真空相变加热炉是一种通过工作压力始终小于当地大气压的中间载热体(水和水蒸汽),加热壳体内盘管中流动介质(水、油、气)的一种专用的加热设备,中间载热体通过无限循环的相变方式完成传热过程。

1.1、工作原理:

天然气燃烧产生的热量使得炉体内(蒸汽发生器内)的水沸腾汽化,水蒸气与盘管接触加热盘管内的介质,水蒸气接触盘管冷凝成液体再次在炉体内被加热,由水变成水蒸气,再由水蒸气变成水的相变过程中产生热交换,使得介质被加热。

1.2、内部结构图:(见下图)

图一 真空相变加热炉内部结构图

原油加热是油田地面集输系统的一个重要环节,加热温度的高低直接影响着下一级电脱水器的处理效果和外输原油指标,随气温变化和来液油品质量影响,加热温度一般控制在45-55℃。

(1)来气压力一般为0.1MP~0.4Mpa;

(2)设定值60-85℃,报警值70-85℃,一般设定值低于报警值10℃以上; (3)负压值在-0.05-0MPa。 1.3、真空相变加热炉特点

(1)真空状态下工作,采用蒸汽温度控制燃烧机启停和负荷调节,具有蒸汽压力超高报警停炉,水位超低报警停炉等报警连锁功能,运行安全可靠。

(2)采用沸腾和冷凝传热方式,有效提高了加热炉的热效率(≥90%)。 (3)系统采用全自动和手动双重控制操作,设置多重安全装置,并可实现远程控制。

(4)产品系列化,输出热负荷范围大:0.7-3.0MW。 2、真空相变加热炉常见故障及处理方法

经过2年多的现场应用,加热炉常见故障一般表现为换热效果差、进出口压差大等问题,见下表:

表一 常见故障及处理方法

另一方面,加热炉故障还主要表现在其核心部件燃烧器上,经总结归纳主要分为点火故障、熄火故障和燃烧器不启动故障,见表二至表三:

2.1、点火故障:

正常条件下,连续启动三次燃烧器,没有点燃燃烧应判断为点火故障,需要进行相应检查来排除故障。

表二 点火故障及处理方法

2.2、熄火故障:

燃烧器正常运行燃烧时,突然灭火,为熄火故障。

表三 熄火故障及处理方法

2.3、燃烧器不启动故障

按下启动按钮长时间燃烧器不启动,为燃烧器不启动故障。

表四 燃烧器不启动故障及处理方法

3、真空相变加热炉使用和维护方法 3.1、真空相变加热炉的操作 3.11准备工作

(1)检查水位计、压力表(压力变送器)、燃烧器、温度计(温度传感器)、防爆门、烟囱挡板、安全阀、真空阀、外保温层、烟囱及绷绳是否齐全完好。

(2)检查全自动燃烧器的显示仪表、传感器、配电柜、熄火联锁保护阀组是否完好,接线是否牢固。

(3)检查炉烟管、盘管、燃烧室及壳程内有无鼓包、变形、裂缝、氧化、 腐蚀、脱皮等异常现象。

(4)检查燃料流程是否畅通,(油、气)阀门及安全阀是否完好、处于相应 的开关状态,有无渗漏、气流程带液现象;来气压力是否符合要求。 3.12点炉操作

(1)合上燃烧器控制柜运行开关,启动点火程序。

(2)风机启动吹扫,风门开到最大设定值,吹扫大约30秒后。

(3)风门开始关小,准备点火。

(4)点火变压器启动,延时大约4秒,4秒后自动断电。 (5)点火变压器启动2秒后,电磁阀打开。

(6)建立火焰,并且火焰监测器启动(火焰监测器在启动和运行过程中一直处于运行状态),火焰在3秒内不能建立或检测不到火焰,程控器会闭锁自动切断电磁阀和风机电源,终止点火程序。

(7)火焰建立成功,点火程序结束,燃烧器进入温控自动运行阶段,如果在小火向大火转换过程中火焰异常熄灭,调整空气的配比。

(8)火焰建立不成功,程控器会发出报警指示并且连锁停机,调整燃气和空气的配比,按复位按钮,重复2~7步点火程序,直到建立火焰。如果按程序不能一次点燃,应分析原因,至少间隔10min后,再进行二次点火。

(9)在点火前,应关闭被加热介质的进、出口阀门,点火后,待炉温缓慢 上升,当有大量蒸汽从真空阀溢出,约10~15min后,迅速打开盘管进、出口阀门,使真空阀快速复位,以建立壳程内的真空度,在微正压或微负压状态下运行。

(10)当炉子开始正常运行时,要随时观察炉子盘管进、出口压力、温度、 壳程内水位和压力变化情况,无异常后30min方可离开。

注意:按复位按钮时间不允许超过4秒,否则程控器易损坏。 3.13停炉操作 正常停运

加热炉在冬季长时间停止运行,要将加热炉内的水彻底排出,以防冻结。 紧急停炉

在下列情况下操作人员应采取措施紧急停炉:

(1)加热炉内水位急剧上升或下降。 (2)加热炉内压力急剧上升。

(3)压力表或真空阀出现失灵或故障。 操作:

(1)按下全自动燃烧机熄火按钮。

(2)待加热炉进出口温度平衡后,逐渐关小盘管进、出口闸门,直至最后完全关闭。

(3)加热炉正常停炉后,应将加热炉壳程内的水放光,并清洗干净。 (4)长期停用的,应采用干法保养,即在壳程内放入硅胶或生石灰,防止 氧化腐蚀,同时对盘管进行扫线,完全清除管内油污。

(5)短期停用的(停用在3个月以内),可采用湿法保养,即在壳程内加满 水,并对盘管进行扫线,完全清除管内油污。

(6)紧急停炉(如突然停电、停泵、发生事故等),应在最短的时间内,按 下全自动燃烧机的熄火按钮,将燃料控制阀彻底关死,避免未燃烧油、气进入炉膛。

3.2、真空相变加热炉的维护 3.21例保内容

(1)每8h一次,由当班工人进行。 (2)检查液位计的显示是否真实、清晰。

(3)检查压力、温度仪表的有效期、显示是否正常。 (4)检查各仪表阀门的密封性。

(5)检查加热炉介质进出口压力及压差。

(6)紧固加热炉本体连接油气水等管线阀门、法兰,确保无渗漏。 (7)检查设备及附件的联接件是否紧固,转动部件是否灵活好用。 (8)检查和调整燃烧系统(包括油气分离器),保证最佳燃烧状态。 (9)加热炉本体及附件无锈蚀,按规定做好刷漆防腐。 3.22加热炉一级维护内容

(1)每运转4000h,正负不超过72h。

(2)检查加热炉法兰连接处的垫片、O型密封圈有无破损、炉体盘管管线及燃料管线的管道、阀门有无泄漏,如有及时更换 。

(3)打开前烟箱观察对流受热面有无积灰,烟箱内保温是否完好,尾部受热面是否存在腐蚀。

(4)从人孔进入检查烟管焊缝、板边等处有无裂纹、腐蚀现象,根据现场情况进行维护修理。锅筒内有无水垢、水渣等,必要时可进行清理并排污。

(5)检查和调整烟道挡板,使其动作灵活,位置适当。

(6)检查加热炉进出口阀门,紧急放空阀门是否灵活、严密,管线是否畅通。

(7)检查炉顶真空阀是否良好。

(8)检查烟囱绷绳、避雷和接地装置是否符合规程的规定。

(9)全面检查各部件的连接情况,保证油、气、风、水、电无渗漏。 (10)停用的加热炉在进入冬季前做好防冻防凝措施。

近几年,真空相变加热炉已广泛应用于油田地面集输系统,以其热效率高、能效低和维修工作量少逐渐取代了老式火筒加热炉。以上是

参考文献

[1] 王德民,走向新世纪的大庆油田开发,石油工业出版社,2001年4月

[2] 加强技术攻关、深化潜力认识、开创油田开发新局面,大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,2003年1月

[3] 胡博仲,聚合物驱油采油工程,石油工业出版社,1997年1月

[4]徐正顺,不断发展和完善聚合物驱综合调整技术 进一步提高油田开发技术经济效果 [5] “大庆原油脱水”油田地面工程,

*********************** 采油一厂2010年度

科技论文发布会材料 ***********************

真空相变加热炉在联合站中的应用

撰写人:胡庆美 陈 宏 李 侠 审核人:肖贵臣

第一采油厂第三油矿 二0一0年九月

真空相变加热炉在联合站中的应用

前 言

中十六联合站于1997年11月建成投产,主要功能是把进站的油、气、水三相混合物进行分离,将处理后合格的原油、天然气外输,合格污水输送至注水站回注地下。2008年10月由于火筒式加热炉内部结构损坏、老化等问题进行了生产改造,将其更换为真空相变加热炉,经过2年多的现场应用,该加热炉不仅热 效率高还减少了站内自耗气量,又能实现远程自动控制,极大地减轻了员工的劳动强度。本文通过真空相变加热炉在联合站中的应用简要介绍该加热炉的工作原理、生产中的常见故障及处理方法,并初步总结出真空相变加热炉的使用和维护方法,希望能在油田真空相变加热炉的现场应用工作中给予一定的技术指导。

关键词:真空相变加热炉 工作原理 常见故障及处理 使用和维护方法 1、真空相变加热炉工作原理

真空相变加热炉是一种通过工作压力始终小于当地大气压的中间载热体(水和水蒸汽),加热壳体内盘管中流动介质(水、油、气)的一种专用的加热设备,中间载热体通过无限循环的相变方式完成传热过程。

1.1、工作原理:

天然气燃烧产生的热量使得炉体内(蒸汽发生器内)的水沸腾汽化,水蒸气与盘管接触加热盘管内的介质,水蒸气接触盘管冷凝成液体再次在炉体内被加热,由水变成水蒸气,再由水蒸气变成水的相变过程中产生热交换,使得介质被加热。

1.2、内部结构图:(见下图)

图一 真空相变加热炉内部结构图

原油加热是油田地面集输系统的一个重要环节,加热温度的高低直接影响着下一级电脱水器的处理效果和外输原油指标,随气温变化和来液油品质量影响,加热温度一般控制在45-55℃。

(1)来气压力一般为0.1MP~0.4Mpa;

(2)设定值60-85℃,报警值70-85℃,一般设定值低于报警值10℃以上; (3)负压值在-0.05-0MPa。 1.3、真空相变加热炉特点

(1)真空状态下工作,采用蒸汽温度控制燃烧机启停和负荷调节,具有蒸汽压力超高报警停炉,水位超低报警停炉等报警连锁功能,运行安全可靠。

(2)采用沸腾和冷凝传热方式,有效提高了加热炉的热效率(≥90%)。 (3)系统采用全自动和手动双重控制操作,设置多重安全装置,并可实现远程控制。

(4)产品系列化,输出热负荷范围大:0.7-3.0MW。 2、真空相变加热炉常见故障及处理方法

经过2年多的现场应用,加热炉常见故障一般表现为换热效果差、进出口压差大等问题,见下表:

表一 常见故障及处理方法

另一方面,加热炉故障还主要表现在其核心部件燃烧器上,经总结归纳主要分为点火故障、熄火故障和燃烧器不启动故障,见表二至表三:

2.1、点火故障:

正常条件下,连续启动三次燃烧器,没有点燃燃烧应判断为点火故障,需要进行相应检查来排除故障。

表二 点火故障及处理方法

2.2、熄火故障:

燃烧器正常运行燃烧时,突然灭火,为熄火故障。

表三 熄火故障及处理方法

2.3、燃烧器不启动故障

按下启动按钮长时间燃烧器不启动,为燃烧器不启动故障。

表四 燃烧器不启动故障及处理方法

3、真空相变加热炉使用和维护方法 3.1、真空相变加热炉的操作 3.11准备工作

(1)检查水位计、压力表(压力变送器)、燃烧器、温度计(温度传感器)、防爆门、烟囱挡板、安全阀、真空阀、外保温层、烟囱及绷绳是否齐全完好。

(2)检查全自动燃烧器的显示仪表、传感器、配电柜、熄火联锁保护阀组是否完好,接线是否牢固。

(3)检查炉烟管、盘管、燃烧室及壳程内有无鼓包、变形、裂缝、氧化、 腐蚀、脱皮等异常现象。

(4)检查燃料流程是否畅通,(油、气)阀门及安全阀是否完好、处于相应 的开关状态,有无渗漏、气流程带液现象;来气压力是否符合要求。 3.12点炉操作

(1)合上燃烧器控制柜运行开关,启动点火程序。

(2)风机启动吹扫,风门开到最大设定值,吹扫大约30秒后。

(3)风门开始关小,准备点火。

(4)点火变压器启动,延时大约4秒,4秒后自动断电。 (5)点火变压器启动2秒后,电磁阀打开。

(6)建立火焰,并且火焰监测器启动(火焰监测器在启动和运行过程中一直处于运行状态),火焰在3秒内不能建立或检测不到火焰,程控器会闭锁自动切断电磁阀和风机电源,终止点火程序。

(7)火焰建立成功,点火程序结束,燃烧器进入温控自动运行阶段,如果在小火向大火转换过程中火焰异常熄灭,调整空气的配比。

(8)火焰建立不成功,程控器会发出报警指示并且连锁停机,调整燃气和空气的配比,按复位按钮,重复2~7步点火程序,直到建立火焰。如果按程序不能一次点燃,应分析原因,至少间隔10min后,再进行二次点火。

(9)在点火前,应关闭被加热介质的进、出口阀门,点火后,待炉温缓慢 上升,当有大量蒸汽从真空阀溢出,约10~15min后,迅速打开盘管进、出口阀门,使真空阀快速复位,以建立壳程内的真空度,在微正压或微负压状态下运行。

(10)当炉子开始正常运行时,要随时观察炉子盘管进、出口压力、温度、 壳程内水位和压力变化情况,无异常后30min方可离开。

注意:按复位按钮时间不允许超过4秒,否则程控器易损坏。 3.13停炉操作 正常停运

加热炉在冬季长时间停止运行,要将加热炉内的水彻底排出,以防冻结。 紧急停炉

在下列情况下操作人员应采取措施紧急停炉:

(1)加热炉内水位急剧上升或下降。 (2)加热炉内压力急剧上升。

(3)压力表或真空阀出现失灵或故障。 操作:

(1)按下全自动燃烧机熄火按钮。

(2)待加热炉进出口温度平衡后,逐渐关小盘管进、出口闸门,直至最后完全关闭。

(3)加热炉正常停炉后,应将加热炉壳程内的水放光,并清洗干净。 (4)长期停用的,应采用干法保养,即在壳程内放入硅胶或生石灰,防止 氧化腐蚀,同时对盘管进行扫线,完全清除管内油污。

(5)短期停用的(停用在3个月以内),可采用湿法保养,即在壳程内加满 水,并对盘管进行扫线,完全清除管内油污。

(6)紧急停炉(如突然停电、停泵、发生事故等),应在最短的时间内,按 下全自动燃烧机的熄火按钮,将燃料控制阀彻底关死,避免未燃烧油、气进入炉膛。

3.2、真空相变加热炉的维护 3.21例保内容

(1)每8h一次,由当班工人进行。 (2)检查液位计的显示是否真实、清晰。

(3)检查压力、温度仪表的有效期、显示是否正常。 (4)检查各仪表阀门的密封性。

(5)检查加热炉介质进出口压力及压差。

(6)紧固加热炉本体连接油气水等管线阀门、法兰,确保无渗漏。 (7)检查设备及附件的联接件是否紧固,转动部件是否灵活好用。 (8)检查和调整燃烧系统(包括油气分离器),保证最佳燃烧状态。 (9)加热炉本体及附件无锈蚀,按规定做好刷漆防腐。 3.22加热炉一级维护内容

(1)每运转4000h,正负不超过72h。

(2)检查加热炉法兰连接处的垫片、O型密封圈有无破损、炉体盘管管线及燃料管线的管道、阀门有无泄漏,如有及时更换 。

(3)打开前烟箱观察对流受热面有无积灰,烟箱内保温是否完好,尾部受热面是否存在腐蚀。

(4)从人孔进入检查烟管焊缝、板边等处有无裂纹、腐蚀现象,根据现场情况进行维护修理。锅筒内有无水垢、水渣等,必要时可进行清理并排污。

(5)检查和调整烟道挡板,使其动作灵活,位置适当。

(6)检查加热炉进出口阀门,紧急放空阀门是否灵活、严密,管线是否畅通。

(7)检查炉顶真空阀是否良好。

(8)检查烟囱绷绳、避雷和接地装置是否符合规程的规定。

(9)全面检查各部件的连接情况,保证油、气、风、水、电无渗漏。 (10)停用的加热炉在进入冬季前做好防冻防凝措施。

近几年,真空相变加热炉已广泛应用于油田地面集输系统,以其热效率高、能效低和维修工作量少逐渐取代了老式火筒加热炉。以上是

参考文献

[1] 王德民,走向新世纪的大庆油田开发,石油工业出版社,2001年4月

[2] 加强技术攻关、深化潜力认识、开创油田开发新局面,大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,2003年1月

[3] 胡博仲,聚合物驱油采油工程,石油工业出版社,1997年1月

[4]徐正顺,不断发展和完善聚合物驱综合调整技术 进一步提高油田开发技术经济效果 [5] “大庆原油脱水”油田地面工程,


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