油田水套加热炉应用简介

油田水套加热炉应用简介石西油田·基东采油站2011年8月前言给原油、天然气加热是油气集输过程中的最基本的工艺技术。原油的储存、运输、脱水、稳定等都需要将原油加热到所需的温度。加热油气所需的热能，来源于不同的热源和不同的方法。加热炉是给原油等介质加热的一种设备，即加热炉利用燃料燃烧的火焰和烟气作为加热剂，来加热金属管内或容器中流动的原油、天然气或水，有不同的种类，本文主要介绍油田水套加热炉结构原理及使用维护方面的知识。一、加热炉的分类（1）按功能分类①二合一，完成其加热和缓冲的功能或者加热和外输功能；②三合一，完成其加热、分离、和缓冲的功能；③四合一，完成其加热、分离、缓冲和游离水脱除功能；④五合一，完成其加热、分离、缓冲、游离水脱除和电脱水功能。尽管合一程度不同，但内部结果大同小异，基本由隔板将壳体分成两段或多段结构，一侧完成介质加热缓冲的工艺要求，另一侧收油。另外五合一装置的电脱水是其他合一装置未具备的，具有不同的特点。油田将这些合一装置称为加热缓冲装置，通常在转油站比较多见。（2）按加热方式分类①火筒式加热炉。这种加热炉的壳体内无隔板，介质通常是含水较少的原油。它主要由燃烧器、火管、烟管构成，通过火管壁、烟管内的烟气来对介质加热，提高介质温度。②管式加热炉。通常也称卧式圆筒炉。它主要由燃烧器、辐射管、对流管构成。通过热辐射和对流方式直接对炉管内的介质加热，外壳起到封闭火焰和炉管的作用，外壳不承压。它的热效力较高，介质提升温度高，所以也称为高效炉。它的工作介质通常是油、水或含油污水。③水套加热炉。主要由火管、烟管和受热盘管构成。这种加热炉壳体内的介质是清水，盘管内的介质通常是含水较少的原油。其工作原理是首先由烟管和火管内的烟气对其周围的水进行加热，然后热水对盘管内的介质进行水浴加热，提升盘管内介质的温度，通常盘管内的介质压力较高，以便外输。④真空加热炉。这种加热炉主要由燃烧器、烟管、火管、受热盘管构成。它属于微负压或常压容器，通过加热中间介质水产生水蒸汽，水蒸气再加热受热盘管，水蒸气被受热盘管吸收热量后冷凝为水，如此反复循环达到加热目的。因此这种加热炉也被称为蒸汽换热加热炉。真空加热炉可以实现集油加热、掺水、采暖加热多功能，并实现了炉前自动控制，操作方便可靠，具有效率高、炉体小、钢耗低等优点，具有较好的经济效益和社会效益。此外还有有机热载体炉、分体相变相加热炉等。

二、油田常见水套加热炉结构及原理水套加热炉是为满足油田特殊需要而设计的一种专用加热设备,主要用于油气集输系统过程中,将原油天然气加热到工艺要求的温度,以便进行输送、沉降、分离、脱水和初加工。水套炉在油气集输输气系统中应用广泛，具有品种多、配置多样，结构紧凑、功能齐全、适用范围广等特点，是理想的加热设备。水套炉是以水作为传热介质的间接加热设备，如下图。水套炉是由简体、烟火管、气盘管和其他附件组成。气盘管和进出筒体处用盘根密封，松紧由填料压盖调节。水套炉通过水箱给炉内加水，水套炉炉内压力(壳程压力)为常压。水套炉筒体上焊有温度计插孔，装有水位计，以控制水套炉运行。水套炉筒体靠鞍式支座支撑，筒体上敷设耐火材料保温。

水套炉的加热原理是天然气燃烧器喷出的高温火焰直接加热烟火管，高温烟气向后流动，经烟气出口管进入烟箱，然后经烟囱排入大气。但烟火管和烟气出口管附近的水受热后因密度减小而上升，与气盘管接触传热后温度下降，又因密度增加而下沉，又被加热后又上升，如此不断循环，以加热气盘管内的天然气，达到提高天然气气流温度的目的。但要注意水套加热炉禁止超压使用，即气盘管内的天然气不能超过允许工作压力。三、水套加热炉燃气方式水套炉根据燃烧方式分为微正压和负压水套炉：①微正压燃烧水套加热炉。燃烧器风机强制向炉膛供风，并配备白动程序点火与熄火保护装置。大部分采用平直或平直与波形组合的火筒和螺旋槽构成，盘管采用可拆式螺旋槽U形管束。优点：热效率高，结构紧凑，钢材耗量少（如下图）。水套加热炉实现正压燃烧通过燃气燃烧控制系统实现（见下图）：主要结构部件为控制器、燃烧器及其它附件（火焰探测器、探头等、稳压阀、电磁阀）。原理：当可燃气体由控制程序控制进入燃烧器的燃烧头内，由一次风与可燃气体混合，点火燃烧，二次风助燃，实现充分燃烧。——获得高燃烧效率的核心技术（目前常用进口德国产“威索”、意大利“利雅路”）②负压燃烧水套加热炉。负压燃烧即燃烧所需空气为自然进风，火筒与烟管采用U形或类似结构，优点：结构简单，适应性强，密封效果好（如下图）。四、水套加热炉的安装方式油田采油使用水套加热炉按安装方式可分为撬装式和地面下砖混式。随着油田配套设施的发展，砖混地下安装水套加热炉由于其热效率低、安装不便、占地面积大、故障率高等原因，正逐步被相对性能较佳的撬装式水套加热炉所替代。撬装式水套加热炉具有以下优点①露天摆放，大部分安装配套自动燃烧控制系统，结构简单紧凑，占地面积小、可整体搬迁，安装投产迅速；②具有自动点火，熄火，自动切断气源，水温自动调节功能，操作维护方便；③使用燃烧器微正压燃烧，热效率较高；④燃烧器点火前强制通风2～3分钟，熄火后自动切断气源，杜绝了危险的爆燃，安全系数高。撬装式水套加热炉在具有较多优点的同时，也有一定的缺点：冬季计量站配水撬、多通撬、计量撬、操作间均采用电暖气保温，由于电暖气使用寿命较短，形成浪费；五、一种带热水自然循环供热的水套加热炉地下安装砖混式水套加热炉通常还有给油气计量间、配水间供暖的作用，也就是说，此类水套加热炉同时也是一座热水锅炉。该类型供热原理：水随温度升高而其密度变小，故导致供暖系统中热水上升冷水下降形成一个循环系统。（膨胀水箱：容纳因加热膨胀的体积，起到排气，定压的作用，见右图）。六、水套加热炉的使用注意事项1、准备工作：准备相关工具、材料准备，穿戴好劳动保护用品。2、点炉前应检查相关内容： （1）新建炉或检修后的加热炉，必须经过严密强度试压（实验压力为工作压力的1.5-2倍），稳压24h，检查各部有无渗漏现象，合格后方可使用。（2）检查炉顶、炉膛、保温表、炉管和烟道是否达到投产要求，并清除炉膛和烟道内施工或检修遗留下来的杂物。（3）检查风门、防爆门、观火口、火嘴是否安装合格，风门挡板是否灵活好用，并根据燃烧量调节好风门开度。（4）检查水位计是否密封，接头是否好用，并调整水位至2/3的位置。（5）检查安全阀、上水阀是否灵活好用，上水管线是否畅通。（6）检查各种仪表（压力表、温度计）是否齐全完好，投用熄火、停炉报警装置。（7）检查燃料油、天然气是否充足，管线是否畅通，各油气阀是否关闭严密，有无渗漏现象，并启动燃料油泵及电加热器，使燃油进行循环，燃料油压力控制在本炉的适用规定范围内。（8）使用转烧火嘴时，要对电路和油路进行检查，是否达到点火要求。（9）检查加热炉烟囱绷绳和接地线是否良好。（10）如采用正压燃烧，应检查并启动鼓风机，使炉内通风5-10min。3、点炉运行注意事项（1）使气能充分燃烧，燃气呈淡蓝色火焰，烟囱不冒烟的状态。（2）炉膛升温不得太快，避免各部受热不均匀。（3）调整燃烧器、燃油压力、燃气量，保证加热炉出口温度满足要求，并保持炉温平稳运行，并作好运行记录。（4）冬季长期停炉，应将炉内存水放净，以免冻坏炉体。七、常见危险因素及应对措施

1、火管烧损火管烧损是合一装置、火筒炉及水套炉使用过程中常见的问题，尤其以合一装置最为严重。表现形式通常为火管近火焰处的鼓包变形，随着变形的进一步加大，导致变形部位的金属厚度减薄，由于变形部位的应力集中，加之外部压力的作用，可能导致火管产生裂纹及穿孔。由于介质为含水较少原油，一旦火管烧穿，势必引发事故。（1）介质中的杂质影响由于加热炉加热的介质是从地下采出，只经过简单处理，在金属加热炉之前未对其进行彻底有效的净化分离，含有大量泥沙及一些矿物质，高温作用下在火管、烟管及筒体内壁结垢，硬垢上层还会附着一层软垢，严重的垢的厚度达50mm以上。（2）结垢结焦的影响结垢、结焦导热系数较低，这使烟火管表面形成致密隔热层，热量无法及时散出。（3）燃烧器加热炉所用燃料为油田伴生气，采用燃气燃烧器。这种燃烧器采用自然配风，形成的火束粗，火焰过短、过长均会造成耐火砖的铺设距离与火焰长度不匹配，造成火管烧损。燃烧器安装不合理造成火焰偏烧也会造成火管烧损。

2、腐蚀（1）内腐蚀合一装置中分离出的天然气中含S和P等杂志，与水形成酸性物质造成对金属的腐蚀，多表现为大面积均匀腐蚀和点蚀，并且以气相空间部分最为严重。加热炉、管道酸洗后残留酸液对加热炉内壁也产生腐蚀。（2）外腐蚀由于排烟温度低，烟囱产生的露水无法及时从烟箱排出，露水与天然气燃烧产物中的氮氧化物、硫化物等共同作用形成酸性溶液对烟箱、烟箱侧封头、烟囱都构成腐蚀作用，造成加热炉烟箱侧封头产生露点腐蚀，烟箱和封头连接处壁厚减薄，甚至穿孔。另外，还存在制造原因、修理质量差和内部管理等因素。

3、安全对策措施针对以上危险因素，在安全评估过程中应采取以下有针对性地安全对策措施。（1）在工艺中增加污水进入加热炉前的沉降、分离时间，沉积物和泥沙充分沉降、分离。（2）按《石油工业用