普通注汽鍋爐提升為高干度注汽鍋爐的可行性分析

1、工業(yè)技術(shù)l■ChinaSCienceandTechnologyRevi普通注汽鍋爐提升為高干度注汽鍋爐的可行性分析盛(勝利油田現(xiàn)河采油廠韜山東東營(yíng)257000)中圖分類號(hào)：TK229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—914X(2010)1卜0002一O11概述注汽鍋爐作為稠油開采的主要設(shè)備，從國(guó)外引進(jìn)到不斷的更新，已沿用了23年。隨著稠油開采難度的不斷增加，壓力等級(jí)得到了不斷提升，從172MPa發(fā)展到21MPa和26MPa。隨著技術(shù)的不

2、斷進(jìn)步，控制部分由繼電器發(fā)展到PLC計(jì)算機(jī)控制。但在注汽質(zhì)量主要指標(biāo)一千度這一指標(biāo)上，一直沿用小于80％，沒有突破性發(fā)展。但隨著稠油開采粘度及蒸汽驅(qū)開采范圍的不斷增大，需要的蒸汽干度越來越高，由于沒有在注汽鍋爐本體上做文章，而是在鍋爐外部增加汽水分離器通過將濕蒸汽中的水分分離出來提高注汽干度。應(yīng)用汽水分離器帶來的不利因素是高壓水的熱量損失，即使增加熱量回收裝置也存有整體熱效率低和污水外排影響環(huán)境的問題。勝利油田在用注汽鍋爐已近百臺(tái)，設(shè)計(jì)

3、干度均為≤80％，熱效率≤85％：在實(shí)際運(yùn)行中，由于參數(shù)調(diào)整、清灰不及時(shí)及保證安全運(yùn)行等因素，實(shí)際干度在70％左右、熱效率在80％以下運(yùn)行，造成了不必要的能源浪費(fèi)，也影響了稠油開采的整體效果。由以上現(xiàn)狀可以看出，研究高干度注汽鍋爐適應(yīng)稠油開采的需求、提高注汽鍋爐整體熱效率，同時(shí)又可對(duì)原有注汽鍋爐進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造達(dá)到高于度運(yùn)行的目的是注汽鍋爐以后發(fā)展的方向。2原理分析21制約千度低的分析干度的高低主要取決于注汽鍋爐用水的溶解鹽量的高低，在高

4、壓、高溫狀態(tài)下，水的溶鹽度是一定的，濕蒸汽中的高壓水的含鹽量高出此時(shí)的溶鹽度將會(huì)造成鹽的析出，附著在爐管內(nèi)壁降低熱量吸收，在一定條件(壓力、爐管溫度)下降造成爐管的破裂，帶來安全隱患。以黃河水為例：現(xiàn)在我們應(yīng)用的黃河水的溶解鹽量在350—450mg／1之間，經(jīng)過注汽鍋爐后干度為80％狀況下，20％的高壓、高溫水溶解所有的供水中的含鹽，濃度達(dá)到1750—2250mg／1。反推，若在高壓、高溫下水的溶鹽濃度1750mg／1不析鹽，干度為95

5、％，進(jìn)水含鹽量只要控制在1750X5100=875mg／1以內(nèi)就能保證注汽鍋爐的安全運(yùn)行。換言之，只要在注汽鍋爐的供水含鹽量處理在87rag／1以內(nèi)，注汽鍋爐的濕蒸汽干度就可提升到95％運(yùn)行。22傳熱面積的分析以17MPa狀態(tài)下的濕蒸汽分析，80％濕蒸汽的熱焓值為23756kj／kg，95％濕蒸汽的熱焓值為25041kj／kg，焓差為1285kj／kg，增加百分?jǐn)?shù)為54％。傳熱面積增加54％就能滿足高干度的要求。以23t／h、172MP

6、a注汽鍋爐計(jì)，光管長(zhǎng)度為940米、翅片管340米。需增加量為光管長(zhǎng)度508米、翅片管184米，折合對(duì)流段處光管13根、翅片管5根。因此，在對(duì)流段光管、翅片管結(jié)合部位增加光管、翅片管各一排(各l3根)，完全達(dá)到高于度注汽鍋爐對(duì)傳熱面積增加的要求。其工程量及難度不大，有利于改造。23燃燒器的優(yōu)化作為能量的供給設(shè)備，燃燒器本身的燃燒效率決定了最終的注汽鍋爐整體熱效率。根據(jù)熱量提高的比例、燃燒器的負(fù)荷變化、燃燒方式等技術(shù)要求，通過調(diào)研選擇高效率

7、、負(fù)荷符合要求的燃燒器。3可行性方案的設(shè)計(jì)31高壓、高溫水溶鹽性根據(jù)黃河水的水質(zhì)情況，結(jié)合理論研究，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作出高壓、高溫水溶鹽性隨壓力的變化曲線。作為注汽鍋爐最大干度的理論依據(jù)。32高干度濕蒸汽傳熱機(jī)理對(duì)濕蒸汽干度有80％上升到95％的吸熱情況進(jìn)行研究，找出其存在的不同，為注汽鍋爐的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有注汽鍋爐的改造提供理論支持。33低溶鹽水處理系統(tǒng)根據(jù)高壓、高溫水溶鹽性的研究結(jié)果，制定低溶鹽水處理系統(tǒng)的方案。主要幾種硬度、除鹽系統(tǒng)的研究，通

8、過研究找出各種方法的合理搭配，達(dá)到即能保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)又使得水的利用率為最大化、能耗最低化、操作最簡(jiǎn)化、運(yùn)行配比最優(yōu)化。4社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析及琢測(cè)41千度提高帶來的效益預(yù)測(cè)項(xiàng)目完成后，運(yùn)行干度可提高20％，到達(dá)稠油油層的蒸汽干度可由現(xiàn)在的50％提高到65％以上。干度的提高可使得周期注汽量帶入油層的熱量提高5％以上，增大了蒸汽的加熱半徑，提高周期稠油開采量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，干度每升高10％，油汽比可提高01，即每注2000噸的蒸汽可提高20

9、0噸的采油量。稠油整體采收率與注入蒸汽的干度成正比，有利于整體采收率的提高。因此，不論從短期上還是長(zhǎng)遠(yuǎn)上效益都十分可觀。42高干度注汽鍋爐與新上原注汽鍋爐系統(tǒng)的對(duì)比：(1)直接經(jīng)濟(jì)效益：現(xiàn)運(yùn)行的注汽鍋爐若達(dá)到高干度的目的，采卻的工藝是增加一套汽水分離器。一套汽水分離器的價(jià)格在120萬元左右，加裝管線及房子的投入4O萬元，一臺(tái)現(xiàn)有水處理裝置為6O萬元。若應(yīng)用高干度注汽鍋爐，一套低溶鹽水處理系統(tǒng)價(jià)值在100萬元以內(nèi)，注汽鍋爐增加的加熱面積的

10、價(jià)值在l0萬元左右。盡從投資上講節(jié)約成本近1O0萬元。(2)間接經(jīng)濟(jì)效益：應(yīng)用汽水分離器后有70％干度提升到90％的蒸汽以23t／h計(jì)，需分離的高壓水量為23X(170％90％)≈5t。即便是增加了熱量回收裝置，以熱量回收率80％，將有l(wèi)t高壓、高溫水的熱量浪費(fèi)掉。以172MPa計(jì)，換算為耗燃油量為5X103X1698；4[焓值](41820[原油的低發(fā)熱值])一203kg。一年以運(yùn)行時(shí)率80％、負(fù)荷利用率85％計(jì)，年多耗原油：203X

11、08X085X365=503846kg50噸。原油價(jià)格以3000元／噸計(jì)，年間接經(jīng)濟(jì)損失在15萬元以上。43原注汽鍋爐系統(tǒng)改造的效益分析：(1)增加汽水分離器提高注汽干度在原有注汽鍋爐上增加汽水分離器提高注汽干度，投資與進(jìn)行技術(shù)改造基本持平，還增加了汽水分離器安裝地基的投資，加上管線及房子的投入在4O萬元以上。熱損失的增加年間接經(jīng)濟(jì)損失在15萬元以上。(2)僅對(duì)原有注汽鍋爐升級(jí)改造僅對(duì)原有注汽鍋爐升級(jí)改造，可提高周期采油量，但周期多采油

12、200噸，周期天數(shù)以300天計(jì)，原油價(jià)格以3000元／噸計(jì)，年經(jīng)濟(jì)效益200365300X300073萬元。投資120萬元，投資回收期為12073=16年。同時(shí)節(jié)約了稠油開采后期提高干度的設(shè)施。效益也十分明顯。44社會(huì)效益提高油田的原油回收率是我們石油人不懈的努力，是稠油開采的發(fā)展方向。同時(shí)，使得注汽設(shè)備從耗能上和環(huán)保上得到了技術(shù)提升。因此，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。均勻。對(duì)油楔進(jìn)行研刮，保證進(jìn)油處有足夠的面積。力。緊力調(diào)整到003mm。重新

13、調(diào)整軸瓦間隙及緊修。電廠在今后的維護(hù)過程中應(yīng)著重對(duì)軸瓦的維護(hù)，油質(zhì)的定期化驗(yàn)。34再次對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行更換重新調(diào)整彈簧的預(yù)緊值。35由于時(shí)間有限，未對(duì)泵內(nèi)部套進(jìn)行解體檢查恢復(fù)后重新試運(yùn)該水泵，在啟動(dòng)過程中嚴(yán)格控制最小流量閥的開度。并充分暖泵，直到泵內(nèi)溫度與除氧器溫度相差小于30“C。此次未再出現(xiàn)振動(dòng)大的情況。結(jié)語針對(duì)該水泵檢修情況，我們得出結(jié)論。振動(dòng)引起的主要原因一是泵體自身軸瓦烏金承力面剛度不足，二是油楔經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，有部分磨損，造

14、成油膜形成不足，引起油膜振蕩。三是軸瓦緊力不足。四是由于正值春節(jié)期間，檢修人員精力不夠集中，在第一次檢修時(shí)未對(duì)軸瓦仔細(xì)檢查，造成了多次檢2I科技博覽由于未對(duì)泵內(nèi)部套進(jìn)行解體檢查，無法判斷平衡盤及次末級(jí)、末級(jí)葉片是否有損傷，且無法判斷首級(jí)葉輪處的軸向定位尺寸是否合格。電廠再下次檢修時(shí)應(yīng)著重對(duì)此處的檢查。工業(yè)技術(shù)l■ChinaSCienceandTechnologyRevi普通注汽鍋爐提升為高干度注汽鍋爐的可行性分析盛(勝利油田現(xiàn)河采油廠韜

15、山東東營(yíng)257000)中圖分類號(hào)：TK229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—914X(2010)1卜0002一O11概述注汽鍋爐作為稠油開采的主要設(shè)備，從國(guó)外引進(jìn)到不斷的更新，已沿用了23年。隨著稠油開采難度的不斷增加，壓力等級(jí)得到了不斷提升，從172MPa發(fā)展到21MPa和26MPa。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制部分由繼電器發(fā)展到PLC計(jì)算機(jī)控制。但在注汽質(zhì)量主要指標(biāo)一千度這一指標(biāo)上，一直沿用小于80％，沒有突破性發(fā)展。但隨著稠油開采粘

16、度及蒸汽驅(qū)開采范圍的不斷增大，需要的蒸汽干度越來越高，由于沒有在注汽鍋爐本體上做文章，而是在鍋爐外部增加汽水分離器通過將濕蒸汽中的水分分離出來提高注汽干度。應(yīng)用汽水分離器帶來的不利因素是高壓水的熱量損失，即使增加熱量回收裝置也存有整體熱效率低和污水外排影響環(huán)境的問題。勝利油田在用注汽鍋爐已近百臺(tái)，設(shè)計(jì)干度均為≤80％，熱效率≤85％：在實(shí)際運(yùn)行中，由于參數(shù)調(diào)整、清灰不及時(shí)及保證安全運(yùn)行等因素，實(shí)際干度在70％左右、熱效率在80％以下運(yùn)行

17、，造成了不必要的能源浪費(fèi)，也影響了稠油開采的整體效果。由以上現(xiàn)狀可以看出，研究高干度注汽鍋爐適應(yīng)稠油開采的需求、提高注汽鍋爐整體熱效率，同時(shí)又可對(duì)原有注汽鍋爐進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造達(dá)到高于度運(yùn)行的目的是注汽鍋爐以后發(fā)展的方向。2原理分析21制約千度低的分析干度的高低主要取決于注汽鍋爐用水的溶解鹽量的高低，在高壓、高溫狀態(tài)下，水的溶鹽度是一定的，濕蒸汽中的高壓水的含鹽量高出此時(shí)的溶鹽度將會(huì)造成鹽的析出，附著在爐管內(nèi)壁降低熱量吸收，在一定條件(壓力

18、、爐管溫度)下降造成爐管的破裂，帶來安全隱患。以黃河水為例：現(xiàn)在我們應(yīng)用的黃河水的溶解鹽量在350—450mg／1之間，經(jīng)過注汽鍋爐后干度為80％狀況下，20％的高壓、高溫水溶解所有的供水中的含鹽，濃度達(dá)到1750—2250mg／1。反推，若在高壓、高溫下水的溶鹽濃度1750mg／1不析鹽，干度為95％，進(jìn)水含鹽量只要控制在1750X5100=875mg／1以內(nèi)就能保證注汽鍋爐的安全運(yùn)行。換言之，只要在注汽鍋爐的供水含鹽量處理在87ra

19、g／1以內(nèi)，注汽鍋爐的濕蒸汽干度就可提升到95％運(yùn)行。22傳熱面積的分析以17MPa狀態(tài)下的濕蒸汽分析，80％濕蒸汽的熱焓值為23756kj／kg，95％濕蒸汽的熱焓值為25041kj／kg，焓差為1285kj／kg，增加百分?jǐn)?shù)為54％。傳熱面積增加54％就能滿足高干度的要求。以23t／h、172MPa注汽鍋爐計(jì)，光管長(zhǎng)度為940米、翅片管340米。需增加量為光管長(zhǎng)度508米、翅片管184米，折合對(duì)流段處光管13根、翅片管5根。因此，在

20、對(duì)流段光管、翅片管結(jié)合部位增加光管、翅片管各一排(各l3根)，完全達(dá)到高于度注汽鍋爐對(duì)傳熱面積增加的要求。其工程量及難度不大，有利于改造。23燃燒器的優(yōu)化作為能量的供給設(shè)備，燃燒器本身的燃燒效率決定了最終的注汽鍋爐整體熱效率。根據(jù)熱量提高的比例、燃燒器的負(fù)荷變化、燃燒方式等技術(shù)要求，通過調(diào)研選擇高效率、負(fù)荷符合要求的燃燒器。3可行性方案的設(shè)計(jì)31高壓、高溫水溶鹽性根據(jù)黃河水的水質(zhì)情況，結(jié)合理論研究，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作出高壓、高溫水溶鹽性隨壓力

21、的變化曲線。作為注汽鍋爐最大干度的理論依據(jù)。32高干度濕蒸汽傳熱機(jī)理對(duì)濕蒸汽干度有80％上升到95％的吸熱情況進(jìn)行研究，找出其存在的不同，為注汽鍋爐的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有注汽鍋爐的改造提供理論支持。33低溶鹽水處理系統(tǒng)根據(jù)高壓、高溫水溶鹽性的研究結(jié)果，制定低溶鹽水處理系統(tǒng)的方案。主要幾種硬度、除鹽系統(tǒng)的研究，通過研究找出各種方法的合理搭配，達(dá)到即能保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)又使得水的利用率為最大化、能耗最低化、操作最簡(jiǎn)化、運(yùn)行配比最優(yōu)化。4社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分

22、析及琢測(cè)41千度提高帶來的效益預(yù)測(cè)項(xiàng)目完成后，運(yùn)行干度可提高20％，到達(dá)稠油油層的蒸汽干度可由現(xiàn)在的50％提高到65％以上。干度的提高可使得周期注汽量帶入油層的熱量提高5％以上，增大了蒸汽的加熱半徑，提高周期稠油開采量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，干度每升高10％，油汽比可提高01，即每注2000噸的蒸汽可提高200噸的采油量。稠油整體采收率與注入蒸汽的干度成正比，有利于整體采收率的提高。因此，不論從短期上還是長(zhǎng)遠(yuǎn)上效益都十分可觀。42高干度注汽鍋爐

23、與新上原注汽鍋爐系統(tǒng)的對(duì)比：(1)直接經(jīng)濟(jì)效益：現(xiàn)運(yùn)行的注汽鍋爐若達(dá)到高干度的目的，采卻的工藝是增加一套汽水分離器。一套汽水分離器的價(jià)格在120萬元左右，加裝管線及房子的投入4O萬元，一臺(tái)現(xiàn)有水處理裝置為6O萬元。若應(yīng)用高干度注汽鍋爐，一套低溶鹽水處理系統(tǒng)價(jià)值在100萬元以內(nèi)，注汽鍋爐增加的加熱面積的價(jià)值在l0萬元左右。盡從投資上講節(jié)約成本近1O0萬元。(2)間接經(jīng)濟(jì)效益：應(yīng)用汽水分離器后有70％干度提升到90％的蒸汽以23t／h計(jì)，需

24、分離的高壓水量為23X(170％90％)≈5t。即便是增加了熱量回收裝置，以熱量回收率80％，將有l(wèi)t高壓、高溫水的熱量浪費(fèi)掉。以172MPa計(jì)，換算為耗燃油量為5X103X1698；4[焓值](41820[原油的低發(fā)熱值])一203kg。一年以運(yùn)行時(shí)率80％、負(fù)荷利用率85％計(jì)，年多耗原油：203X08X085X365=503846kg50噸。原油價(jià)格以3000元／噸計(jì)，年間接經(jīng)濟(jì)損失在15萬元以上。43原注汽鍋爐系統(tǒng)改造的效益分析：

25、(1)增加汽水分離器提高注汽干度在原有注汽鍋爐上增加汽水分離器提高注汽干度，投資與進(jìn)行技術(shù)改造基本持平，還增加了汽水分離器安裝地基的投資，加上管線及房子的投入在4O萬元以上。熱損失的增加年間接經(jīng)濟(jì)損失在15萬元以上。(2)僅對(duì)原有注汽鍋爐升級(jí)改造僅對(duì)原有注汽鍋爐升級(jí)改造，可提高周期采油量，但周期多采油200噸，周期天數(shù)以300天計(jì)，原油價(jià)格以3000元／噸計(jì)，年經(jīng)濟(jì)效益200365300X300073萬元。投資120萬元，投資回收期為1

26、2073=16年。同時(shí)節(jié)約了稠油開采后期提高干度的設(shè)施。效益也十分明顯。44社會(huì)效益提高油田的原油回收率是我們石油人不懈的努力，是稠油開采的發(fā)展方向。同時(shí)，使得注汽設(shè)備從耗能上和環(huán)保上得到了技術(shù)提升。因此，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。均勻。對(duì)油楔進(jìn)行研刮，保證進(jìn)油處有足夠的面積。力。緊力調(diào)整到003mm。重新調(diào)整軸瓦間隙及緊修。電廠在今后的維護(hù)過程中應(yīng)著重對(duì)軸瓦的維護(hù)，油質(zhì)的定期化驗(yàn)。34再次對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行更換重新調(diào)整彈簧的預(yù)緊值。35由于時(shí)間

27、有限，未對(duì)泵內(nèi)部套進(jìn)行解體檢查恢復(fù)后重新試運(yùn)該水泵，在啟動(dòng)過程中嚴(yán)格控制最小流量閥的開度。并充分暖泵，直到泵內(nèi)溫度與除氧器溫度相差小于30“C。此次未再出現(xiàn)振動(dòng)大的情況。結(jié)語針對(duì)該水泵檢修情況，我們得出結(jié)論。振動(dòng)引起的主要原因一是泵體自身軸瓦烏金承力面剛度不足，二是油楔經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，有部分磨損，造成油膜形成不足，引起油膜振蕩。三是軸瓦緊力不足。四是由于正值春節(jié)期間，檢修人員精力不夠集中，在第一次檢修時(shí)未對(duì)軸瓦仔細(xì)檢查，造成了多次檢2