海上油田热介质锅炉常见故障浅析

董海杰

一、前言

海上平台以及FPSO（Floating Production Storage&Offloading Unit，浮式生产储存卸货装置）是油气处理、储存的生产设施，原油中油气水分离的处理过程需要一定的热源。一般在海上都配备几台热介质锅炉，通过燃烧燃料来加热热介质油，作为生产流程和储油舱等的加热源。为了保证热介质锅炉持续运转，热介质锅炉都采用双燃料形式，柴油/天然气或柴油/原油。

二、应用现状

1988年在海洋石油友谊号FPSO上首次将热油炉成功应用，目前热油锅炉已广泛应用在海上油田及陆地各油气处理厂。近几年在FPSO上采用热介质锅炉的情况如下：

海洋石油112FPSO配备3台由德国BAY公司制造的三燃料热介质锅炉，它能够实现在原油、柴油和天然气燃料之间的切换。海洋石油115FPSO配备3台由碧海舟石油化工设备公司制造的热介质锅炉，以油田生产的原油和柴油为燃料，其中，油田生产的原油为主燃料，柴油为启动和备用燃料。海洋石油116FPSO配备3台由碧海舟石油化工设备公司制造的热介质锅炉，以油田生产的伴生气和柴油为燃料，其中，油田生产的伴生气为主燃料，柴油为启动和备用燃料。

长青号FPSO配备3台由德国BAY公司制造的双燃料热介质锅炉，以油田生产的伴生气和柴油为燃料，其中，油田生产的伴生气为主燃料，柴油为启动和备用燃料。

明珠号FPSO配备3台由美国ECONO-THERM公司生产的双燃料热介质锅炉，以油田生产的伴生气和柴油为燃料。

这些热油锅炉燃烧器分别采用德国的RAY和SAACKE，英国的HAMWORTHY产品。

在海上使用的这些热介质锅炉，用于给生产系统和储油舱等舱室的加热。一般热介质锅炉所排出的烟气，还通过排气支管和控制阀门被引到惰气发生装置，进行再次利用生成惰性气体，作为货油舱的覆盖气，达到节约燃料的目的。

三、热介质锅炉简介

热介质系统主要由安全保护装置、流量监测系统、燃烧器系统、燃料供给橇块、CO2灭火系统、仪表自控系统和阀组、循环泵橇(带旁通过滤调节装置)、热介质膨胀罐和储存罐等组成。

燃料在加热炉炉膛内燃烧，产生热量，并分别以辐射和对流形式将热量传递给作为中间载热体的热介质油，由热介质油循环泵建立热介质油加热系统的循环。加热后的热油在用户换热设备中与用热工质进行换热，将燃烧产生的热量间接传给用热工质，实现加热的目的。换热后的介质油再返回到加热炉里进行二次加热。如此循环往复，实现连续加热用热工质。介质油经加热炉完成介质油加热的目的，可为用热用户提供低压且压力及流量稳定的高温热源。

1.燃料系统

热介质锅炉所使用的燃料包括气体燃料（天然气）和液体燃料（柴油或原油）。油田伴生气经过处理、过滤、减压后送给锅炉的燃烧器燃烧；当生产关断或天然气压力不足时，通过供给泵，为锅炉提供柴油燃料。

2.锅炉进气系统

进气系统有3个作用，一是少量的压缩空气用来雾化燃油；二是作为燃料燃烧必不可少的空气；三是部分空气可降低炉温，也可用来作为炉膛的清扫气。

3.控制系统

控制系统由控制柜和现场一次仪表、调节阀等组成。控制柜是整个控制系统的核心，也是决定热介质锅炉能否安全、可靠、高效运行的关键。用来完成锅炉的启动和停止以及运行参数的监测和应急情况下的关停。

4.惰气保护系统

用于防止导热油在高温状态氧化。膨胀罐压力＜30kPa时，膨胀罐惰气入口管线调压阀缓缓打开，以允许惰气补充进入膨胀罐内；膨胀罐压力＞50kPa时，膨胀罐放空管线调压阀缓缓打开，进行卸压，将膨胀罐压力稳定在30～50kPa。

四、故障与分析

1.点火故障

（1）点火线圈故障。造成点火故障的部分原因多是由点火线圈引起的，应具体检查点火线圈，从燃烧器上取下点火线圈，检查其火花塞的间隙应在4～5mm，如不合适则要调整。必要时在安全的情况下让点火线圈在点火器外（空气中）点火测试，观察点火情况。如不产生火花，则需要更换火花塞或检查点火控制回路是否有问题，如产生火花，则将点火线圈复位。

（2）点火空气与燃气比例不当。点火时空气与燃气的比例不合适，是造成不能正常点火的另一主要原因。空气与燃气的比例在现场到底是多少，无法准确测量出来，目前所使用的点火燃气压力与空气压力的比值，都是通过经验积累总结出来的。具体检查时，可观察燃气压力与空气压力混合比值的螺栓旋钮是否在正常位置，如不是，则调整到正常位置。如螺纹旋钮在正常位置，则手动调节点火燃料气管线入口减压阀旋钮，使出口压力表指示在要求位置试点火，如不成功，则需要再对减压阀进行微调，升高或降低减压阀的出口压力，直至点火成功。

（3）燃气关断阀故障。安装在点火燃气管线上的两台关断阀发生故障的几率很低，但由于长时间的使用，不得不将它们发生故障造成不能正常点火的原因考虑在内。点火时观察两台关断阀是否动作，如不动作则需要检查阀门的仪表控制回路是否正常，必要时须将阀门解体检修。

2.主燃料气故障

主燃料气故障通常指在点火成功之后，锅炉开始正常燃烧或处于正常燃烧中，由于某种原因造成锅炉燃烧不正常，产生火焰故障报警致使锅炉停机。

（1）检查主燃料气管线的入口压力是否正常，如不在正常范围内，则要检查生产流程。

（2）检查主燃料气管线上的两台关断阀是否有故障现象，同时检查关断阀的控制回路，是否功能正常。必要时将阀门拆下解体进行维修。

（3）检查主燃料气管线上的压力开关是否误动作，假如它们产生燃气低，低压误报警，也会造成锅炉停炉。必要时对设定值进行调整或更换压力开关。

3.空气回路故障

空气回路是为锅炉稳定的燃烧提供充足氧气的保障，此回路出现问题，将直接影响锅炉的燃烧质量，严重时会造成停炉。空气回路主要由送风机和管线组成，因此，当判断由于空气回路故障导致锅炉产生火焰故障关断后，要从送风机和控制阀入手。热油炉送风机为离心式风机，其功用是为热油炉的燃烧提供充足的空气。

（1）风量不够与增大。其原因很多，如进出口管道过长、过细、转弯过多；管道、闸门和网罩被烟灰、尘土、杂物堵塞，管道系统中闸门开度过小。另一个原因是泄漏损失增大，即叶轮与进风口的间隙过大（其结构相当于离心泵叶轮的口环与阻漏环），增大了内漏，或是进出口管道破裂、管道法兰不严，造成严重漏气等。

（2）风压不够与过高。风压达不到要求或过高时，有可能是风机的转速低于或高于风机原来规定的转速。

（3）风机振动。转子不平衡，叶片因腐蚀、磨损、脏污或平衡配重脱落等原因失去平衡；叶轮或转轴在运输，安装或长期停用期间变形。机座、管路安装不当或刚度不足引起共振。轴承损坏或间隙过大。联轴器对中找正不当，同轴度和平行度偏差太大。固定在轴上的叶轮等部件松动或变形，与机壳或进气口等碰擦。管路阻力大，工况点落入不稳定区导致喘振。

（4）轴承过热。风机大部分采用滚动轴承，滚动轴承的正常温度应≤70℃，运转中发现轴承温度超过正常值3～5℃但能稳定时，应查明原因并采取措施。如温度继续上升超过允许值时应立即停机检查。

常见原因有：润滑油（脂）过少或过多（应不超过轴承座空间的1/3～1/2），质量不良或变质（如黏度不合适、杂质或水分过多、抗乳化性差）。轴承损坏或安装不良：例如轴承外圈与轴承座间隙过大或过小，轴承内圈与轴配合间隙过大或过盈量太大，前后轴承不同轴，轴承歪斜，轴承盖压得太紧。

4.控制系统故障

（1）安装在燃烧器上的火焰监测器镜头脏污或故障，不能探测到火焰而造成停炉。解决方法是将监测器拆下，清洁镜头表面，必要时对火焰监测器进行更换。

（2）自动程序控制器出现问题，点火成功后不能发出打开主燃料气管线上的两台关断阀的命令，造成锅炉燃烧器由于缺少燃料而熄火，产生火焰故障报警。解决方法是对程序控制器进行检测，必要时更换。

5.燃烧不充分

锅炉运行时，由于燃烧用的空气不充足会导致燃料的不完全燃烧，从炉外部观察，明显的迹象是排气管温度迅速增加，排烟处冒黑烟。由于锅炉内部结构件过热，有可能引起永久性损坏和对结构钢的永久破坏，所以在操作过程中要尽量避免这种现象。操作上行之有效的办法是降低燃料的供给或加大风门。假如增加了它所能接受的空气量（风门处于最大位置）后仍不足以消除，就必须将燃烧率进行临时减小，黑烟会有较大缓解。

产生黑烟现象的原因除操作原因外，还有可能是主燃料供给管路上的两台自立式调节阀失灵或卡死在某一较大位置，造成较大压力的燃料气供给到燃烧器，使控制阀全部打开后仍不能使燃料气进行充分燃烧。解决方法是手动调节压力自控阀使燃料气压力降低，降低燃烧率。如压力调节无效，则需要将阀体进行解体检查，必要时进行更换。

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