油田加热炉运行常见问题及对策

李江涛（大庆油田有限责任公司第八采油厂）

加热炉是油田油气集输的主要耗能设备。加热炉运行主要分为燃料的燃烧过程、传热过程、烟气排放3个过程。随着加热炉使用时间的延长、设备的自然老化、介质的长期腐蚀，以及运行环境恶劣等因素影响，加热炉出现了火管烧损、热效率降低和腐蚀三大问题，严重影响了加热炉的安全平稳运行。

1 加热炉存在问题分析

1.1 火管烧损

火管烧损是四合一装置、火筒炉及水套炉使用过程中的常见问题，尤其以四合一装置最为严重，部分加热炉出现火管鼓包烧损现象，表现形式通常为火管近火焰处的鼓包变形、甚至穿孔，给加热炉安全运行带来极大的隐患。现场发现，火管变形和穿孔部位一般在耐火砖前侧0.2～0.5 m 左右，原因是由于耐火砖前侧出现温度突变，导致此处火管较之其他部位温度高，容易产生热应力，加之外部结垢、泥砂淤积，使传热变差，特别容易造成火管变形、穿孔。

1.2 热效率降低

当采出液钙、镁盐类离子含量较高时，在加热炉的受热面上，在高热负荷的作用下发生化学反应，形成复杂的硅酸盐垢。与钢材相比，水垢的导热系数很小，碳酸盐垢的导热系数只有钢材的1/10～1/100，相当于在烟、火管外增加一层保温层，烟气未经充分换热就从烟囱排出，造成加热炉热效率下降。结垢造成管材的局部过热，产生的二次应力使炉管鼓包变形，引起管路特性改变，使掺水泵进口吸入困难，掺水流量减小，影响生产运行。

1.3 局部腐蚀[1]

1）烟囱、烟箱和烟箱侧封头外壁的腐蚀。由于排烟温度低，加热炉烟囱、烟箱及与烟箱连接的封头处易形成露点腐蚀。此外，烟箱内部往往聚集大量的污垢，由于天然气中的硫化物随烟气与空气中的水汽结合后冷凝为液体，流进烟箱并积聚在烟箱底部形成酸性溶液从而导致电化学腐蚀。

2）火管内外壁腐蚀。火管内壁腐蚀主要是高温氧化腐蚀，加热温度越高，金属氧化的速度越快。火管外壁腐蚀则主要与介质有关，尤其在加热炉停用一段时间后，腐蚀较为明显：由于火管表面处于潮湿状态，而供氧又很充分，会产生电化学腐蚀，腐蚀形式主要以点蚀为主。

3）壳体内外壁腐蚀。由于罐体保温层破损，防腐层脱落，在吸附作用、毛细管作用或化学凝聚作用下，在罐体外壁形成薄水膜层，水膜层中溶有一定的酸、碱或盐类物质，形成电解液，从而导致电化学腐蚀。

4）接管及其根部腐蚀。主要是由于接管未焊满，接管及其根部缝隙内介质呈滞留状态，在缝隙内产生杂质聚集，加速缝隙内金属的腐蚀。

2 问题解决对策

2.1 火管烧损对策

根据加热炉损坏情况，将炉内原有烟火管全部或部分更换，完成后对破坏的防腐保温层进行修复，改造后能满足生产要求。但随着钢材价格费用的上涨，更换加热炉烟火管费用很高，更换1台加热炉烟火管需要40万元左右。

自2009年以来，大庆油田采油八厂陆续在加热炉炉管上安装高温监测装置。装置监测点为6个，安装在距耐火砖约300 mm 炉管管壁上，当温度超过设定值时，超温报警装置会自动发出报警信号，同时设有超温自动降负荷控制系统，当炉管壁超温时，通过调节阀自动降负荷，保证炉管安全运行。通过分析各个监测点温度数据变化趋势，即可判断出加热炉内是否结垢、结淤以及加热炉是否可以安全运行，进而采取相应的预防措施。

加热炉在日常管理中应避免操作不当。如果加热炉在启停炉、升温、降温和运行中的调整不符合操作规程，将会对加热炉造成伤害。对长期停运的加热炉烘炉时间短（小于48 h），快速升温，在停炉时若不缓慢降温，会产生较大的热应力，容易诱发火管变形。开展了降温集输工作，停运空运集油环，季节性停运加热炉；降低加热炉掺水温度和掺水量，降低加热炉运行负荷，减少加热炉烟火管烧损概率。

2.2 热效率低对策

为了进一步减少火管烧坏烧损现象，提高加热效率，应用了加热炉涂膜技术，在加热炉、锅炉火管内壁涂刷红外线新型节能涂料。油田节能中心对10台加热炉涂膜前后炉效进行了测试，加热炉涂刷节能涂料后，排烟温度平均降低13 ℃，热效率平均提高5.05%，节气率平均9.27%，节能效果显著。

新型燃烧器可以实现高低温报警、泄漏报警、故障报警、熄火报警等功能，防止加热炉高温、超负荷运行。新型燃烧器均可将烟气的过剩空气系数维持在1.05～1.15 范围，保证燃料和空气充分混合燃烧，减少热损失，降低排烟温度，提高热效率。

2.3 局部腐蚀对策

针对加热炉烟囱、烟箱及腐蚀老化严重，无法安全平稳运行的设备设施主要采取更新及局部维修措施。对烟囱内外壁、烟箱内外壁、改造时破坏的封头外壁及附件进行喷砂除锈与防腐，对改造时破坏的封头等处进行保温，防止低温腐蚀。对腐蚀烟囱及设备进行更换，无法从根本上解决加热炉腐蚀问题，更换后3～5年烟囱及设备又会出现腐蚀现象，投资成本巨大。

常规防腐措施包括：

1）衬里防护。针对烟囱的低温腐蚀，在烟囱内壁涂抹一层水泥可起到防止低温腐蚀的作用。

2）低氧燃烧。试验表明，只要使过量空气系数降到1.1 以下，露点就会急剧下降。目前八厂应用的新型燃烧器均可将烟气的过剩空气系数维持在1.05～1.15 范围。

3）提高受热面壁温。冬季适当采取提高掺水温度、降低掺水量的方式进行生产，使加热炉烟囱及烟箱金属壁温升高，排烟温度大于露点温度20 ℃以上，减少低温腐蚀的发生。

4）排出冷凝液。设计能够排出烟箱冷凝液体的结构，减少烟箱内部的腐蚀。

将负压加热炉的烟囱从22 m削减到8 m，解决冷凝水回流腐蚀烟囱的问题。同时为了匹配更改后的加热炉工况，提出了加热炉燃烧器改造更新方案。将原有自然通风式的燃烧器更新为新型自然通风燃烧器，同时在烟囱1～3 m 高的部位安装一套以引风机为主体的抽吸联动设备，自控系统可以实现燃烧器与烟囱抽吸联动设备的集成串级联动控制。

[1]刘效东.加热炉装置腐蚀防治对策[J].油气田地面工程,2006(9):46.