加热炉空穴射流清洗工艺节能效果探讨

王福阳（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

加热炉空穴射流清洗工艺节能效果探讨

王福阳（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

油田生产过程中普遍采用长距离输送管道进行原油的输送，且大庆油田所产石油大部分为石蜡基原油，具有“高含蜡、高凝点、高黏度”的特点，为了保证原油的正常输送，需要对原油进行加热，因此加热炉成为油田生产中不可或缺的重要设备，同时加热炉也成为耗能比较多的设备。该项目针对目前加热系统现状，通过对低效加热炉原因分析、空穴射流清洗工艺改造及试验，进行空穴射流清洗工艺改造的加热炉炉效平均提高5.62%，按照单台加热炉日耗气3000m3计算，年可节气量6.154×104m3，年节省运行费用10.15万元/台，对节能增效起了重要作用。

加热炉；炉效；提高优化；方法

油田常用的清洗方式有化学清洗和物理清洗。化学清洗是通过较长时间浸泡、循环使化学药物与换热管垢层物质进行化学软化、溶解反应，从而达到去除垢层的目的，其主要缺点是应换热管垢层厚度不均匀，化学反应所需时间不一致，容易导致垢层较薄处垢层溶解或脱落后换热管管壁金属的腐蚀甚至穿孔，减少换热管的使用寿命[1-4]。近几年兴起的换热管物理清垢作业方式采用投球、空穴射流等技术[5]，对垢层进行物理破碎、清除，能够有效的清除垢层，且大幅度减少对换热管管壁的损害，高压水能够将清除的污液冲刷出换热管，无淤积，清垢率可以达到85%以上。

1 工作原理

图1 空穴射流工作原理图及清洗器实物照片

空穴射流清洗技术运用的是流体力学领域中的“空穴效应”原理（图1）。投放在管线中的清洗器，在流水和压缩空气的推动下快速向前移动，清洗器上的叶片产生高频、剧烈振颤，清洗器被由此产生的急速旋转的涡流所包围，形成了连续移动的低压区，这个区域的流水始终呈汽化状态，由此产生的细微汽泡又迅速被压缩直至崩裂，瞬时激射出强力的微射流，无数的微射流汇聚成冲击波，彻底粉碎了沉积物。

清洗系统由清洗仪器、投放与接收装置、监测设备、动力设备等部分组成。清洗仪器是管道清洗工具，用于刮削管壁污垢。投放与接收装置分别安装在清管线的始端和末端，用来发射和接收清洗仪器。

2 技术优点

1）清洗工作效率高，工期短，清洗器工作运行速度1.6km/h（水压力、流量满足施工条件的情况下），在加热炉中运行时间10min即可完成清洗。

2）清洗安全环保，克服了化学清洗带来的管线腐蚀及环境污染，可延长管线使用寿命。

3）清洗效果好，高速微射流对油垢、水垢、锈垢等多种垢质都能进行彻底清除。

4）清洗范围广，对40～1000mm的管路均可清洗。

5）清洗器通过能力强，弹性变形大，不易卡阻，即使卡阻也可使用电子定位仪准确判定卡阻位置并排除。

3 现场试验及效果

2013年11月20日前分别完成了采油厂葡南1#站3#加热炉、葡4联3#加热炉、葡4联4#加热炉的清垢清洗作业，平均清垢效率在85%左右，平均清垢清洗作业周期为1天。在清垢前对3台加热炉分别进行了1次性能测试，并收集了相关数据，并在清垢作业后分别完成了8次性能检测并记录了相关数据（表1～表3）。

为了观察该项工艺除垢效果，在进行现场试验前后，大庆油田节能技术监测评价中心对加热炉热效率等参数进行检测（图2）。根据试验加热炉的测试数据，完成了负荷/热效率、排烟温度/热效率、空气系数/热效率、运行时间/热效率、流负荷/排烟温度、空气系数/排烟温度、流量/温升等曲线分析，确定各参数与加热炉热效率的关系，并进行了

图2 加热炉空穴射流清洗前后运行情况

表1 葡南1#转油站3#加热炉测试数据

表2 葡4联合站3#加热炉测试数据

表3 葡4联合站4#加热炉测试数据

主要影响因素的分析。截至2014年6月10日，按平均热效率提高数据比照清垢作业前燃料消耗数据计算，葡南1#站3#加热炉累计节省天然气3.003×104m3、葡4联3#加热炉累计节省天然气3.916×104m3、葡4联4#加热炉累计节省天然气4.32×104m3，节能效果显著。

4 结论

应用高效的清垢技术，合理确定清垢作业时机，对于相变加热炉和水套炉，建议使用空穴射流清垢技术，清垢效果较好，清垢率可以达到80%以上。

通过物理清洗工艺及改造的加热炉炉效平均提高5.62%，按照单台加热炉日耗气3000m3计算，年可节气量6.154×104m3/台，年单台节省运行费用10.15万元，取得了显著的经济效益。

[1]任建新.化学清洗[M].兰州：甘肃科学技术出版社，1993：54-70.

[2]焦庆祝，何荣桓，王建华.工业设备化学清洗技术[M].北京：石油工业出版社，1995：20-29.

[3]张延军，胡三木.大型锅炉化学清洗质量控制[J].中国锅炉压力容器安全，2003（1）：57-59.

[4]化学工业机械设备标准化技术委员会.工业设备化学清洗质量标准：HG/T2387—2007[S].北京：化学工业出版社，2008：4-7.

[5]徐巍，曾黎.加热炉综合治理及防护技术应用[C]//大庆油田有限责任公司2009年地面工程论文集（优化简化组）.大庆：大庆油田有限责任公司，2009：1-296.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.002

王福阳，2011年毕业于东北石油大学（油气储运工程专业），从事油气集输规划设计研究工作，E-mail：daqingwfy@163.com，地址：黑龙江省大庆市大庆油田有限责任公司第七采油厂规划设计研究所，163517。

2017-06-26

（编辑巩亚清）