“二合一”加热炉火管损坏原因分析及预防措施

王运成 张有学 耿战峰

摘要： “二合一”加热炉广泛应用于油田生产中，由于腐蚀、老化、结垢等原因，“二合一”加热炉运行多年后造成火管损坏，安全问题较为突出，结合现场实际，对火管损坏原因进行分析。“二合一”加热炉存在的主要问题是火管腐蚀，火管表面结垢，加热炉负荷过大，清垢不彻底等原因造成火管穿孔、鼓包等故障，针对存在问题提出相应的改进措施：在火管易损处采用15CrMoR耐高温钢；在火管上安装炉管高温检测装置；加泵冲洗以减少杂质沉积；限制燃烧器的最大负荷；加药减缓结垢。通过采取以上措施，提高了加热炉的效率，减少加热炉火管损坏速度。

关键词：火管 结垢 高温腐蚀 加药 负荷

加热缓冲装置简称“二合一” 加热炉，“二合一”加热炉是油田用于油井掺水、热洗，采暖等用途的一种加热设备，近年来，油田广泛使用的“二合一” 加热炉，运行一段时间后，含油污水中的泥砂在火管外表面大量沉积，导致火管结垢；一方面使加热炉热效率降低，另一方面使火管烧损，给加热炉的安全运行带来了极大的隐患，尤其是油田注聚、注三元以后，含油污水的黏度增加，更加快了火管的结垢进程和火管的破损速度。“二合一” 加热炉在使用过程中，经常出现火管烧穿、鼓包等事故，给生产运行与管理带来一定的难度。“二合一”加热炉烧穿、鼓包位置在火管耐火砖外30～50cm处，火管内有耐火砖保护的位置，很少发现火管烧穿、鼓包的，经实验采用延长耐火砖铺设长度，运行一段时间后，火管烧穿、鼓包位置再次向外延伸。

由于火管内壁高温腐蚀剥落，火管厚度减少。加热的含油污水矿化度较高，极易结垢，火管外壁结垢后热量散发不出去，加速了火管的高温腐蚀剥落，同时火管外壁的垢越结越厚，由于加热炉温度的变化，火管与垢的膨胀系数不同，在火管外壁的垢出现裂纹，水进入裂纹后瞬间汽化，体积迅速膨胀达到进水量的1200倍，造成了爆管的发生，严重时火管穿孔，轻者火管鼓包。经统计发现，所有的“二合一”加热炉火管鼓包都是向火管内侧，“二合一”加热炉是常压运行，火管鼓包与“二合一”加热炉运行压力无关。

1 “二合一”加热炉火管烧穿、鼓包原因。

1.1火管表面结垢严重。

油田含油污水矿化度较高，内部含有大量的Ca2+， Mg2+， SO2+， CO2+等成垢性离子。含油污水中也含有原油、胶质和沥青质等成垢的黏合剂。含油污水黏度增加，明显加大含油污水中泥沙量。含油污水被加热后，其有过饱和度的CaCO3，MgCO3，CaSO4等盐类会形成晶体析出，沉积于加热炉内表而形成污垢。如果加热炉火管上的污垢累积厚度达到一定厚度时，就会明显降低加热炉的传热效率，增加燃气消耗，被加热介质温度烧不上去，就要开大炉火，加速了火管的高温腐蚀，并可能导致火管变形和穿孔。

1.2火管高温腐蚀。

火管内耐火砖以外没有保护措施，高温的烟气直接加热火管，造成火管内壁高温腐蚀剥落，火管的厚度减少。

1.3加热炉超负荷运行。

由于加热炉超负荷运行，超高温的烟气长时间加热火管，加速了火管内壁高温腐蚀剥落，缩短了火管的寿命。

1.4管理问题。

当加热炉火管外壁结垢而没有及时清除时，造成热量不能及时传导，形成恶性循环，致使加热炉火管烧损。

2预防“二合一”加热炉火管烧穿、鼓包的措施

2.1改善“二合一”加热炉加热水质。

原流程为：三相分离器放水→“二合一”加热炉，由于含油污水沉降时间短，含油污水中含油、泥沙、聚合物等杂质较多。改进后流程为：三相分离器放水→3000m3污水沉降罐→“二合一”加热炉。含油污水经过沉降罐，有效降低含油污水中的原油、杂质，降低聚合物含量。减少泥沙杂质在火管上的沉积，减少污垢的形成，延长火管的使用寿命。

2.2加泵冲洗以减少杂质沉积。

被加热含油污水在炉体内的流速相对比较低，泥砂等杂质容易沉积在火管表面形成污垢。因此在加热护火管易鼓包变形处增设冲洗口，适当改变含油污水的流速，减少杂质沉积，使污垢不易形成。

2.3在火管易损处采用15CrMoR耐高温钢。

在工作温度高于400℃时，碳素结构钢因其高温持久强度极限和蠕变极限数位较低，因而其许用应力也较低，在钢中加人钼、铬等合金元素.能显著提高钢材的高温持久强度极限和蠕变极限，从而提高钢材的许用应力。鉴于15CrMoR 钢的耐高温性能，应用于“二合一”加热炉。在位于耐火砖出口处，添加1.8m长的15CrMoR耐高温钢。防止高温火焰直接烧损火管。

2.4防超温安全监测保护技术。

将防超温安全监测保护装置與自动燃烧器相连接，在加热炉火管内壁安装有5个温度监侧点。防超温安全监测保护装置在监测火管壁温度的同时，还具有报警和控制功能。该装置设有超温自动降负荷控制装置，一旦由于某种原因造成炉管壁超温，控制装置会通过调节阀自动降低负荷，保正炉管不超温运行，从而避免火管的烧坏。

2.5加药减缓污垢的形成。

在 “二合一”加热炉进口加入适量“阻垢剂”， “阻垢剂”具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能，并维持金属设备有良好的传热效果。

2.6降低加热炉热负荷。

适当增加“二合一”加热炉的运行台数，降低“二合一”加热炉热负荷，防止高温腐蚀对火管的损坏。

2.7加强管理。

应加强管理定期清淤、除垢，及时对“二合一”加热炉清淤除垢，能有效提高加热炉热效率，防止污垢对加热炉的损坏。

3.结语

油田生产用“二合一”加热炉存在的主要问题有火管高温腐蚀、火管结垢严重，超负荷运行等，为了解决这些问题，提出了相应的预防措施：在火管易损处采用15CrMoR耐高温钢；在火管安装炉管高温检测装置，限制加热炉的最大负荷；加泵冲洗以减少杂质沉积；加药可减缓垢的形成；加强管理及时清淤。通过采取以上措施，提高了加热炉的生产效率，减少了炉管的破损速度。

[1]王旭东 提高加热炉效率的措施[J]油田地面工程.2010（7）：69-70.

[2]王志国 降低油田加热炉烟火管烧损概率的建议.石油石化节能.2018.01.01

王运成，男，1963年8月出生，大专文化，油气储运专业。通讯地址：大庆油田第五采油厂二矿杏五二站。