油田注汽锅炉的能耗分析及节能降耗措施

陈德山 伍永巴依 董振 魏君平 王佳

(新疆油田公司风城油田作业区一号供气联合站，新疆 克拉玛依 834000)

0 引言

作为注汽站中的一大关键设备，油田注汽锅炉属于典型的高温蒸汽发生设备，而想要真正实现油田经济效益最大化的根本目标，势必需要对油田注汽锅炉进行节能降耗。因此探究油田注汽锅炉的能耗及其节能降耗措施具有十分重要的研究价值与现实意义。本研究可为实现油田注汽锅炉节能降耗提供必要理论参考与实践指导帮助。

1 油田注汽锅炉的能耗分析

1.1 排烟损失

在油田注汽锅炉运行过程中，其常见能耗之一即为油田注汽锅炉在加热燃烧过程中，损失大量排烟热能。有研究人员通过采用实验分析的方式，证明了油田注汽锅炉在实际进行加热燃烧时，产生的排烟量以及排烟温度，对注汽锅炉排烟损失有着决定性影响作用。当排烟量不断增大时，油田注汽锅炉产生的排烟损失也会随之相应增大。同样，当排烟温度不断提升时，对应的油田注汽锅炉排烟损失也会逐渐增加。从理论上来说，注汽锅炉排烟温度燃气与燃油时的温度应当分别控制在180℃和240℃[1]，但在实际生产时绝大多数油田注汽锅炉难以达到该排烟温度标准，故而由此产生大量排烟热损失，导致大气中被排放当量燃料发热量，其不仅直接影响能源的充分利用，同时也在一定程度上对大气环境造成污染与破坏。

1.2 能量损失

1.2.1 化学燃烧不充分

因受到化学燃烧不充分而导致的能量损失，同样也是油田注汽锅炉中比较容易出现的一种能耗损失。该种热损失指的就是燃料在油田注汽锅炉内进行燃烧时，会产生各种物理与化学反应，导致部分燃烧中的物质转变成非燃烧性质的物质。此外由于受到燃烧条件制约，油田注汽锅炉内也有可能部分燃料无法实现燃烧充分，从而导致燃料中出现较大能量损失。鉴于绝大多数油田注汽锅炉采用的燃料为天然气、原油，因此一旦注汽锅炉内炉管产生大量积灰、污垢，且工作人员未能及时对其进行彻底清理，而出现燃烧空间不足或是无法充足供应氧气等情况，将会直接导致燃料出现燃烧不充分的现象，随着油田注汽锅炉使用时间尤其是燃烧时间的不断延长，随之产生的能量损失也会逐渐增多。由此对油田整体经济效益以及油田注汽锅炉运行成效的全面优化造成不利影响。

1.2.2 机械燃烧不充分

一般情况下，在油田注汽锅炉中出现的损失，有近80%为热损失。除上述排烟热损失外，油田注汽锅炉常见的能耗损失还包括能量损失。其中由于受到注汽锅炉自身结构影响而产生的机械燃烧不充分热损失，指的就是油田注汽锅炉以及热力管线外壁，在高温热蒸汽的影响下，导致其自身温度比四周空气温度要高，从而使得部分热能散热被直接排放至大气中，进而出现热损失[2]。而油田注汽锅炉自身使用的保温材料、保温层结构与其散热时的表面积与表面温度等关系紧密，如果油田注汽锅炉使用的保温材料性能不佳、保温层结构不合理，则均有可能导致注汽锅炉出现较大散热损失，极大地影响注汽锅炉燃烧热效率的有效提升。

2 油田注汽锅炉的节能降耗措施

2.1 严控排烟量与排烟温度

2.1.1 排烟量的控制

根据上文可知，排烟量与油田注汽锅炉产生的排烟损失之间有着直接且紧密的关系，为使得油田注汽锅炉工作效率得到进一步提升，并有效达到控制其排烟损失的效果，相关工作人员需要重视加强对油田注汽锅炉排烟量的严格控制。一方面，当油田注汽锅炉选用燃料为天然气或是原油时，在保障其燃烧充分的前提下，工作人员可以通过适当减小空气过剩系数，以有效实现严控注汽锅炉排烟热损失。在此过程中，工作人员可选用智能化、精准度较高的专业烟气含氧分析仪，对注入油田注汽锅炉中的空气量进行实时精准测定，严格按照相关规定要求与注汽锅炉实际燃烧情况，对注汽锅炉进风量进行灵活调整，从而将其产生的排烟热损失降至最低。

另一方面如果油田注汽锅炉选用燃料为水煤浆，则需要在对原本的引燃系统进行保留的基础上，选择将燃料气作为水煤浆的引燃火源，这主要是由于相较于燃油燃料，水煤浆的燃点更高，此时需要工作人员将引燃气压力、流量适当提高从而有效完成点火，确保水煤浆能够实现充分燃烧。同样，工作人员在此过程中可以运用PLC即可编程控制器以及专业化的智能监控测定仪器，自动、精准地对炉膛压力以及烟气含氧量等进行实时监控与测定，并根据实际情况对其进行灵活调整，以此有效保障锅炉内燃料始终维持最佳燃烧状态，达到有效控制排烟热损失的效果。

2.1.2 排烟温度控制

加强对油田注汽锅炉的排烟温度的严格控制，也是有效实现油田注汽锅炉节能降耗的重要方式之一。通过对油田注汽锅炉加热燃烧情况的长期观察，可知当其对流端入口水温超过规定允许值，将会大大降低注汽锅炉水热交换能力，进而在无形中令油田注汽锅炉排烟温度上升，从而最终加剧注汽锅炉的散热损失。

为此，本文认为工作人员在严控油田注汽锅炉排烟温度的过程中，首先可以采用智能调控装置，自动监测油田注汽锅炉对流段入口水温，并根据实际情况对其进行适当降低，以此有效避免因入口水温过高而导致油田注汽锅炉产生大量热损失。其次，如果油田注汽锅炉所选用的加热燃料为采用脱硫工艺处理过的天然气，则鉴于此类天然气本身并不含酸性气体，因此工作人员需要严格按照相关标准要求，将油田注汽锅炉对流入口水温始终设定为80℃至95℃，进而可以在有效控制油田注汽锅炉排烟温度的同时，达到确保注汽锅炉具有较高蒸汽效率的效果。

2.2 定期开展全面清灰清垢

针对因油田注汽锅炉在长时间加热燃烧过程中，其内部出现大量积灰与积垢，且工作人员未能及时对其进行彻底清理，导致的油田注汽锅炉水热交换能力骤降，出现大量能耗损失的情况。本文认为工作人员有必要定期对油田注汽锅炉进行全面的清灰清垢处理，以油田注汽锅炉中流段翅片管积灰清理为例，考虑到该部分管距相对较小，往往会积累大量灰尘、烟垢，对于其表面松脆的积灰，工作人员可以使用专门的吹灰机进行吹尘或是对炉管表面进行反复冲刷[3]。对于积累时间相对较长的烟垢，工作人员则可以在充分结合烟垢化学成分、具体特点的基础上，选用与之相适宜的除垢剂。例如工作人员可将适量氯化氢与氢氟酸溶液，与一定量的缓蚀剂进行充分混合，配制成除垢剂对油田注汽锅炉管内残存的烟垢进行除垢处理，最后再使用流动清水及时将残留的除垢剂清洗干净，吹干管内水分即可。通过定期进行油田注汽锅炉除垢作业，可有效避免大量灰尘、污垢等积累在油田注汽锅炉内，从而影响换热管的水热交换能力，确保注汽锅炉内燃料实现充分燃烧，进而达到降低油田注汽锅炉能耗损失的目的。

2.3 合理选用保温材料结构

上文提到油田注汽锅炉本身因缺乏科学合理的保温结构，也会导致其热管线出现大量散热损失，加剧油田注汽锅炉的热能耗损。因此为了能够有效实现油田注汽锅炉的节能降耗，确保其内部燃料能够实现燃烧完全，工作人员也应当立足实际情况，认真依照相关规定要求合理选择与油田注汽锅炉相适宜的保温材料，并对其保温结构进行优化设计。例如本文在对油田注汽锅炉进行优化改造中，设计选用具有良好热保温效果的硅酸铝陶瓷耐火纤维毯交错平铺技术。选择使用耐火纤维作为油田注汽锅炉的内衬，利用该材料对注汽锅炉进行保温，可以在有效避免加重锅炉整体质量的同时，借助其具有的独特优势有效降低油田注汽锅炉的容量与热容量，配合使用PLC可编程控制技术，工作人员可实现自动化监控管理油田注汽锅炉。在保温结构优化设计中，通过运用纤维毯交错平铺的方式，也能够有效提升注汽锅炉整体结构性，控制其散热损失。在实际加热燃烧时，油田注汽锅炉的燃烧温度一旦达到900℃，原本的热量传递将会转变成热辐射，受辐射热高温影响，此时油田注汽锅炉保温层内表面将会出现大量黑度，从而达到增加注汽锅炉内表面吸收热量，令其炉内温度受热具有较好均匀性。在有效节省油田注汽锅炉加热时间之余，达到节能降耗的良好效果。

值得注意的是，为防止出现大量热桥效应而影响油田注汽锅炉的整体保温效果与最终的节能降耗效果，工作人员在选用纤维毯交错平铺保温结构的油田注汽锅炉时，还需要使用冷面焊接工艺对锚固钉和耐热性较好的不锈钢拉筋进行牢固焊接，避免其直接和热面烟气相接触。除此之外，在紧固过程中工作人员还可以选用陶瓷帽作为紧固件，在保障锚固件实现牢固锚固之余，也可以有效控制热桥效应的产生。在良好锚固下，锚固件将会难以因受到纤维毯自身重量或是在高温环境下产生收缩而出现直通缝的情况，避免油田注汽锅炉因此出现较大热损失。

在实际施工过程中，工作人员应当注意直接在油田注汽锅炉炉膛内壁上牢固固定具有良好耐高温特性与抗腐蚀能力较高的不锈钢筋，保障其间距为400mm。在油田注汽锅炉保温结构最末层的固定中，在选用陶瓷帽进行锚固后，工作人员需要及时将适量高温黏结剂涂料均匀喷涂其上，而后再铺设纤维毯即可。

3 结语

综上所述，目前油田注汽锅炉中较为常见的能耗损失类型主要包括排烟损失、基于注汽锅炉自身保温结构不合理或积灰积垢过多而产生的热量损失，以及因化学燃烧不充分导致的热损失等。为此，相关工作人员需要充分结合油田注汽锅炉运行实际，在认真遵照相关标准要求对其排烟量与排烟温度进行严格控制的基础上，定期对油田注汽锅炉进行全面清灰清垢，并选用与之相适宜的保温材料、保温结构对注汽锅炉进行优化改造，从而有效达到控制油田注汽锅炉能耗，提升其整体运行成效的目的。