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　　水套爐是油氣田生產(chǎn)和集輸過(guò)程中不可缺少的主要設(shè)備，它主要擔(dān)負(fù)著油氣田產(chǎn)品的升溫與集輸系統(tǒng)能量供給的任務(wù)。同時(shí)它也是油氣田最大的自耗燃料設(shè)備之一，其技術(shù)水平、熱效率的高低直接影響油氣田地面工程建設(shè)的技術(shù)水平、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)正在使用的水套爐約為20000多臺(tái)。隨著油田建設(shè)的不斷發(fā)展，水套爐的用量也越來(lái)越大。因此探討其應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其工藝技術(shù)的改進(jìn)方案，具有重要的作用與意義。

　　一、水套爐應(yīng)用存在的問(wèn)題

　　水套爐在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，歸納起來(lái)有三個(gè)方面。

　　1.加熱效率不高

　　目前油田大部分水套爐的熱效率不高，平均熱效率為52%～60%。低效率意味著天然氣高消耗量，直接影響油田的生產(chǎn)成本與效益。產(chǎn)生加熱效率不高的主要因素有三方面：一是水套爐自身燃燒器效率不高造成的，常用的負(fù)壓引射蝸殼式燃燒器爐膛火焰溫度不高，輻射強(qiáng)度低，降低了燃燒效率；二是常用水套爐選用水作為熱媒，工作壓力較低，操作溫度不高，造成水套與加熱介質(zhì)之間的溫壓差較小，傳熱效率不高；三是水套爐自身結(jié)構(gòu)的缺陷造成的，主要影響煙氣與煙管的對(duì)流換熱和被加熱介質(zhì)與加熱盤(pán)管的換熱，從而影響到加熱爐效率。

　　2.水套爐燃燒系統(tǒng)壽命不長(zhǎng)

　　使用壽命短，燃燒不好是水套爐燃燒系統(tǒng)的主要問(wèn)題。其特點(diǎn)是煙火管與爐膛的連接彎頭處的焊縫發(fā)生泄漏。造成泄漏的原因主要有兩方面：一是天然氣中凝析水的腐蝕。大部分水套爐由于自用氣溫度不高，存在于天然氣中的飽和水蒸氣易凝析成液態(tài)水，電離成H+和OH-。H+與天然氣、H2S燃燒后的產(chǎn)物CO2和SO2分別生成H2CO3和H2SO3，在高溫、高壓下，加劇了煙火管通道以及焊縫的腐蝕，縮短了水套爐壽命。若天然氣中的飽和水蒸氣保持在較高溫度不凝析成液態(tài)水，則不易發(fā)生電離腐蝕，水套爐使用壽命會(huì)較長(zhǎng)。水套爐殼程水溫度低，易造成飽和水蒸氣易凝析成液態(tài)水，同時(shí)水套爐自用天然氣出口溫度至節(jié)流閥之間的散熱面積較大，致使節(jié)流閥處溫度較低，導(dǎo)致天然氣節(jié)流降壓時(shí)產(chǎn)生凝析水或形成水合物。另一方面，焊接質(zhì)量問(wèn)題造成的泄漏致使燃燒系統(tǒng)壽命減少。這種情況不多，但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中確實(shí)存在，應(yīng)引起相應(yīng)的重視。

　　3.水套爐煙火系統(tǒng)易腐蝕穿孔泄漏

　　目前的水套爐煙管一般為多回程設(shè)計(jì)方案，目的是為了增加煙管對(duì)流換熱面積，從而提高加熱爐效率。水套爐煙火系統(tǒng)易在煙管、前后管板及煙管連接管板處的焊縫發(fā)生腐蝕穿孔泄漏。造成腐蝕穿孔的原因主要還是凝析水的電化學(xué)腐蝕。此處的凝析水主要由天然氣燃燒后產(chǎn)生。該處焊縫還位于溫差大區(qū)段，容易對(duì)焊縫產(chǎn)生金屬疲勞破壞和焊接殘余應(yīng)力破壞。同時(shí)，焊縫又處于高溫氣沖刷和含硫介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，極易造成腐蝕泄漏。此外，煙囪也易發(fā)生腐蝕穿孔致使水套爐無(wú)法使用。另一原因是焊縫的焊接質(zhì)量問(wèn)題造成，例如哈薩克斯坦北部扎奇油田CPF站中2300kW水套爐因煙管和管板角焊縫質(zhì)量問(wèn)題，發(fā)生泄漏，致使水套爐無(wú)法正常使用。

　　二、改進(jìn)方案

　　針對(duì)水套爐在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，其解決方案歸納有四。

　　1.采用新型高效燃燒器

　　燃燒器是水套爐的核心部件，水套爐熱效率的高低，直接取決于燃燒器燃燒性能的好壞。燃燒器燃燒性能好，天然氣與空氣混合越充分，燃燒效率越高。因此，采用新型高效燃燒器能從根本上解決目前水套爐效率不高的問(wèn)題�？尚滦筒捎萌�自動(dòng)比例調(diào)節(jié)燃燒器，在加熱管出口及殼體水浴設(shè)置溫度變送器，使燃燒器根據(jù)所需的熱負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器的輸出負(fù)荷；采用煙氣氧含量分析儀檢測(cè)加熱爐煙氣殘余氧含量，控制空燃比，使燃料充分燃燒，減少煙氣量，從而減少煙氣帶走的熱量，降低燃料消耗，提高燃燒器效率。

　　2.采用合適的新型熱媒、高效換熱管以及提高其操作溫壓

　　根據(jù)所設(shè)計(jì)的工程需要，經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的比較，選定新型高效熱媒作為水套爐的新型熱媒，以適應(yīng)自然條件和工藝的要求。新型熱媒一般具有高比熱容，高熱傳導(dǎo)系數(shù)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不腐蝕設(shè)備、管道及其他附件的特點(diǎn)，比目前常用的熱媒（水）具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，可根據(jù)水套爐結(jié)構(gòu)、換熱方式及其工況要求，采用高效換熱管傳熱，并適當(dāng)提高水套爐殼體工作壓力，以提高溫壓增加傳熱效率。采用新型高效熱媒、高效換熱管，提高操作溫壓，都是從熱力學(xué)能量傳遞原理出發(fā)，減少能量損耗，提高水套爐加熱爐效率。

　　3.對(duì)水套爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

　　水套爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要從研制新型的火筒、煙管結(jié)構(gòu)，改進(jìn)換熱盤(pán)管結(jié)構(gòu)和布置方式，以及增設(shè)附屬設(shè)備進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面來(lái)進(jìn)行。結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要目的是強(qiáng)化火筒的輻射換熱和煙管對(duì)流換熱，降低排煙溫度，提高水套爐熱效率，同時(shí)改善爐體結(jié)構(gòu)和整體配置性，降低水套爐設(shè)計(jì)壓力和金屬耗量，簡(jiǎn)化制造工藝。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法主要有以下幾種。（1）采用三回程的加熱結(jié)構(gòu)代替目前的兩回程結(jié)構(gòu)，增加煙管管束的長(zhǎng)度，即增大換熱面積，可以大幅度提高水套爐熱效率。（2）應(yīng)用新型三維內(nèi)肋管替代光管作為水套爐的煙管，提高對(duì)流換熱系數(shù)，提高水套爐的熱效率，同時(shí)可以減小水套爐的火筒煙管長(zhǎng)度，有利于降低水套爐的金屬耗量。（3）增設(shè)附屬設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可增設(shè)小型氣液分離設(shè)備除去天然氣中的凝析水，減少水套爐的電化學(xué)腐蝕。可在煙管與煙囪之間增設(shè)小型的余熱回收裝置，以降低加熱爐排煙溫度，提高熱效率。（4）對(duì)水套爐進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將新型高效火筒煙管布置在殼體的內(nèi)下部，減少水套爐結(jié)構(gòu)尺寸，提高殼體的空間利用率；采用多管程變徑管束作為換熱盤(pán)管，在降低流通阻力的同時(shí)，提高了換熱系數(shù)，增加單位筒體體積內(nèi)換熱盤(pán)管的面積，從而提高水套爐加熱爐效率。

　　4.采用新型材料并保證其制造質(zhì)量

　　采用新型保溫結(jié)構(gòu)及材料，以降低由于加熱爐表面散熱造成的熱損失。開(kāi)發(fā)并利用新型耐腐蝕材料制造水套爐，并保證水套爐制造過(guò)程中的焊縫質(zhì)量。這其中包括合理選擇焊接程序和焊接位置及焊槍角度，克服因焊接問(wèn)題造成的泄漏等，從而保證整個(gè)水套爐的制造質(zhì)量。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)采用高效燃燒器、新型優(yōu)質(zhì)熱媒、高效換熱管、提高操作溫壓、應(yīng)用新型三維內(nèi)肋管等手段，可以而且能夠有效地提高水套爐的加熱效率。通過(guò)對(duì)水套爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體優(yōu)化，添加水套爐配套設(shè)備，從而能夠?qū)崿F(xiàn)水套爐設(shè)備小型化、高效化，并延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。同時(shí)，在水套爐生產(chǎn)制造過(guò)程中研制、開(kāi)發(fā)、利用新型材質(zhì)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)質(zhì)量和焊縫焊接質(zhì)量，從而克服水套爐泄漏問(wèn)題，這些措施亦能延長(zhǎng)水套爐的使用壽命。