試論油田注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)

王列，鄒善義，印濤

（渤海裝備遼河熱采機(jī)械公司，遼寧 盤錦 124209）

稠油是原油的一種，因?yàn)槠淠z質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量很高，因此粘性非常的大，在我國，稠油主要由遼河油田提供，該地區(qū)油田的稠油產(chǎn)量占據(jù)著總原油產(chǎn)量的一半以上。由于稠油的粘性過高，不利于開采工作的進(jìn)行，因此就需要降低它的粘性，而這就是注汽鍋爐的作用，通過向地下注入大量的水蒸氣來降低稠油的粘性，從而對(duì)其進(jìn)行開采。但是注汽鍋爐最明顯的不足就是其耗能過重，嚴(yán)重的影響了稠油的開采效益，因此對(duì)注汽鍋爐的節(jié)能改造就顯得十分重要。本文就圍繞這一點(diǎn)來進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

1 油田注汽鍋爐概述

在我國的石油行業(yè)的石油開采工作中，時(shí)常會(huì)用到蒸汽熱力采油技術(shù)，而該技術(shù)實(shí)施的主要設(shè)備就是油田注汽鍋爐，該設(shè)備的工作壓力為了滿足工作的需要被設(shè)計(jì)在11MPa以上，該設(shè)備主要由鍋爐本體和輔助設(shè)備兩部分組成。注汽鍋爐是一種高壓直流鍋爐，對(duì)水質(zhì)的要求很高，為了控制成本同時(shí)又保證鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行，通常將生產(chǎn)濕飽和蒸汽的干度設(shè)計(jì)為80%。

2 油田注汽鍋爐原理及應(yīng)用

油田注汽鍋爐的的工作原理與注水采鹽的原理是極為相似的，注水采鹽的工作原理是向鹽層中注入淡水，從而溶解其中的固體鹽，因?yàn)辂}溶液的濃度比水溶液大，就會(huì)出現(xiàn)鹽溶液在下水溶液在上的情況，這樣也將水和鹽有效的分離開來，通過不斷的注水，也就有效的開采出了鹽。而油田注氣鍋爐的原理就是，向石油開采井中注入干度極高的水蒸氣，在井的底部形成蒸汽腔，再通過對(duì)蒸汽腔的邊緣進(jìn)行加溫，對(duì)其進(jìn)行冷凝處理，使其蒸汽液化成液體狀態(tài)的水，然后對(duì)原油進(jìn)行稀釋降低其粘性，使其流入到生產(chǎn)井中，最后被大量的開采。這個(gè)過程是可以不斷的循環(huán)的，可以不斷的對(duì)蒸汽腔進(jìn)行擴(kuò)展，并且對(duì)其邊緣不斷的進(jìn)行加溫，這也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)原油連續(xù)的開采過程，蒸汽腔可以一直被擴(kuò)展到原油生產(chǎn)井最大容量。在工藝原理方面，以蒸汽輔助重力泄油SAGD（SteamAss-istedGravityDrainage）為例，這是一種通過將鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽注入到油藏底部的生產(chǎn)井中，使蒸汽進(jìn)入到油藏中，從而將油藏內(nèi)的原油稀釋，使其粘性降低增強(qiáng)其流動(dòng)性，最后由于重力的作用使其從底部的水平生產(chǎn)井中流出，已達(dá)到開采原油的目的。該技術(shù)主要有兩方面的特征：（1）過度進(jìn)行對(duì)蒸汽腔邊緣的加溫工作，就會(huì)導(dǎo)致蒸汽中的飽和水過多，這些過量的水不但對(duì)原油開采沒有幫助，反而會(huì)堵住底層中的縫隙，降低底層縫隙的體積，嚴(yán)重的會(huì)造成原油的產(chǎn)量大大減少。（2）由于重力泄油是原油開采的主要手段，因此要保證生產(chǎn)井的高度在5m到15m的范圍內(nèi)。相關(guān)部門通過對(duì)SAGD工作原理對(duì)其進(jìn)行不斷研究，總結(jié)出了以下的設(shè)計(jì)方式，向原油直井中注入適量的高干度水蒸氣，然后通過油藏底部的水平生產(chǎn)井將與水結(jié)合的低粘性原油大量的排出，最后再通過適當(dāng)?shù)姆绞綄⒘鞒龅脑瓦M(jìn)行收集，在經(jīng)過換熱處理后，對(duì)其原油量進(jìn)行計(jì)算，送入相關(guān)的原油處理站，進(jìn)行最后的處理工作然后向外界輸送。

3 注汽鍋爐的能耗特點(diǎn)分析

3.1 鍋爐的排煙損失

注汽鍋爐的排煙溫度相對(duì)來說是非常高的，并且根據(jù)不同的能源作為燃料時(shí)其排煙溫度也會(huì)有所不同，例如，將原油作為注汽鍋爐的能源時(shí)，其排煙的溫度可以控制在214攝氏度以下；將天然氣作為注汽鍋爐的能源時(shí)，排煙溫度可以被有效的控制在180攝氏度以下。具有高溫度的煙氣排放不僅對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定程度的污染，同時(shí)也帶走了蒸汽鍋爐內(nèi)大部分的熱能，這也造成了能源的損失。因此注氣鍋爐的節(jié)能技術(shù)必須要重視排煙的溫度和體積。

3.2 燃料的未完全燃燒熱損失

注汽鍋爐在使用的過程中，通常將原油和天然氣作為其燃料。但是這些化學(xué)物質(zhì)在鍋爐中的燃燒過程中，有時(shí)并沒有完全的被燃燒消耗，在鍋爐排放的煙氣中，通常有一些未燃盡的氣體也一同被排出，這會(huì)造成較為嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，并且這些被排放出的可燃?xì)怏w通常對(duì)環(huán)境是有害的，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的破壞。這也是注汽鍋爐耗能極大的主要原因之一。那么造成燃料沒有完全燃燒的主要原因及對(duì)其燃燒程度造成影響的因素有很多：燃料的燃燒特性、過量空氣系數(shù)、爐腔的容積。如果燃料具有較高的揮發(fā)性，爐內(nèi)的過量空氣系數(shù)過小，爐腔的容積過小這就會(huì)造成燃料的燃燒程度過低，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

3.3 鍋爐的散熱損失

在注汽鍋爐的運(yùn)作過程中，由于其本身的溫度在工作時(shí)是要普遍的高于周圍的環(huán)境溫度，由于熱能的特性，鍋爐內(nèi)部和外界環(huán)境的溫差，會(huì)造成鍋爐內(nèi)的熱能向著溫度較低的范圍擴(kuò)散，這也就是鍋爐的散熱現(xiàn)象，這也會(huì)對(duì)鍋爐的熱能造成一定的損失。并且這種散熱情況在我國的東北地區(qū)是尤為嚴(yán)重的，因?yàn)闁|北地區(qū)的冬天是很冷的，會(huì)加重周圍環(huán)境和鍋爐之間的溫差，加劇散熱的速度。

4 注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)分析

4.1 降低排煙溫度，充分利用煙氣余熱

（1）采用復(fù)合相變換熱技術(shù)：該種換熱技術(shù)的主要工作原理就是將鍋爐中排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行有效的利用，通過具有高溫的煙氣加熱復(fù)合相變換熱裝置中的水，讓水汽化成水蒸氣；再通過水蒸氣本身的熱能對(duì)注汽鍋爐所提供的水源進(jìn)行加熱。這有效的控制了鍋爐所排煙氣的溫度，同時(shí)又對(duì)未充分利用的熱能進(jìn)行了有效的利用，切實(shí)的提高了鍋爐的工作效率，達(dá)到了很好的節(jié)能效果。

（2）合理布置鍋爐的對(duì)流段：在注汽鍋爐的結(jié)構(gòu)中，對(duì)流段處于鍋爐的輔助受熱面，也就是鍋爐尾部的排煙道位置。可以通過對(duì)對(duì)流段布置位置的合理設(shè)計(jì)，對(duì)通過對(duì)流段的高溫?zé)煔膺M(jìn)行合理的利用，利用高溫?zé)煔鈦韺?duì)鍋爐的給水進(jìn)行加熱，可以有效的將散失的熱能回收，這在注汽鍋爐的節(jié)能方面具有較大的作用。

（3）優(yōu)化注汽鍋爐燃料結(jié)構(gòu)：注氣鍋爐的常用燃料通常是原油和天然氣兩種，但是在提供相同熱量的情況下，利用原油作為鍋爐燃料排出的煙氣是明顯高于天然氣的，對(duì)熱能的損失也就更為嚴(yán)重。因此，在注氣鍋爐的節(jié)能改進(jìn)中，應(yīng)該積極的使用天然氣作為鍋爐的燃料，或者積極的去發(fā)展油氣混燃技術(shù)。值得注意的是在將天然氣作為鍋爐的燃料時(shí)，應(yīng)為鍋爐配置相應(yīng)的天然氣壓力報(bào)警系統(tǒng)，在天然氣出現(xiàn)壓力不足或者壓力過大導(dǎo)致泄漏時(shí)及時(shí)的發(fā)出警報(bào)，以積極的進(jìn)行補(bǔ)救措施。如果對(duì)油氣混燃技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的話，就要對(duì)鍋爐的控制系統(tǒng)以及燃燒系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，增加必要的天然氣高壓報(bào)警裝置，防止燃料消耗過多而造成水蒸氣溫度過高的現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.2 采用高溫紅外輻射涂料技術(shù)

在注氣鍋爐工作的過程中，對(duì)能源的浪費(fèi)形式中，散熱的形式是極為常見的。并且，當(dāng)鍋爐的工作溫度達(dá)到六百五十?dāng)z氏度以上時(shí)，在輻射段內(nèi)熱能主要以輻射的形式散出，因此如果將輻射段表面的輻射率提高，則可以有效的增強(qiáng)注汽鍋爐爐膛的吸熱量。相關(guān)工作單位的技術(shù)人員可以在注氣鍋爐的輻射段表面上涂抹一層紅外輻射涂料，這可以有效的提高輻射段表面對(duì)熱量的輻射率，據(jù)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)表示增高的輻射率數(shù)值可以從0．45升高到0．9以上，如此顯著的輻射率提升，可以有效的增高爐腔的吸熱量。并且這種紅外輻射涂料在高溫的作用下會(huì)產(chǎn)生穿透力極強(qiáng)的紅外波，這也就促進(jìn)了鍋爐內(nèi)液態(tài)水的活躍性，使得水得到了均勻的受熱，也就促進(jìn)了水對(duì)熱能的吸收，有效的減少了能源的消耗。

4.3 積極引進(jìn)濕蒸汽干度在線監(jiān)控系統(tǒng)

在我國相關(guān)的原油開采部門對(duì)注汽鍋爐所應(yīng)用的普通控制系統(tǒng)下，由于受到熱慣性的影響，當(dāng)相關(guān)的工作人員檢測(cè)到蒸汽的干度發(fā)生變化以后，也很難精確的對(duì)溫度進(jìn)行合理的調(diào)整在遇到這種情況時(shí)，工作人員通常會(huì)根據(jù)自己以往的經(jīng)驗(yàn)來對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就不能對(duì)蒸汽的干度進(jìn)行精確的控制，導(dǎo)致其波動(dòng)較大，這就需要注氣鍋爐耗費(fèi)更多的燃料。針對(duì)這種情況，我國的相關(guān)單位引進(jìn)了對(duì)蒸汽干度的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽干度較為精確的檢測(cè)。該系統(tǒng)不但可以對(duì)蒸汽的干度進(jìn)行精確的檢測(cè)，同時(shí)也可以有效的控制蒸汽干度的控制范圍，也就調(diào)高了稠油開采過程中所使用的蒸汽質(zhì)量。同時(shí)還要在鍋爐上安裝一些流量計(jì)和變送器，以對(duì)燃料的消耗量和給水量還有給水的溫度進(jìn)行精確的檢測(cè)和有效的控制，從而最大程度的減少燃料的消耗。

5 結(jié)語

從上述分析可知，注汽鍋爐在使用的過程中，其耗能水平是很高的，并且由于一些原因其對(duì)燃料的浪費(fèi)也很嚴(yán)重，因此原油開采單位應(yīng)該著重的對(duì)注汽鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造。

[1]劉琴．淺議油田注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)相關(guān)問題[J]．能源與節(jié)能 ,2015，(12)：83-84．

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[3]韓斌．油田注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)探析[J]．科技傳播 ,2013,5(14)：195，188．