油田注汽鍋爐的能耗分析及節(jié)能降耗措施

吳坤朋

【摘 要】石油資源是工業(yè)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要血液，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)對(duì)石油的需求也在逐年增加，隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，正在勘探的油井越來(lái)越多，大量先進(jìn)的優(yōu)質(zhì)原油，伴隨著機(jī)械能消耗和開(kāi)采的增加，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)走向石油生產(chǎn)和煉油節(jié)能減排，在油氣生產(chǎn)過(guò)程中，高溫蒸汽必須通過(guò)注汽鍋爐進(jìn)行地下注入，以增加油氣的流動(dòng)性，是油井生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備，注汽鍋爐也是一種高能耗設(shè)備，主要以原油或天然氣為燃料。因?yàn)楦鞣N原因，燃燒效率不高，注汽鍋爐能耗大，為提高生產(chǎn)效率，必須對(duì)注汽鍋爐能耗進(jìn)行分析，采取措施降低注汽鍋爐能耗，從而提高油田經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】油氣;油田;注汽鍋爐;節(jié)能降耗;措施

前言

目前，人們通過(guò)在高溫下注入蒸汽來(lái)改善油氣的流動(dòng)性。油田注汽系統(tǒng)主要是在注汽尾管內(nèi)向油井內(nèi)注汽，注汽鍋爐和高溫蒸汽生產(chǎn)設(shè)備是末端注汽中的重要設(shè)備。節(jié)能降耗注汽鍋爐蒸汽是提高油田經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。本文詳細(xì)分析了如何減少油田鍋爐注汽時(shí)的熱損失，并有針對(duì)性地提出部分建議。

1注汽鍋爐的能耗特點(diǎn)

1.1注汽鍋爐排煙損失

因?yàn)樽⑵仩t過(guò)程需要燃料，原油和天然氣是注汽鍋爐的主要燃料，會(huì)影響空氣和環(huán)境，對(duì)人類健康的負(fù)面影響。在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，注汽鍋爐的能量損失部分是由于排煙，并且損失高達(dá)50%，結(jié)果表明，排氣量和溫度是影響廢氣損失的兩個(gè)主要因素，與鍋爐注蒸汽的熱量損失成正比。為了控制油田注汽鍋爐的能耗，關(guān)鍵是控制天然氣的排氣量和燃燒溫度，更多的是，為了減少注汽鍋爐燃燒過(guò)程中的能量損失，必須控制因排氣煙氣而造成的能量損失[1]。

1.2注汽鍋爐自身能量損失

油田注汽鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，熱管注汽鍋爐油田外壁溫度由于熱蒸汽的作用總是高于環(huán)境空氣溫度，注汽油田鍋爐的熱損失與注汽油田鍋爐的表面散熱有關(guān)，根據(jù)能量守恒定律，這是不可能在能量傳遞過(guò)程中保持恒定的。這屬于管道材料獨(dú)特的導(dǎo)熱系數(shù)，這是不可避免的，散失的熱量會(huì)在空氣中消散。溫差也是注汽鍋爐能量損失的另一個(gè)主要因素，特別是在一些室外溫度與室內(nèi)溫度相差很大，功率損失與消耗較大的環(huán)境中，溫差與消耗呈正相關(guān)。

1.3燃燒不完全的燃料導(dǎo)致的能量損失

天然氣或礦渣油的不完全燃燒會(huì)導(dǎo)致燃燒效率低，能耗高，由于燃料燃燒過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)和物理反應(yīng)，這些反應(yīng)產(chǎn)生的部分產(chǎn)物不能再燃燒，或注汽鍋爐受燃燒條件限制，導(dǎo)致燃料燃燒不徹底，能量損失。

2.降低油田注汽鍋爐熱損失的相關(guān)措施

2.1油田注汽鍋爐排煙溫度的控制

如果注汽鍋爐端部的水溫?zé)嶝?fù)荷過(guò)高，可以降低注汽鍋爐的水和熱交換能力，提高注汽鍋爐的排煙溫度，進(jìn)而提高注汽鍋爐的熱損失率。油田注汽鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，適當(dāng)降低油田注汽鍋爐對(duì)流門的溫度是減少油田注汽鍋爐熱損失的有效措施之一。此外，當(dāng)蒸汽噴射鍋爐使用天然氣作為供暖燃料時(shí)，天然氣一般都被脫硫了，它不含酸性氣體。因此，在不影響注汽鍋爐效率的前提下，鍋爐入口對(duì)流溫度可控制在80～95℃之間，從而降低注汽鍋爐排汽溫度，通過(guò)控制油田注汽鍋爐排汽溫度，發(fā)現(xiàn)注汽鍋爐排汽量之和與燃燒供氣量密切相關(guān)，當(dāng)有更多的過(guò)量空氣噴射裝置不參與燃料或天然氣的燃燒過(guò)程時(shí)，但在排放過(guò)程中以廢氣的形式攜帶更多的燃燒熱。為了控制注汽鍋爐的總排氣量，在油田注汽鍋爐完全燃燒石油或天然氣的基礎(chǔ)上，注氣量煙氣氧分析儀監(jiān)測(cè)注汽鍋爐量是控制注汽鍋爐熱損失的一種方法[2]。

2.2注汽鍋爐結(jié)垢對(duì)換熱的降低作用

需要采用新的除灰，除垢工藝，在注汽鍋爐過(guò)程中，通常會(huì)發(fā)生灰的堆積。如果有太多的粉煤灰，注汽鍋爐的工作效率和使用壽命將受到影響。注汽鍋爐產(chǎn)生的灰必須定期清洗。過(guò)去，注汽鍋爐除灰除垢需要投入大量的時(shí)間來(lái)清理，也不能完全干凈。因此，研究和開(kāi)發(fā)一種新型的除灰除垢工藝是非常重要的，在試驗(yàn)這種新型清洗工藝時(shí)，工作人員首先要對(duì)材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和分析，研制適合注汽鍋爐除灰的化學(xué)試劑，因此，注汽鍋爐的使用壽命是一個(gè)大增系統(tǒng)。搞好油田注汽鍋爐酸洗，為消除油田注汽鍋爐中的結(jié)垢，化學(xué)清洗法可用于除垢，油田注汽鍋爐除垢通常采用HE1，RF，LAN-826的混合物，油田注汽鍋爐除垢后，油田注汽鍋爐傳熱換熱效率會(huì)更高，從而降低油耗[3]。

2.3余熱給水鍋爐的熱回收

總的來(lái)說(shuō)，不同的注汽鍋爐需要燃燒不同種類的燃料，不同的燃料對(duì)鍋爐消耗的影響并不相同，煙氣的燃燒溫度和放熱也不同。例如，比如用燃料和天然氣，燃料燃燒過(guò)程中最高煙溫可達(dá)300℃，這會(huì)給鍋爐注入蒸汽帶來(lái)巨大的損失。煙霧的最高溫度可達(dá)220攝氏度，而注汽鍋爐煙氣的熱損失低于燃料燃燒，可以看成是注汽鍋爐在燃燒過(guò)程中的大量排煙和排煙中還存在著大量的熱量，為了減少能源浪費(fèi)，余熱原理可以用來(lái)加熱水和空氣，為了保證員工的人身安全，應(yīng)嚴(yán)格按照使用燃料技術(shù)的要求進(jìn)行，應(yīng)嚴(yán)格控制伴熱介質(zhì)的質(zhì)量和耐熱性，并且適應(yīng)性也要能夠滿足使用要求，余熱加熱就可以完成。從高燃料流量到高對(duì)流，輸油管道的質(zhì)量也很重要，如果在特定的過(guò)程中發(fā)生事故，可以有以下兩種情況：油線堵塞和油壓持續(xù)下降。這些情況會(huì)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生重大影響，根據(jù)以往的研究報(bào)道，注汽鍋爐煙氣余熱達(dá)到一定值后可重復(fù)利用，利用煙氣熱能煙氣余熱供熱技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單，投資少，見(jiàn)效快，能充分提高注汽鍋爐燃燒過(guò)程中的熱效率等優(yōu)點(diǎn)[4]。

2.4改用水煤漿作為注汽鍋爐的燃料

減少煤炭污染，我國(guó)是世界上煤炭產(chǎn)量較高的主要國(guó)家之一，煤炭?jī)?chǔ)量巨大，甚至中國(guó)的主要能源還是來(lái)自煤炭，能源消耗比其他能源要高得多。與其他燃料相比，和相對(duì)低成本的煤，但是在煤的燃燒過(guò)程中也有一個(gè)很大的問(wèn)題，即會(huì)產(chǎn)生大量的污染物（廢渣和廢氣），對(duì)空氣和環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，因此，水煤漿用于煙火或其他煤炭資源時(shí)應(yīng)特別注意對(duì)環(huán)境有直接影響的污染物的處理[5]。

解決點(diǎn)火和控制系統(tǒng)的問(wèn)題，水煤漿的著火點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他燃料性能，水煤漿在沒(méi)有外燃輔助的情況下很難著火。因此，水煤漿的著火點(diǎn)比其他燃料性能高得多。對(duì)于水煤漿的快速著火，水煤漿將在助劑（通常是氣體）的幫助下被點(diǎn)燃。應(yīng)特別注意如何控制氣體流量和壓力，以達(dá)到煤漿水著火的最終目的，因此，優(yōu)化著火系統(tǒng)和控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐工作和節(jié)能具有重要意義。

2.5做好油田注汽鍋爐輸氣管道保溫

注汽鍋爐供熱管道的熱損失也是影響注汽鍋爐能耗的重要因素[6]。為了提高油田注汽鍋爐供熱管道的熱效率，需要選擇管道的保溫結(jié)構(gòu)和保溫材料。因此，油汽噴射鍋爐應(yīng)采用合適的保溫結(jié)構(gòu)和保溫材料。采用保溫技術(shù)不僅可以提高注汽鍋爐的保溫性能，可以使注汽鍋爐過(guò)程更加方便，采用阻燃纖維涂層，油田注汽鍋爐可具有重量小，熱容量小的特點(diǎn)，提高了油田注汽鍋爐效率的注熱管表面溫度。

3結(jié)論

油田注汽鍋爐始終是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的能源消耗，在我國(guó)稠油生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。為了提高油田開(kāi)發(fā)水平，降低成本，對(duì)注汽鍋爐進(jìn)行檢修是十分必要的。為解決注汽問(wèn)題，提出了利用鍋爐余熱回收熱量，節(jié)約鍋爐熱量等一些有效措施。以煤漿水作為注汽鍋爐的替代品，注汽鍋爐的能效有待進(jìn)一步提高，對(duì)企業(yè)效益和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高飛.淺析油田注汽鍋爐系統(tǒng)節(jié)能降耗改進(jìn)措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017

[2]郭崇華.油田注汽鍋爐能耗分析及節(jié)能降耗措施分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017

[3]牛小根.油田注汽鍋爐熱損分析及降耗措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019：134.

[4]鄧力瀾.采油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的節(jié)能降耗技術(shù)措施分析[J].石化技術(shù)，2020：235-236.

[5]武八鎖，趙學(xué)展，岳峰等.基于能流分析的油田注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2020：33-39.

[6]鄭再金.電廠鍋爐節(jié)能改造措施分析[J].石化技術(shù)，2020：230-231.