XX聯(lián)熱水站建設(shè)模式優(yōu)化研究

姜國強(qiáng)

（大慶油田第八采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，黑龍江 大慶 163000）

1 XX熱水站工藝及存在問題

1.1 XX熱水站建設(shè)現(xiàn)狀

XX熱水站建于2011年，站內(nèi)采用“管道泵+相變爐+裝車鶴管”處理工藝，站內(nèi)額定瞬時最大用水量為48m3/h，主要負(fù)責(zé)該地區(qū)轉(zhuǎn)油站所轄油井加藥、熱洗、作業(yè)施工及水井洗井用水。其中，加熱爐為利舊XX轉(zhuǎn)油站拆除的2臺2.08MW相變加熱爐（2006年投產(chǎn)），由XX污水站提供污水（來水壓力0.04MPa），污水管線采用單根電伴熱保溫，經(jīng)管道泵升壓后，進(jìn)相變爐加熱，加熱至80℃，通過鶴管向罐車加水。

1.2 存在問題

經(jīng)過多年運(yùn)行，該熱水站目前存在以下問題：一是換熱效率低，經(jīng)測試僅為71%，出口溫度低于60℃；二是爐內(nèi)無法形成負(fù)壓，真空閥頻繁開啟。三是加熱爐無法連續(xù)運(yùn)行，需經(jīng)常補(bǔ)水；四是燒火間內(nèi)加熱面板變形，存在安全隱患。出口溫度低，達(dá)不到溫度80℃的要求。目前只有1臺加熱爐工作，單臺加熱爐功率約為1.7MW，由于爐效低，最大出水能力為24m3/h，高峰期熱水量需求約為75m3/h，不能滿足生產(chǎn)需求。理論計算單臺加熱爐出水能力約為24m3/h，折合每分鐘用水量為0.4m3，生產(chǎn)中單罐車加水量約為10～12m3，加水時間約為25～30分鐘，高峰期用水出現(xiàn)排長隊等待現(xiàn)象，工作效率低。

結(jié)合加熱爐結(jié)構(gòu)特點，通過現(xiàn)場勘察已打開封頭的1#加熱爐，分析目前熱水站加熱爐存在的問題，判斷產(chǎn)生原因有以下幾方面。

一是盤管內(nèi)壁結(jié)垢，造成換熱效率低。由于來水為污水，易造成盤管內(nèi)壁結(jié)垢，相當(dāng)于在盤管內(nèi)壁增加一層保溫層，蒸汽產(chǎn)生的熱量無法完全傳遞至盤管內(nèi)。盤管內(nèi)的污水未充分換熱，造成出水溫度低，經(jīng)測試加熱爐熱效率僅為71%，低于90%的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

二是換熱器內(nèi)部壓力過高，造成真空閥頻繁開啟。真空閥的設(shè)計壓力為-0.1～0.03MPa，換熱器內(nèi)部壓力一般在-0.03～0MPa，正常運(yùn)行時，換熱器內(nèi)部壓力始終低于外界大氣壓力，真空閥關(guān)閉，爐體內(nèi)部形成負(fù)壓真空狀態(tài)運(yùn)行。由于盤管結(jié)垢，蒸汽未充分換熱，換熱器內(nèi)氣相壓力高于大氣壓力，真空閥頻繁開啟泄壓，造成加熱爐類近似于敞口運(yùn)行，蒸汽均從真空閥流失，無法實現(xiàn)相變換熱，爐內(nèi)液位降低，需停爐不斷補(bǔ)水，加熱爐無法連續(xù)運(yùn)行；

三是加熱爐燃?xì)夤艿朗墙?jīng)過爐體內(nèi)部預(yù)熱后供加熱爐燃燒使用，該預(yù)熱管道常年侵泡于水中，有腐蝕穿孔的可能性，一旦發(fā)生燃?xì)庑孤?，加熱爐存在燃燒、爆炸的風(fēng)險。

2 熱水站建設(shè)模式確定

該熱水站負(fù)責(zé)XX地區(qū)油水井、提撈井的生產(chǎn)用水，該區(qū)域內(nèi)共轄油井706口，實際開井?dāng)?shù)為593口，水井173口。通過現(xiàn)場調(diào)查及與生產(chǎn)單位核實，升平地區(qū)熱水用量主要包括以下幾方面用水需求，根據(jù)用水量時間段不同，折合每小時用水量為75m3/h。

為滿足高峰期加水需求，加水按最低75m3/h考慮，同時由于該區(qū)塊位置偏遠(yuǎn)，工作有效時間按8小時計算，確定該熱水站設(shè)計規(guī)模為600m3/d。目前常用的熱水站流程有兩種，一種為“加熱爐+儲水罐”流程，另一種為“加熱爐”高架流程。

2.1 “加熱爐高架”流程

該流程主要是由升壓泵、加熱爐、裝車鶴管構(gòu)成。主要原理：出水口位于加熱爐的上部，底部加水，隨著熱水流出爐腔，液位隨之下降，自動啟動補(bǔ)水泵，低溫水從加熱爐下部上移，逐漸升溫，上部出水口的溫度始終保持80℃（設(shè)定溫度）。該流程的裝車速度（熱水流入罐車的速度），是由爐腔內(nèi)液位高度和出口管道的摩阻決定，根據(jù)以往的經(jīng)驗，液位在6.5m時，出口管道為DN150是，裝車速度約為15分鐘。

熱水站來水溫度為32℃，加熱后溫度要求為80℃，溫升48℃，爐效按90%考慮。根據(jù)熱量計算公式：Q=Cm△t*0.9，當(dāng)采用2.5MW加熱爐時，單臺加熱爐每小時產(chǎn)水量為40m3。根據(jù)現(xiàn)場需求，需選用帶有一定儲水功能的火筒式加熱爐，當(dāng)采用2.5MW加熱爐時，其容積為110m3，加熱后可提供的熱水量約為50m3。單臺罐車加水量為10m3，按15分鐘一車的裝車速度考慮，每小時加水量也為40m3，裝車速率與加熱速率匹配。

熱水站預(yù)測日耗氣量公式如下：

式中qv為日耗氣量（m3/d）；Q水為需要加熱的水量（m3/d）；C為水的比熱（KJ/（m3/d））；△t為溫升（℃）；qnet為基低位發(fā)熱量（KJ/m3）；η為加熱爐效率。

熱水站需要水量600m3/d，△t是48℃，代入公式計算預(yù)測熱水站日耗氣量為3454m3。

2.2 “加熱爐+儲水罐”流程

該流程主要是由升壓泵（循環(huán)泵）、加熱爐、加水泵、儲水罐，裝車鶴管構(gòu)成。

該主要流程主要原理：來水先進(jìn)入立式儲罐，經(jīng)循環(huán)泵輸送到加熱爐，加熱到一定溫度后再經(jīng)升壓泵循環(huán)至儲水罐，達(dá)到設(shè)計溫度后，再由加水泵裝車。儲水罐儲水溫度降至設(shè)計溫度以下時，啟動循環(huán)泵，實現(xiàn)罐內(nèi)水到加熱爐多次加熱，采用循環(huán)泵實現(xiàn)循環(huán)加熱。

儲水罐：規(guī)模600m3/d，白天加熱爐有效運(yùn)行6h可產(chǎn)生熱水288m3，其余312m3熱水需依靠儲罐儲存，夜間加熱時間6.5h即可達(dá)到所需溫度，其余時間加熱爐低負(fù)荷維溫運(yùn)行。儲水罐容積確定為500m3，有效容積按80%計算，存水量為400m3。

在該流程下，裝車速率是由現(xiàn)場加水泵的排量確定，為滿足現(xiàn)場實際需求，罐車容積按每車10m3，每罐車加水時間為10min，則加水泵排量確定為60m3/h，需設(shè)裝車泵2臺，單臺泵各對應(yīng)單個加水鶴管。

該流程下加熱爐需連續(xù)運(yùn)行，實際加熱的水量遠(yuǎn)大用水需求量，尤其在冬季，儲水罐降溫速度快，加熱爐耗氣量明顯增加，折合實際加熱水量為800m3/d，經(jīng)計算熱水站日耗氣量為4605m3。

2.3 建設(shè)模式情況對比

“加熱爐”高架流程新建2.5MW火筒爐2臺，升壓泵3臺，總投資497萬元，具有工藝流程簡單，占地較小，便于管理，能實現(xiàn)無人值守，加熱爐間歇運(yùn)行耗較低，投資少的優(yōu)點，缺點為加水速度較慢，當(dāng)加水量超過8臺/小時，會出現(xiàn)排隊等候現(xiàn)象。“加熱爐+儲水罐”流程新建1.5MW火筒爐2臺，循環(huán)水泵（升壓泵）3臺，加水泵2臺，新建500m3儲水罐1座，總投資595萬元，加水速度快，工作效率高，能實現(xiàn)無人值守，加熱爐功率較小的優(yōu)點，缺點為工藝流程較復(fù)雜，占地面積較大，能耗高，補(bǔ)水時間集中，對污水站沖擊較大，管理點多，投資高。

3 結(jié)語

（1）外圍油田熱水站采用加熱爐高架流程及“加熱爐+儲水罐”流程均能滿足現(xiàn)場對熱水量的需求；

（2）采用加熱爐高架流程在滿足加水速率要求的情況下，具有占地面積小，投資低，工藝流程簡單優(yōu)勢；

（3）采用加熱爐高架流程在后期運(yùn)行時，年節(jié)省氣約為43.2萬方，節(jié)約運(yùn)行成本約70萬元。