蒸汽热采项目在设计中出现的问题和解决方法

摘要介绍了蒸汽热采锅炉系统的设计及应注意的事项，其中包括注汽锅炉，除氧器的选型，锅炉给水系统的设计。同时，对高温高压蒸汽用管道、阀门、保温及注汽采油树提出了技术要求。关键词 : 注蒸汽锅炉 高温高压 管阀选用蒸汽 热 采 项 目在 设计 中出 现 的 问题 和解决方法该 蒸汽 热 采 项 目是 苏 丹第一个 热 采 项 目 ,系 统规 模 为 32t/h， 设计压 力12MPa,设计 温度 为 325 。采用汽包 锅 炉，自然循 环 ，全膜式壁，正 压 燃 烧的燃气 锅 炉，操作 压 力 为 8MPa，操作温度 为 305 ，保 证 一定的 过热 度， 满足井口注蒸汽的干度要求。燃料 ：采用油田伴生气，供气 压 力 0.5MPa。水源 ：自水源井， 经 水 处 理系 统处 理后 ,再 经缓 冲罐和两台多 级 离心式 锅炉 给 水 泵 供 给锅 炉。水 质 指 标满 足 ASME汽包 锅 炉水 质 要求。仪 表 风 系 统 ： 站内 设 置一套 仪 表 风 系 统 ，供气 压 力 0.70.9MPa。控制： 整个注汽系 统 采用 DCS控制， 满 足 业 主的要求。锅炉炉型选择应根据工程的实际情况选择。对于蒸汽系统锅炉，民用及电站一般采用汽包锅炉（ Drum-type），而在注蒸汽热采工程中，国内外普遍采用的是油田专用注汽锅炉，锅炉形式为直流锅炉（ Once-through）。本项目由国外设计院做基本设计，我公司做详细设计。在炉型选择上，我们经过技术比较，及现场考察，提出了采用注蒸汽直流锅炉代替基本设计所选用的汽包形式锅炉，并向业主提出技术澄清，但由于多方面原因，业主依然坚持采用基本设计所采用的汽包锅炉。两种炉型的结构图：注蒸汽 锅 炉炉型 对 比直流 锅 炉 汽包 锅 炉 适用于任何 压 力 使用 压 力范 围 低于 直流 （ 812Mpa小吨位炉国内外极少 见 ） 重量 轻 ，金属耗量小 金属耗量 较 直流多 10%15%， (仅单 个汽包直径达 0.8mx6m，壁厚 80mm) 制造、安装及运 输 方便 制造周期 较长 ，运 输 体 积 大 水容 积 小 水容 积 大，蓄 热 能力 较 高 调节 反 应 快，可迅速启停 调节 反 应 慢 工 业 、大型 电 力等高参数，大容量蒸汽需求 场 合 民用、工 业 、 电 力以下是两种炉型的对比：由上表可以看出，无论是适用性、经济性、操作运行及维护方面，直流锅炉均比汽包锅炉更适合本次蒸汽热采项目。因此，在以后的同类项目中，炉型选择是着重注意的问题。根据 ASME标准： 12MPa压力下汽包炉给水氧含量应不超过7ug/L。在本项目基本设计中，采用热力除氧器，可确保给水中氧含量不超过 7g/L ， CO2含量几乎为 0。但是为了满足锅炉给水泵入口汽蚀余量要求，除氧器需要高位设置，一般设置在 710米高的操作平台上，利用高度产生的静压来改善给水泵入口的汽蚀性能。对于一个尺寸约 6.0mx5.0mx5.5m的撬装设备来说，采用 710米高的钢平台造价高昂，操作、维护也较麻烦。优化设计 ：详细设计采用低位热力除氧器，布置在 0米层，采用 消除汽蚀装置与给水加压装置 ，保证锅炉给水泵不发生汽蚀，大大降低了土建造价，安装简单快捷，便于维护保养。除氧器高位布置 除氧器低位布置锅 炉 给 水采用两台（一用一 备 ）离心 泵 作 为给 水 泵 ， 给 水 泵 出口 总 管 设 置流量控制阀 。 离心泵 为防止 气蚀和 过热 ，需泵保护系统即最小流量控制 ， 主要有以下四种形式：* 设置手动旁路阀 误差较大，一般不常使用或不单独使用。* 设置旁路和限流孔板 准确度较差， 压差较大，易引起管线振动和噪声，旁路流量增大了泵的能力和操作费用。* 设置旁路自动控制调节系统 造价昂贵， 维护费 用高 。 旁通 阀 开启瞬 间 ，降 压剧 烈，水流湍急， 导 致旁路系 统 汽穴腐 蚀 。* 设置自动再循环阀 具有流量感知、止回，旁通控制和多级降压四种功能，简化旁通回流系统，主路止回阀，开启与旁通由机械联动， ，随 时 可保 证泵 需要的回流量， 对泵 可提供即 时 保 护 。图 -1设置旁路自动控制调节系统 图 -2带有自动再循环阀的给水系统图本项目采用带自动再循环阀的给水系统 ： 系统简单，旁通多级减压，减少了突然降压带来的汽蚀，整个系统安装维护费用低。在阀的选型中应注意，对于高压给水 ,应选择高压型多级减压式旁路，可消除高速流动介质产生的噪声，防止气蚀和闪蒸对阀门元件的破坏。由于 锅 炉及燃 烧 系 统 均由厂家提供，在采 购 技 术书 中一定要明确供 货 范 围 及相关的技 术 要求，同 时 也要 满 足 业 主的相关要求。锅 炉 为 撬装 结 构，附全自 动 燃 烧 器，根据 业 主要求燃 烧 器采用 进 口全自 动 燃 烧 器，并能 实现远 程控制。燃 烧 器采用比例 调节 ， 调节 比 应 大于 6:1，并且能 满 足 锅 炉110%负 荷要求。燃 烧 器 应 能适 应业 主提供的燃料气的 组 分要求。燃 烧 器 应为 低氮型，氮氧化物排放 浓 度不高于 200 mg/Nm3。燃烧 器入口燃气 压 力 0.5Mpa， 锅 炉供 货 范 围应 包括 燃气 调压 、 计量、安全 阀 、吹 扫 、 发 散及 燃气检漏等 装置 。燃 烧 器 应 具有燃气阀组 的 检 漏、点火、熄火保 护 、燃气 压 力保 护 、 风压 保 护 、 负荷 调节 等 过 程全部自 动 控制的功能。中石化江汉石油工程设计有限公司在 设计过 程中，基本 设计 中 对锅 炉 设备 是否 带 “ S” 钢 印，即蒸汽 动 力 锅 炉 ASME认证 ，并未做具体要求，在技 术规 格 书 和采 购 文件中也未提及，在定 标 前，我 们 就 锅 炉是否 带 “ S” 钢 印及 时 与 监 理、 业 主沟通，并最 终 根据 业 主的要求加盖 “ S” 钢 印， 压 力容器均需盖 “ U” 钢 印。 经 了解， 对 于本 项 目 锅 炉 设备 是否 带钢 印，价格相差大 约 在 3050万左右， 这 个也是我 们 在做国外 项 目中需要注意的 问题 ， 应 在 项 目的投 标阶 段加以明确，以免造成 较 大的 经济损 失。ASME钢 印密封材料耐温耐 压图 表在以往油气田地面工程设计中，使用温度最高也就是导热油，设计温度大约200 左右，阀门密封一般采用 PTFE， VITON， PEEK等非金属密封材料。软密封最高使用温度不超过 260 。在蒸汽热采项目中 ,应采用金属制阀座材料 , 即硬密封阀门，密封面堆焊 13Cr或STL。同时阀门采用增强柔性石墨填料，使用温度可达 425 ，满足输送高压蒸汽的要求。阀门压力等级根据 ASME16.5 标准钢制阀门压力 -温度等级表选用 1500#等级 ，端面采用 RTJ形式或直接焊接形式，内漏应满足API598 阀门的检查和试验 规定。 普通支座普通支座 保温支座保温支座管道直接与钢结构接触产生热桥问题，热损失较大，易引起人员烫伤，干度（蒸汽含水量）不能保证。保温管托，底部采用 PTFE摩擦副，保证 管道系 统 的安全性，无 热桥问题，保温效果好。工作管与支座 焊 接对 于注气管 线 ,根据 资 料 显 示注气管 线热损 失占整个系 统热损 失 25%,在稠油 热 采工程中，保 证 注蒸汽干度是非常重要的 ,应 尽量降低管 线热损 失,提高管 线 保温效果。保温材料 选择 硅酸 钙 ，厚度可按材料 导热 系数 计 算或根据 业 主保温 规 格 书选 取。管道支座采用保温支座。保温材料保温材料保温支座与普通支座比 较、 温度类别 适用温度范围 温度类别 适用温度范围 K -50 82 U -18 121L -46 82 V 2 121P -29 82 X -18 176（热采）R 4 49 Y -18 343 （热采）S -18 66 Z -18 380 （热采）T -18 82考 虑 采油 树 耐高温的 问题 ,针对 本 项 目 ,井口 转 置和采油 树应满 足下表要求 ,除 设计 符合 API 6A规 范要求外 ,工作 压 力 应满 足 3000PSI,温度级别应 根据温度范 围 按下表 选 用 :现 有的采油 树 作 为 注蒸汽井 应 考 虑 得 问题 ：耐 压 ： 不成 问题 ,工作 压 力一般 为 2135Mpa,耐温： 一般不超 过 120, 蒸汽温度 325 。对业 主的建 议 ： 考 虑 耐高温 问题 ，井口 转 置和采油 树应满 足下表要求 ,除 设计 符合 API 6A规 范要求外 ,工作 压 力 应满 足3000PSI,温度 级别应 根据温度范 围 按下表 选 用在蒸汽 锅