燃油（气）注汽锅炉

永宁等 ：燃油 ( 气 )注汽锅炉 燃油 ( 气 )注汽锅炉冰 l 吴永宁周 英 赵晶晶 侯 君 赵艳春 I中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河热采机械制造分公司 摘要：燃油 ( 气) 注汽锅炉是用于稠油油礴注蒸汽开发的新型蒸汽发生装备。该装置炉膛采用单回程 ( 或多回程 ) 蛇形管围成的水冷壁形式， 吸收辐射热， 尾部受热面采用光管和翅片管组合的水平蛇形管形式， 吸收对流热；设计了炉外 水水换热器， 提高尾部受热面给水温度， 解决尾部受热面露点腐蚀问题； 发明了 水平蛇形管受热面挡墙技术， 解决了 尾部 受热面翅片管高温烧损问题， 提高了锅炉整体吸热能力；发明了拱形回转烟道， 解决了高温烟气回转室保温坍塌问题； 研 制了喷涂式保温专利技术， 降低了锅炉外表温度。 为解决较大吨位移动锅炉的运输超高问题， 锅炉本体采用嵌入技术， 降 低锅炉整体的运输尺寸，满足运输要求。产品运行稳定， 具有安全可靠、热效率高 ( 与同类产品本体表面温度低 2 0 ( 2 左 右、与同类产品相比排烟温度低3 0 ( 2 左右 ) 、环保效果好 ( 污水零排放 )等特点，满足 了稠油油田采油工艺的需要。 关键词：燃油 ( 气 ) 注汽锅炉稠油热采 D OI ：1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 0 2 x 2 0 1 4 0 2 0 1 5 随着 石 油能 源 的开采 ，全球 稀油 储 量 E t 益减 少 ， 产量逐年下降 ，已经不能满足国家发展对石油能源及 其副产品的需求 。我国稠油储量相对丰富，稠油开采 已 日趋 成熟 ，国外亦相 继展 开稠 油资源 的开 发 。 目前 稠油开采主要靠蒸汽吞吐、蒸汽驱动 、S AG D等技术 。 这些采油技术都是建立在以注汽锅炉产生高温高压 的 蒸汽 注 入井 下 的基础 上 的 。 新型系列燃油 ( 气 )注汽锅炉是针对油 田蒸汽驱 开采工艺所设计的稠油开采专用蒸汽发生设备 ，主要 利用所产生的高温高压蒸汽注入油井，加热油层 中的 原油以降低原油的黏度 ，从而增加原油的流动性 ，大 幅度提高原油的采收率。产品具有种类多样 、规格齐 全 、热效率高 、工艺路线简单 、操作和运输方便等特 点 ，可广泛应用于国内外各稠油油 田，为油田稠油生 产提供可靠的装备支撑。 1 产品结构、原理与特色技术 新型系列燃油 ( 气 ) 注汽锅炉为油气两用锅炉，采 用卧式内燃 ，强制循环直流锅炉技术形式。燃料经燃烧 器与蒸汽 ( 启炉时用空气 ) 混合 ( 燃油时雾化 ) 旋转喷 人炉膛燃烧 ，经炉膛辐射吸热后进入尾部受热面，对流 吸热后烟气排人大气I l 1 。锅炉采用车载式结构，由辐射 中国石油天然气集团公司2 0 1 2 年 自主创新重要产品。 基金项 目：中国石油辽河油 田公 司科研项 目 “ 稠 油装备 工程配套技术研 究”( 编号 ：2 0 1 0( 重 大 )一 0 3) 。 获奖情况：“ 1 1 2 吨燃油燃气注汽锅炉研制与应用”2 0 0 8 年获中国石油辽河油田公司科技进步二等奖；“ Y Z G1 8 1 7 2 一 D车栽 式燃油 ( 气)注汽锅炉及配套水处理研制”2 0 1 1 年获中国石油辽河油田公司科技进步二等奖；“ YZ GI 1 2 - 2 1 一 D燃油 ( 气 ) 注汽 锅炉”2 0 1 0年获辽宁省新产品奖励三等奖。 获专利。 隋况：“ 一种活动式燃油或燃气注汽锅炉”( 专利号：Z L 2 0 0 9 2 0 1 4 8 4 4 1 0) 、“ 燃油注汽锅炉多孔管板加工方法”( 专利 号：Z L 2 0 0 9 1 0 0 1 2 2 3 0 9 ) 、“ 一种注汽锅炉对流管束”( 专利号：Z L 2 0 0 9 2 0 0 1 2 1 6 2 t ) 、“ 注汽锅炉程序器点火控制装置”( 专利号： Z L 2 0 0 9 2 0 0 1 4 4 4 3 0) 、“ 一种车载式注汽锅炉”( 专利号：Z L 2 0 0 9 2 0 1 4 8 4 4 1 0) 、“ 海洋平台热采油燃油或燃气注汽锅炉”( 专利号： Z L 2 0 1 0 1 0 1 9 4 7 1 8 0) 、“ 智能型 多供软化水装置”( 专利号 ：Z L 2 0 0 7 2 0 0 1 2 8 9 9 4) 、“ 油田燃油蒸汽锅炉辐射段 热处理装置”( 专利 号：Z L 2 0 0 8 2 0 0 1 4 5 5 7 0) 、“ 一种 5 0 t h燃油或燃气注汽锅炉”( 专利号： Z L 2 0 0 9 2 0 1 4 8 4 4 0 6) 、“ 一种 l O O t h燃油或燃气注汽锅炉” ( 专利号 ：Z L 2 0 0 9 2 0 1 4 8 4 4 2 5 ) 、“ 一种过热 蒸汽燃 油 ( 气 )注汽锅 炉”( 专利号 ：Z L 2 0 0 9 2 0 1 4 8 4 4 4 4 ) 、“ 一种 固定式亚临界压 力 注汽锅炉”( 专利号：Z L 2 0 0 9 2 0 1 4 8 4 4 3 X) 、“ 油田水处理 自动控制装置”( 专利号：Z L 2 0 0 9 2 0 0 1 3 5 8 6 x) 、“ 海洋平台热采油注汽 锅炉辐射段”( 专利号：Z L 2 0 1 0 2 0 2 1 8 7 6 2 6 ) 、“ 海洋平台热采油注汽锅炉对流段”( 专利号：Z L 2 0 1 0 2 0 2 1 8 7 3 6 3 ) 、“ 海洋平台热 采油注汽锅炉的保温层”( 专利号：Z L 2 0 1 0 2 0 2 1 8 7 2 7 4) 、“ 一种海洋平台热采油注汽锅炉”( 专利号：Z L 2 0 1 0 2 0 5 2 6 0 2 7 1 ) 第一作者简介：吴永宁，1 9 6 5 年生，毕业于中国石油大学 ( 北京 ) 石油天然气机械工程专业，高级工程师，现任 中国石油集 团渤海石油装备制造有限公司研究院院长，主要从事机械设计制造工作。E ma i l ：w y o n g n i n g h o t ma i 1 c o m 2 0 1 4年第2期 石油科技论坛6 5 段 ( 炉膛 ) 、对流段 ( 省煤器 ) 、过热段、过渡段和外部 设备 ( 燃烧器、柱塞泵、空气压缩机等 ) 组成 ( 图 1 o 按流程可分为汽水系统 、燃油系统 、燃气系统 、 燃 烧系统 、控制 系统 5个 系统 。 自动控制 系统是基 于 设备可靠运行及减轻操作人员劳动强度并有最大安全 保证而设计的，通过采集锅炉的压力、温度 、流量、千 度等参数 ，来控制锅炉的燃烧过程 ，使注汽锅炉产生 符合采油要求的蒸汽，同时提供报警、故障诊断功能， 帮助用户使用与判断。 锅炉本体设计 ：通过燃烧 和传热优化模块设计 ， 合理分配锅炉各段的吸热能力；有效控制关键部位烟 气温度、介质温度与欠焓值 ；适当提高炉膛吸热能力； 合理选择烟道活截面积，提高燃烧和传热效率。通过 水动力和强度模块设计 ，优选 了锅炉炉管 ，优化表面 热负荷 、容积热负荷 、质量流速等设计指标 、减少爆 管机率 ，提高锅炉运行安全与可靠性 。 对流受热面错列密排光管结构或水平蛇形密排结 构技术形式 ，具有以下优点 ：一是提高烟气流速 ，优 化烟气通道的空气动力，提高光管吸热能力；二是发 挥光管受热面自冷却性能好的特点 ，将其布置在高温 烟气换热区 ，强化换热，有效防止翅片管高温烧损； 三是合理布置管间距和排列顺序 ，保证合理的焊接和 探伤空间，确保锅炉制造质量 ，方便维修 。 拱形烟气转向通道设计：锅炉烟气转向通道采用 拱形结构，解决因高温、高速烟气的长期冲刷 ，造成 保温材料坍塌的问题 ，现场应用效果较好。 新型保温技术设计 ：新型保温技术采用折叠保温技 术和多层喷涂技术 ，折叠保温技术采用多层复合保温 + I 折叠保温块的技术形式 ，采用高效多层喷涂技术，将絮 状保温层喷涂于锅炉壳体内壁 ，较之以往的平铺技术 ， 两种保温技术可有效减少热桥 ，提高热稳定性和热强 度，减少炉体散热损失，使锅炉外表温度降低 2 0 左右。 多管程防偏流技术 ：发明了多种防偏流技术 ，有 效解决了管问介质受热不均 、热焓偏差积累、并联管 路水力脉动 、流量偏差不可控制等技术问题 ，有效消 除管 间热力 偏差 和流 量偏差 问题 。 过热 ( 高干度 )蒸汽发生技术 ：创新使用了适合 油 田注汽生产的过热 +回喷的过热 ( 高f度 )蒸汽发 生技术。在生产过热 ( 高干度 )蒸汽的同时，将污水 全部回喷 ，极大地减少了热能的损失浪费，实现高含 盐水的零排放 ，减少环境污染。由此降低过热 ( 高干 度 )锅炉进 口水质指标 ，降低 丁生产成本。 大比热区防传热恶化技术 ：针对大 比热区的汽水 特性 ，对锅炉进行传热性能研究 ，从而确定锅炉各受 热面吸热比例和出口温度 ，完成锅炉受热面的总体布 置 ，以保 证锅 炉安 全 。 蒸汽质量闭环控制技术 ：通过对锅炉输出管线内 蒸 汽质量 、温度 、压力 的实 时在线 监测 ，对 锅炉 运行 过程中的风量 、水量 、火量相关参数实施 自动跟踪凋 整 ，完成蒸汽质量燃烧的闭环 自动控制 ，保障锅 炉输 出的蒸 汽品质 l 2 _ 。 在设计计算方面，使用 F l u e n t 软件模拟整个炉人 】 换热过程，使用 A s p e n P l u s 软件模拟流程中各部件换 热，使用 A s p e n P r o p e r t y 校核娴气热物性及迁移物性计 算结果，优化设计过程。形成了喷涂式保温技术 、注 汽锅炉优化设计软件等多项 自有技术和实用新型专 利 ，填 补 了国 内空 白。 图 1 新 型 系列燃 油 ( 气 ) 注汽锅 炉 示意 图 1一 烟 囱 ；2一 对 流 段 ；3一 过 热段 ；4一 过 渡段 ；5一 辐 射段 6一水换热器；7一燃烧器；8一柱塞泵 ；9一空气压缩机 2 锅炉热力计算与技术参数 根据锅炉总体设计方案以及工作条件情况进 行锅炉热力计算 ，包括强度计算 、热力计算 、水 动力计算 、烟风阻力计算 、 安全阀排量计算等 ，保 证锅炉参数合理 ，出力正常，安全稳定I 。 新型燃油 ( 气 )注汽锅炉可分为湿蒸汽注汽 锅炉 、高干度蒸汽注汽锅炉、过热蒸汽注汽锅炉 、 超临界压力注汽锅炉等 4种 ，其各 自的技术参数 如表 1 所示 。 石蔺 技诊 2 0 1 4车第 2期 一 。 一 A 墨 ! ! ! 塑 ! 表 1 系列注 汽锅 炉技 术参 数 类 型 湿 蒸 汽 注 汽 锅 炉 高 干 度 蒸 汽 注 汽 锅 炉 过 热 蒸 汽 注 汽 锅 炉 超 临 界 压 力 注 汽 锅 炉 蒸发 量 ( t h) 51 0 O 7 1 O 0 7 l o o 71 o 0 工作 压 力 ( MPa) 72 1 72 1 72 1 2 23 5 蒸 汽 温 度 ( ) 2 8 03 7 0 2 8 03 7 0 3 0 o3 9 0 3 7 4 给 水 温 度 ( ) 52 0 52 0 52 O 52 0 蒸 汽干 度 ( ) 7 55 9 5 1 o 0 l ( x 】 燃 料 原 油 、天 然 气 没计 热 效率 ( ) 90 3 现场试验与应用 该系列中首台燃油 ( 放于辽河油田曙光采油厂 能指标和实际运行 、环保 情况 气 )注汽锅炉研制成功后投 进行试验 ，试验表明各项性 指标均达到了设计要求和国 家相关标准；产品运行稳定 ，具有安全可靠 、热效率 高 ( 与同类产品本体表面温度低 2 0 左右 、与同类产 品相 比排烟温度低 3 0 左右 ) 、环保效果好 ( 污水零 排放 )等特点 ，完全能够满足油 田采油工艺的需要 。 燃油 ( 气 )注汽锅炉及配套水处理设备 目前 已得 到成功推广应用 ，遍布国内各油 田和叙利亚 、哈萨克 斯坦 、苏丹 、哥伦比亚等十几个国家和地区。 该系列燃油 ( 气 )注汽锅炉结合了 目前相关的锅 炉及 自身结构特点 ，具有 自主知识产权，节能环保效 果突出，能够保证油田稠油热采工艺要求 ，具有显著 经济效益和社会效益 ，达到国内同类产品领先水平 。 【 参考文献 】 丁崇功， 寇广孝 工业锅炉设备 M 北京： 机械工业出 版社 2 0 0 9 2 贡军民， 邹俊刚， 周建平， 等 YZ G 一 2 2 5 1 4 一 G油田注汽 锅炉卟石油科技论坛， 2 0 1 1 , 3 0 ( 4 ) ： 5 4 5 6 3 】 岑可法， 张鹤生， 等 工业锅炉设计计算方法f M1 北京： 中国标准 出版社 ， 2 0 0 5 ( 收稿 日期 ：2 0 l 3 一 O 4 0 6) oi l l Ga s fi r e d S t e a m Ge n e r a t o r Wu Y o n g n i n g ， Z h o u Y i n g ， Z h a o J i n g j i n g ， Ho u J u n ， Z h a o Y a n c h u n ( Li a o h e T h e r ma l Re c o v e r y Ma c h i n e ry B r a n c h o f CNP C Bo h a i P e t r o l e u m Eq u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g Co ， Lt d ) A b s t r a c t ：O i l g a s - fi r e d s t e a m g e n e r a t o r i s a n e w- t y p e s t e a m- g e n e r a t i n g e q u i p me n t u s e d f o r s t e a m- i n j e c t i n g d e v e l o p me n t a t h e a v y o i l fi e l d s T h e c o mb u s t i o n c h am b e r o f t h i s e q u i p me n t i s i n t h e for m o f s i n g l e r e t u r n( mu l t i r e t u rn) c o i l s u r r o u n d e d wa t e r - c o o l i n g wa l l for r a d i a t i o n h e a t a bs o r p t i o n Th e h e a t i n g s u r f a c e o f t h e t a i l p a r t a d o p t s a c o mbi n a t i o n o f l i g h t p i p e s a n d fin n e d t u b e s t o a b s o r b c o n v e c t i o n h e a t Th e h e a t e x c h a ng e r of bo i l e r wa t e r i s d e s i g n e d t o r a i s e f e e d wa t e r t e mp e r a t u r e o f h e a t i n g s u r f a c e a t t h e t a i l p os i t i o n a n d s o l v e c o r r os i o n p r o bl e m of h e a t i n g s u r f a c e d e w p o i n t Th e h o r i z o n t a l c o i l wa l l r e t a i n i n g wa l l t e c h no l o g y i s i n v e n t e d t o s o l v e t h e bo t t l e n e c k t ha t h i g h t e mpe r a t u r e c a u s e s d a ma g e of t h e f i n ne d t u be s a t t h e t a i l ， t hu s i mp r o v i n g h e a t a b s o r b i n g c a p a c i t y o f t h e b o i l e r Th e a r c h t u b e s i d e flo w d e vi a t i o n p r e v e n t i o n t e c h n o l o g y i s i n v e n t e d t o p r e v e n t c ol l a p s e o f h i g h t e mpe r a t u r e flu e g a s r e t u rn i n g c ha mb e r Th e pa t e n t t e c h n o l o g y o f i n s u l a t i o n c o a t i ng i s d e v e l o p e d t o l o we r e x t e rna l s u r f a c e t e mp e r a t ur e o f bo i l e r To f a c i l i t a t e t r a ns po r t a t i o n o f the l a r g e s c a l e b o i l e r , t h e ma i n b o d y o f t h e b o i l e r a d o p t s e mb e d d e d t