运用复合相变换热器提高注汽锅炉热量利用率.doc

第二采油厂注汽工程部注汽二队2008年QC成果材料 运用复合相变换热器提高注汽锅炉热量利用率大幅降低锅炉排烟温度解决锅炉低温腐蚀难题河南油田分公司第二采油厂注汽工程部注汽二队QC小组 目 录 一 小组概况二 选题理由三 现状调查四 目标值的确定及依据五 原因分析及要因确定六 措施的确定七 措施的实施八 效果的检查九 巩固措施 十 下步打算一、小组概况注汽工程部注汽二队QC小组成立于1994年，肩负着第二采油厂井楼油矿0区、三区、七区等几个区块数千口油井的注汽任务。小组成员共有10人，长期从事注汽锅炉的管理和生产运行工作，具有丰富的实践经验和较高的理论水平。多年来，我们QC小组一直本着从生产实际出发，充分发挥工人群众工作的积极性和主观能动性，解决生产中出现的难题。在过去的几年中，我们先后取得了许多引人瞩目的成果，如给水恒温控制器的改造、提高和保持注汽干度等获得局级和厂级奖项，受到了上级的多次表彰。我们QC小组有十人组成，小组成员和他们的分工如下： 董宏芳 组长 负责QC小组成员的协调和管理工作及计划 赵小召 成员 项目组织和实施 刘建华 成员 计划实施和资料收集 周宏彦 成员 计划实施和资料收集 刘恒瑞 成员 技术分析和资料统计 王 瑜 成员 技术分析和资料统计 靳立宏 成员 计划实施和资料收集 贺卫国 成员 计划实施和资料收集 董长新 成员 计划实施和资料收集 王伟民 成员 技术分析和资料统计小组成员之间既有分工，又积极合作，信息共享。小组概况表小组名称注汽工程部注汽二队QC小组小组类型技术型成立时间1994年1月注册号小组人数10人课题名称运用复合相变换热器提高注汽锅炉热量利用率活动时间2008年1月2008年12月活动次数54次出勤率100%教育人均70小时成 员姓 名性别文化程度职称/职务组内分工董宏芳女中专技术主办QC小组成员的协调和管理工作及计划赵小召男大专队长项目组织和实施刘建华男大专书记计划实施和资料收集周宏彦男高中副队长计划实施和资料收集刘恒瑞男高中副队长技术分析和资料统计王 瑜男中专技术主管技术分析和资料统计靳立宏男大专技术副队长计划实施和资料收集贺卫国男本科技术副队长计划实施和资料收集董长新男高中安全副队长计划实施和资料收集王伟民男高中工会主席技术分析和资料统计二、选题理由在工业企业生产过程中，由各种换能设备、用能设备和化学反应设备中产生而未被利用的热量资源，叫做余热。主要表现为热空气（烟气）、热水、蒸汽。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废气废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。余热的数量很大，若加以利用，可节约大量的能源。众所周知，锅炉的排烟温度是锅炉热损失的最主要指标。目前情况下，主要是通过提高锅炉的设计排烟温度，保证对流段受热面壁面温度高于酸露点温度，以避免产生低温腐蚀。当对流段受热面壁面温度低于酸露点温度就会产生低温腐蚀，影响尾部受热面的安全运行。排烟温度与低温腐蚀是影响锅炉效率和安全运行的主要矛盾，其矛盾的核心是换热器受热面“最低壁面温度”和“低温腐蚀”问题。5而复合相变换热器则可以彻底解决锅炉低温腐蚀难题，并回收中低温热能，安全稳定地大幅度降低锅炉排烟温度。复合相变换热器还有消除不凝气体，换热效率稳定；设备使用寿命较一般换热器长等优点。在采油二厂稠油开采过程中,需要热采专用的注汽锅炉生产蒸汽为稠油开采注汽,配合稠油开采。随着河南油田清洁生产、节能减排工作的深入开展，稠油开采的龙头-注汽锅炉由耗能大户向节能先锋转变，变得迫在眉睫和十分必要，如何节能降耗也成为采油二厂注汽工程部的重点工作。历年来，各队注汽锅炉的高温烟气均直接外排，带走了大量热量。锅炉排烟温度每降低15，可以提高锅炉效率1%，我厂锅炉设计排烟温度约240左右，燃用渣油和天然气的锅炉是完全可以通过增加余热回收装置将温度降为150以下，提高效率3%以上。如何充分利用这一部分热量一直是采油二厂各注汽队想要解决的问题。三、现状调查采油二厂注汽工程部现共有注汽锅炉22台，除了锅炉对流段能够吸收部分烟气余热外，再无其他烟气余热利用装置，而每台锅炉的排烟温度平均都在240左右，烟气余热利用潜力很大。在用注汽锅炉情况统计表 序号锅炉型号使用地点自编号生产厂家投用时间1SG50-NDS-15井楼一区注汽站1-1#上海四方厂89年6月2SG50-NDS-15井楼一区注汽站1-2#美国HSMC90年3月3SG50-NDS-15井楼一区注汽站1-3#美国DANIEL92年11月4SG50-NDS-15井楼三区注汽站3-1#美国DANIEL91年8月5SG50-NDS-15井楼三区注汽站3-2#美国DANIEL91年8月6SG50-NDS-15井楼三区注汽站3-3#美国DANIEL91年8月7SG50-NDS-15井楼三区注汽站3-4#美国DANIEL91年8月8SG50-NDS-15井楼零区注汽站0-1#美国HSMC90年3月9SG50-NDS-15井楼零区注汽站0-3#美国DANIEL91年8月10SF-23/10-YQ井楼零区注汽站0-4#上海四方厂06年6月11SG50-NDS-15古城BQ10站B-2#上海四方厂89年6月12SG50-NDS-15古城BQ10站B-3#美国HSMC90年1月13SG50-NDS-15古城BQ10站B-4#美国DANIEL91年3月14SG20-NDS-26古城B123站（活动锅炉）B-1#上海四方厂87年10月15SF-23/17.2-YQ古城125注汽站注-1#上海四方厂06年6月16SG20-NDS-15古城G61008站（活动锅炉）注-2#美国DANIEL91年10月17SF-23/17.2-YQ新庄8#注汽站8-1#注上海四方厂04年7月18SF-23/17.2-YQ新庄8#注汽站8-2#注上海四方厂04年7月19SF-23/17.2-YQ新庄9#注汽站9-1#注上海四方厂05年3月20SF-23/17.2-YQ新庄9#注汽站9-2#注上海四方厂04年5月21SF-23/17.2-YQ新庄10#注汽站10-1#注上海四方厂05年4月22SF-23/17.2-YQ新庄10#注汽站10-2#注上海四方厂05年4月第二采油厂注汽工程部注汽二队是一支技术过硬的专业化队伍，是河南油田最早的锅炉队。二十年来始终从事注汽锅炉及其附件和热工自动化新技术的安装调试、推广应用、维护保养，积累了丰富的经验。大部分专业人才都出自本队。这些都为14.C 60k型复合相变换热器在注汽二队的应用提供了可靠的技术保证。在引用国内外相关标准和设计规范的前提下，14.C 60k型复合相变换热器率先在注汽二队的应用，对油田节能减排，及企业设备的标准化管理有着重要的意义。四、目标值确定和依据1、经过全体小组成员对现状的论证分析，确定小组的2008年工作目标为：通过相变换热装置的使用，大幅度降低烟气的排放温度，使大量的中低温热能被有效回收，节约原油600吨，创造效益180万元；在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，以期从根本上避免锅炉对流段结露腐蚀，大幅度降低设备的维护成本。2、目标论证：复合相变换热技术是一个全新的换热技术，它采用了热管的原理，提出了“相变段”这一概念，开创了以“壁面温度”作为换热器最基本的设计参数这一新理念。通过调控受热面壁面温度，并使其始终处于酸露点以上，从而根本上解决了低温腐蚀难题。传统空气预热器温度曲线复合相变换热器温度曲线“相变段”的概念是将原热管换热器中相互独立的部分，通过优化设计构造成一个关联的整体。保证“相变段”受热面壁面温度只有微小的梯度温降。同时，利用“相变段”将被加热介质（如空气、水）的温度适当地提高。被预热了的空气提高了上级空预器的壁面温度，从而保证其免受低温腐蚀；被加热的水回收了烟气中的余热，实现了节能的目的。通过“相变段”水量的调节，可以实现对受热面最低壁温面度的闭环控制，使壁面温度恒定或可调节。概括复合相变换热技术，其核心内涵在于：a、能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；b、在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和由此发生的堵灰，大幅度降低设备的维护成本；c、实现了换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器具有相当幅度的调节能力，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定，并能适应锅炉的燃料品种以及负荷的变化；d、保留了热管换热器所具有的高效传热特性的同时，可通过排气体操作有效的解决相变换热器的老化问题，大大延长了设备的使用寿命。复合相变换热器设计参数序号参数单位数值1锅炉蒸发量t/h232烟气流量Nm3/h277003入口烟气温度2204出口烟气温度1255入口水温606出口水温98.37水流量t/h2310烟气侧压降Pa51011本体水侧压降MPa0.02712回收热量kW102713燃料含硫量0.5%14燃料酸露点9015受热面最低壁面温度110应用复合相变换器取得的直接经济效益情况分析计算如下：烟温由入口220左右降低为120左右,进水由入口的70左右升为出口的90左右，1换热器回收热量QgQgVgg Cpg（t1t2）g式中Vg27700 Nm3/h，为蒸气产量为23t/h时的烟气流量；g1.295 kg/Nm3，为烟气密度；Cpg1.12 kJ/(kg)，为烟气比热；t1为普通锅炉设计排烟温度；t2为使用复合相变换热器后的排烟温度；g为设备保热系数，可取0.92。所以Qg277001.2951.12(220120)0.92 / 36001027kw/h通过计算每小时利用余热1027kw，对照燃油的发热量，再考虑锅炉的热效率，全年大约可节约燃油600吨，创造效益180万元。五、原因分析及要因确定原因分析：我队小组成员结合复合相变换热器运行的实际情况，展开了深入的讨论研究，对可能影响复合相变换热器换热效果的各种原因进行了全面分析：管理设备环境本体设备类控制系统维护机泵、阀门质量差，影响运行自动控制系统不稳定，电动阀开关不到位；技术资料缺乏设备处于室外，受外界环境影响，如风、雨、日晒、冰冻技术培训不到位设计缺陷，受除氧器流程影响，缺乏安全装置如安全阀等；缺乏管理力度维护保养不及时人员换热效果的主要原因影响复合相变换热器操作人员水平欠缺操作人员责任心缺乏维修维护力量薄弱从上图上可看出，影响复合相变换热器换热效果的因素有如下11个方面：十一维护保养不及时。十. 缺乏管理力度；九. 技术培训不到位；雨、日晒、冰冻影响；八. 设备处于室外，受外界环境如风、七. 技术资料缺乏；关不到位；六. 自动控制系统不稳定，电动阀开缺乏安全装置如安全阀等；五. 设计缺陷，受除氧器流程影响，四. 机泵、阀门质量差，影响运行。三. 维修维护力量薄弱；二. 操作人员责任心缺乏；一. 操作人员水平欠缺； 原 因 分 析通过调查，我队QC小组找出了影响复合相变换热器换热效果的主要因素并做出了因果图。如下：影响复合相变换热器换热效果的主要因素技术培训不到位维护保养不及时缺乏管理力度操作人员责任心缺乏操作人员水平欠缺专业维护力量薄弱机泵、阀门质量差，影响运行自动控制系统不稳定，电动阀开关不到位人员环境管理设备处于室外，受外界环境如风、雨、日晒、冰冻影响，设备设计缺陷，受除氧器流程影响，缺乏安全装置如安全阀等；技术资料缺乏我队QC小组召开多次会议，对末端原因进行要因确认（表五）：序号末端原因验证方法验证人验证时间验证标准验证结果结论1机泵、阀门质量差，影响运行现场调查王运峰7月624日根据技术档案、维修记录及实地观看阀门更换2个,维修5个。否2技术资料缺乏查看资料董宏芳7月624日现场考察相变换热技术属于较先进的换热技术，相关资料不全，操作中凭借经验，摸着石头过河。是3设计缺陷，受除氧器流程影响，缺乏安全装置如安全阀等；现场调查刘恒瑞7月1520日现场考察、运行检验及队上技术人员反映相变换热流程与锅炉除氧器流程串联，受除氧器流程影响，一旦除氧器故障停运，则相变换热亦须停运；换热汽包按设计无安全阀，属安全隐患。否4自动控制系统不稳定，电动阀开关不到位现场调查靳立宏7月1530日现场考察、运行检验远程控制系统不灵敏，电动阀开关不到位，现在电动阀开关指示装置已坏。是5操作人员水平欠缺现场检验靳立宏7月15-20日现场考察相关知识及操作情况队技术干部对本队职工进行了理论和现场实际操作考试，结果很不理想，有些职工不懂原理，多数职工不懂流程，重视理论轻视实际操作。是6专业维护力量薄弱现场调查刘恒瑞7月6-18日现场调查以目前我队技术实力，对电动阀、远程控制等方面的维修有一定难度。是7操作人员责任心缺乏现场调查刘恒瑞8月10-20日相变运行故障分析结果显示：责任心强，很多设备等引起的问题就可以避免。否8技术培训不到位查看资料董宏芳7月全月现场调查基层培训水平不高。是9缺乏管理力度现场调查刘恒瑞8、9月现场调查缺少规章制度、操作规程。否10维护保养不及时现场调查刘恒瑞8-10月现场调查基层队人员紧张，维修班只有2人，专业维护水平较薄弱。否11设备处于室外，受外界环境如风、雨、日晒、冰冻影响现场调查靳立宏7-8月现场调查冬季天气寒冷，造成一些仪表工作不正常，设备风吹日晒锈蚀。否六、制定的措施我们根据确认的要因制定了相应的对策，见如下对策表（表六）：序号要因对策目标措施执行人负责人完成时限1技术资料缺乏通过各种途径积极寻找资料获得较完整的技术资料1、积极向上级主管部门反映情况争取帮助。2、发动集体智慧群策群力，把工作经验总结成资料靳立宏靳立宏08年7至9月2自动控制系统不稳定，电动阀开关不到位；配件质量差联系厂家维修，优选配件减少相变换热器故障停运次数1、联系厂家维修自控部分2、材料员优选配件3、材料员向相关部门反映情况靳立宏魏小燕靳立宏08年8至12月3专业维护力量薄弱加强专业维护力量设备维修人员能熟练、快速处理问题1、加强相关知识的学习2、联系厂家维修时，组织维修人员向专家请教。贺卫国贺卫国08年8至9月4技术培训不到位，操作人员水平欠缺加强培训减少相变换热器故障停运次数1、把相变换热纳入每周二技术培训，进行针对性的培训。2、引导员工自学3、制订和完善考核制度，加大考核力度刘恒瑞刘恒瑞08年9至11月七、措施的实施确定了攻关课题后，我队QC小组针对相变换热装置运行的实际情况，综合制定具体对策，实施如下：针对技术资料缺乏的问题，我队QC小组通过以下途径积极获得较完整的技术资料：一是向注汽工程部及厂机动科反应实际情况，争取技术帮助；二是发动集体智慧群策群力，把相变换热装置运行以来的工作经验总结成资料；三是QC小组组织技术力量尽可能编制操作规程、巡回检查制度等。 ：设备自动控制系统及配件稳定问题是导致相变换热装置故障停运的主要原因。该套相变换热设备所用自动控制系统、相变段及汽包、电动阀、自控阀等附件，使用的全部都是国产配件，存在着质量差、性能不稳定、阀门开关不到位等多种问题。针对上述情况，我们经向上级主管部门汇报后，由上级主管部门联系厂家对换热装置的自动控制部分进行了维修；针对仪表配件差，我QC小组对仪表性能和功用进行了详细的研究，优选配件，找出质量较好的替代产品，以保证相变换热装置控制系统平稳、连续的运行；同时针对配件质量，我队材料员向相关部门反映情况，要求联系多家配件厂商，对机泵配件进行优选，使配件质量大有改观，有效减少了相变换热装置故障停运次数。：复合相变换热技术是一个全新的换热技术。设备构造也科学创新达到国内外先进水平。其首次在注汽锅炉上推广使用，安装、调试、运行参数与其设计时发生了很大的改变。其运用变频引风自整定PID调节器，智能电动执行器等新技术，自动化程度高，调整精细准确，要求有较高的技术水准和操作维修水平。对此情况，我队QC小组组织相关的技术干部及维修人员，加强对相变换热相关知识的研究，对相变换热装置运行中遇到的难题进行钻研攻关，对需要提高的维修保养技术进行学习交流。同时利用厂家来人安装、调试的机会，组织维修人员向专家请教平时遇到的疑难问题。通过向我部维修检测中心的维检修高手们前来维修设备的机会，我们也学到了不少“真经”。通过不断地外引内学，相变换热装置的运行日趋连续平稳，节能优点逐渐显现出来。：操作人员水平较低也是影响相变换热装置连续平稳运行的重要因素。近年来，由于我厂原油产量实现了跨越式增长，注汽任务也随之加大，各注汽队增加了一部分新手，这些新手大多缺乏实际操作经验，而且随着我厂移动锅炉的增加，各注汽队（站）人员流动性增大。加之前段时期新技术技术培训工作滞后，这些因素致使各队锅炉运行工操作水平偏低。针对此局面，我们采取了以下措施：一、把相变换热纳入每周二技术培训，对职工集中进行针对性的培训。二、通过制定奖惩措施，促进员工自学、互帮互学，加强自身的技能；三、制订和完善考核制度，加大考核力度。最终达到提高员工的责任心，提升全队员工设备操作技能的目的。八、效果检查QC小组从二八年七月开展课题活动以来，到二八年十月底，通过PDCA循环过程，收到了良好的效果。相变换热装置故障停运时间由6月份的50多小时降至10月份的2小时，110月累计回收热量折合燃油490吨，创效益月150万元；同时4炉对流段受热面低温腐蚀显著减轻，大大降低了维修成本。但自11月以来，使用了相变换热装置的4炉的除氧器，其给水预热器进出口部位（材质为薄不锈钢板）因热胀及振动等原因频繁撕裂泄露，造成4炉除氧器频繁停运直至现今停运，由于前文所述设计相变换热流程与锅炉除氧器流程串联，受除氧器流程影响，一旦除氧器故障停运，则相变换热亦须停运。如何解决这一问题将是我队QC小组今后的重要任务。相变换热装置故障停运时间统计表月份678910故障停运时间55.532.717.57.32效果对比图九、巩固措施1. 扎实做好基础工作，搞好设备日常的维护保养，转变观念，由设备故障停运时被动抢修变主动做好设备日常维护，延长设备使用周期，为锅炉连续运行创造条件，在多产蒸汽的基础上节能降耗。2. 完善我队注汽锅炉设备技术档案，做到锅炉设备技术档案的管理标准化，设备安全操作、维护、检修规程、安全规定、运行技术规程等资料完整齐备。3. 加强职工的思想教育和技能培训，深化干部职工思想意识，深入开展“三创三争”活动，狠抓职工技术素质的提升，使大家牢固树立自觉