蒸汽热采项目在设计中出现的问题和解决方法

1、摘要摘要 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。 燃料燃料：采用油田伴生气，供气压力0.5MPa

2、。 水源水源：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：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：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

3、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注蒸汽锅炉炉型对比 直流锅炉直流锅炉汽包锅炉汽包锅炉 适用于任何压力使用压力范围低于直流（812Mpa小吨小吨 位炉国内外极少见位炉国内外极少见） 重量轻，金属耗量小金属耗量较直流多10%15%，(仅单个汽仅单个汽 包直径达包直径达0.8mx6m，壁厚，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

4、 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

5、价高昂，操作、维护也较麻烦。 优化设计优化设计：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。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。 离心泵离心泵为防止为防止气蚀和气蚀和过热过热，需泵保护系统即最小流量控制，需泵保护系统即最小流量控制，主要有以下四种形式：主要有以下四种形式： * 设置手动旁路阀设置手动旁路阀 误差较大，

6、一般不常使用或不单独使用。 * 设置旁路和限流孔板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

7、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

8、0.5Mpa，锅炉供货范围应包括燃气调压、计量、燃气调压、计量、 安全阀、吹扫、发散及安全阀、吹扫、发散及燃气检漏等燃气检漏等装置装置。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

9、，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。 ASMEASME钢印钢印 密封材料耐温耐压图表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。 阀门压力等级根据阀门压力等级根据ASME16.5

10、 ASME16.5 标准钢制标准钢制 阀门压力阀门压力- -温度等级表选用温度等级表选用1500#1500#等级等级，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。 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

11、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-5082 U-18121 L-4682 V2121 P-2982 X-18176（热采） R449 Y-18343 （热采） S-1866 Z Z-18-18380 380 （热采）（热采） T-1882 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：现有的采油树作为注蒸汽井应考虑得问题： 耐压：耐压：不成问题,工作压力一般为2135Mpa, 耐温：耐温：一般不超过120, 蒸汽温度325。 对业主的建议对业主的建议：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3000PS