浅析加热炉换热盘管结垢的判断

　　摘要：加热炉运行时，会出现出口温度低的问题，造成外输温度不达标，外输量下降。根据加热炉的运行状态进行分析，判断出外输温度不达标的主要原因是换热盘管内部结垢。通过验证，实施处理，外输温度达到生产要求。于是总结出判断换热盘管结垢的条件，使其应用在加热炉运行管理中。

　　关键词：加热炉;换热盘管;结垢的判断

　　一、前言

　　油田生产中加热炉的作用是将燃料燃烧产生的热量传递给被加热介质使其温度升高达到生产要求。本转油站加热炉出口温度称为外输温度，目前外输温度一直偏低，达不到生产要求，造成管线输送阻力高，输送量低。根据加热炉运行状态和一些现状进行分析、排查，判断出外输温度不达标的主要原因是换热盘管内部结垢，导致热传导降低，换热效果低。现场验证后，实施酸洗处理，问题得到解决并总结出判断换热盘管结垢的条件，这些条件可应用于日后的加热炉运行管理中。

　　二、生产现状及问题

　　京九站是转油站，将油井采出液收集后，由外输泵增压后输入到加热炉进行升温，让温度达到生产要求，再送往下一级站。本站的加热炉是真空加热炉，2001年8月生产，型号ZS0630-Y/4.0-Q，是间接加热炉。加热炉出口温度是外输温度，外输温度的高低主要由加热炉的换热效果决定，换热效果好，外输温度高，反之外输温度低。在实际生产中，加热炉会出现各种问题，每一个问题都能造成加热炉出口温度低，造成外输温度低，达不到生产要求。2019年至2020年加热炉出口温度低，造成外输温度在45～52℃之间，达不到55～65℃(±5)生产要求，外输温度不合格。

　　连续的低温输送出现外输泵压力从1.8Mpa升高到2.2Mpa，输送量由11m3/h降到了7m3/h，造成管线输送阻力增高，输送量下降。根据传热学知识，对于埋地管线，当管线内的原油温度下降到安全运行值时，温度场温度降低，开始吸收管线内的原油温度，当原油温度降至凝固点温度及以下时，原油停止流动凝固在管线内，形成凝管。凝管会造成外输系统停运，油井停产，形成巨大的经济损失。因此达到外输温度要求是集输系统的标准，目前本转油站的外输温度达不到外输要求是需要解决的生产问题，问题的解决需要从加热炉的各方面去摸索与分析，从中找到原因并进行处理。

　　三、加热炉外输温度低的内、外部因素分析

　　1.加热炉外部因素分析。

　　(1)进口温度是否达标。加热炉进口温度的高低对加热炉的温升有一定的关系，在加热炉燃料用量、外输排量不变的条件下，加热炉的进口温度越高，出口温度就越高，反之就越低。从中知道真空加热炉进口温度油盘管是30℃，出口温度油盘管是70℃，本站加热炉的进口液体温度是27～30℃，基本符合加热炉进口温度要求。当前本站的加热炉在进口输入量由7m3/h提高到9m3/h时，原油外输温度是45～50℃，达不到外输温度55～65℃(±5)的要求。为了满足外输温度要求，从提高加热炉进口温度入手，2019年底，在加热炉上一级流程中的事故罐内增加了一组伴热盘管，提高了加热炉的进口温度，温度保持在30～33℃，此时出口温度是48～53℃，外输温度仍然达不到生产要求。

　　(2)真空阀的维护。本转油站加热炉使用年限长久，配件不断老化，2018年11月发现具有安全泄压作用的真空阀密封胶碗老化出现裂纹，在水域温度(锅筒温度)高达95℃时，热蒸汽从密封碗的裂纹处泄出，造成加热炉锅筒不密封，内部不承压，而真空阀工作压力-0.03～0.01Mpa，开启压力+0.02Mpa，不能形成真空度。2019年底，对真空阀进行更换，在工作压力内密封性达到工艺要求。但是在水域(锅筒)温度达到115℃时，真空阀开启，水蒸气从真空阀排气管成雾状喷出;水域温度降到100℃以下时，真空阀关闭排气管不再排汽。这说明真空阀修复后，真空阀完全能达到真空度密封要求。

　　(3)燃气量是否满足加热炉燃烧需要。外输加热炉采用的是全自动燃烧器，只需要对水域温度、出口温度目标值进行设定，加热炉就会按照设定温度值，自动增减燃气量进行燃烧放出热量。当加热炉进口温度不变，水域温度达到115℃，进口液量为8m3/h时，出口温度最高只能达到49～52℃，燃气用量在8.5～9.3m3/h变化。为了提高外输温度，将燃气用量调到了12m3/h，但外输温度没有变化，真空阀出现超温、超压开启，大量的水蒸气不断外泄，造成加热炉液位计指示下降至安全指示的下限，锅筒内水量不断减少，危及加热炉的安全运行。燃气用量的增加能让水域内的液体沸腾，这说明燃气量完全满足加热炉燃烧的需要。

　　(4)外输量是否符合加热炉运行要求。由加热炉传热学知道，在加热炉进液量增加时，加热炉的出口温度就会下降，水域温度也会下降，为了保持出口温度达到要求，加热炉就要增加燃料量，来提高水域温度，达到加热炉的换热要求。真空加热炉的额定流量是14.6m3/h，而外输泵的最大排量可达到11m3/h，符合加热炉运行参数。在用气量、水域温度不变的条件下，外输量为7m3/h，加热炉的出口温度能达到50～53℃。当外输量高于9m3/h时，燃烧器用气量达到9.5～9.8m3/h，水域温度保持在110℃不变，出口温度开始下降，然而真空阀不断开启，进行排汽泄压。这说明增加的外输量在加热炉正常运行范围内，没有降低水域温度，加热炉的锅筒内仍然超温、超压，盘管换热效果不好。

　　(5)外部因素总结。正常情况下，真空加热炉水域温度在90～98℃之间形成真空度，内部水达到沸腾，满足水域温度要求，符合真空加热炉换热要求。然而表2中总用气量增加不多，为1.5m3/h，水域温度保持在120℃，进口液量的增加，并没有带走水域内的热量，水域内的水始终处于沸腾状态，水域内部压力升高超过规定值，真空阀阀芯被顶开，大量的水蒸气从排气管喷出，而出口温度没有提高反而下降，这说明水域内热量没有传导给被加热的介质，水域始终处于超高温状态。是什么原因造成水域内的热量没有传导给被加热的液体，这就需要再进一步的分析。

　　2.加热炉内部因素分析。

　　(1)加热炉内部结构。京九转油站使用的是真空相变加热炉，间接加热设备。由真空相变加热炉的工作原理知，水域(锅筒)内传热介质水被加热炉加热后，由液相变为汽相，汽相的高温蒸汽热量传导给油盘管内的被加热介质后，再冷凝变回液相，液相沉降回水域内部，再次被加热，这种循环的转换过程就是给介质加热的过程。这种热循环构成了一个高效率的加热系统。

　　由加热炉的内部结构知道，油盘管被高温蒸汽空间(水域区)包围，周围的热量被油盘管内的介质吸收，从而提高被加热介质温度，即水域温度越高，出口温度就越高，反之就越低。当大量的液体进入油盘管后，燃料用量增加，加热炉的换热效能却不高，出口温度在40～46℃，出口温度只达到油盘管温度的57%，部分热量没有被交换，而真空阀因高温、高压开启，进行排汽泄压。这种高效率的加热系统却没有达到正常的换热要求。

　　(2)加热炉进口液体特性。京九转油站输送的液体为油包水形混合液，液体为黏稠液，里面含有泥砂和油井检修时进入的其他杂质。油水混合液中含有大量的钙、镁离子，它们随着加热炉温度和压力的变化析出形成CaCO3固体，固体析出后又与加热炉油盘管内液体中的泥砂及杂质混合在一起变成垢物，最后沉积在加热炉油盘管的内壁，形成结垢。随着时间的延长，垢物越来越多，越来越厚，增加了油盘管的壁厚，同时也缩小盘管的内径。垢是热的不良导体，大量的垢物会阻碍热量的传导，造成加热炉换热效能低，出口温度低。当前加热炉的油盘管是铁材质，传热性能较好，如果热量不能通过盘管被正常传导，这足以说明油盘管内壁结垢了。

　　(3)检查验证。为了验证结垢现象，对加热炉油盘管进行开口检查。2014年1月外输管线酸洗，出现过油盘管因酸液进入，结垢物被酸洗掉后油盘管出现了大量的腐蚀漏点，造成了盘管更换。

　　从上一次的外输管线酸洗到2020年11月，油盘管运行了6年，并出现了外输量有所下降，外输压力也上升的现象，这说明加热炉的油盘管可能再次形成垢层。2020年12月26日对加热炉油盘管的出口进行开口检查，发现管线内壁有8～10mm的垢层，垢物质地有的坚硬，有的松散。加热炉油盘管的开口检查，证实了换热盘管(油盘管)内部的结垢。厚厚的垢层阻止了水域内热量的传导，最终造成了加热炉油盘管换热效能低，出口温度不能提高，达不外输温度要求。

　　四、实施措施

　　加热炉油盘管结垢，造成了盘管换热低，外输温度低，外输量下降，最好的处理措施就是对垢层进行酸洗。酸洗前对加热炉进行垢物取样，根据结垢物的类型，配制酸洗液，制定酸洗方案。将酸洗液从油盘管进口注入，停留到规定时间，之后进行取样，将取出的酸洗液与注入的酸洗液进行对比，酸洗出来的酸液中杂质多，有颗粒垢物，酸洗液颜色为黑色。或再次从出口开口检查酸洗后油盘管内壁，也可以从出口管线法兰的连接处拆开检查酸洗效果，酸洗后的管壁基本无垢层，这说明酸洗合格。酸洗物排出后进行水冲洗，最后注入缓蚀剂中和酸液对加热炉油盘管进行保护。此次对加热炉的酸洗有效地处理了加热炉油盘管的结垢物，使加热炉的换热效果达到了要求。

　　五、处理效果

　　1.效果对比。加热炉油盘管进行酸洗后，在进口温度为28～30℃，输入液量在8～10m3/h，燃料用量在6.5～8m3/h时，水域温度始终保持在95℃以下，加热炉内部不再超温、超压，真空阀不再开启，排汽，加热炉的出口温度保持在53～68℃，达到了额定出口温度的75%以上，外输温度根据生产情况完全满足55～65℃(±5)生产要求,外输泵的最高外输压力降到了2.0Mpa，外输量达到10～11m3/h。没有大量的水蒸气外排，加热炉的液位始终处于安全液位，从而保证了加热炉的安全运行。分析出加热炉换热盘管结垢并进行处理，不用对加热炉进行整体更换，减少了巨大的更换设备的经济成本。

　　2.分析总结：加热炉换热盘管(油盘管)垢层的酸洗解决了外输温度低的问题，但正确判断出加热炉换热盘管结垢才是关键点。本文从不同的几个方面对加热炉出口温度低的原因进行分析，查找主要原因，分析出问题根源，并进行总结，将总结结果应用在加热炉今后的运行管理中。于是根据加热炉换热盘管结垢后在运行中出现的现象，总结出了准确判断加热炉换热盘管结垢的几个条件，内容如下。

　　(1)在加热炉进口温度不变，加热炉进液量不变，燃料用量不变的情况下，出口温度长期低于额定温度的50%以下，锅筒内(水域区)的温度始终超过100℃以上，处于超温、超压状态，真空阀有时候开启，排汽呈现滴漏状。

　　(2)在加热炉进口温度不变，燃料用量变化不大的情况下，增加加热炉进液量，出口温度快速下降，锅筒内(水域区)的温度始终超过100℃，真空阀间断微量开启，排气管呈薄雾排状排汽;减少加热炉进液量时，出口温度升高，真空阀关闭。(3)在加热炉进口温度不变，加热炉进液量不变，增加燃料用量的情况下，锅筒内(水域区)的温度始终超过100℃以上，真空阀排气管大量排汽成柱状喷出，加热炉位液计指示下降，锅筒内水量大量减少。

　　(4)收集2～3个年度内的出口温度、锅筒温度(水域区)、燃料用量等数据与现在的加热炉运行状态进行对比分析，出口温度一直处于下降趋势。以上几条就是总结的判断加热炉盘管结垢的条件。判断加热炉盘管内部结垢，首先要保证加热炉的外部因素正常，然后根据加热炉出现的现象，采用上述内容中的2至3条作为判断标准，就能准确判断出加热炉换热盘管内部是否结垢，之后对结垢进行处理，就能使加热炉换热效果达标，满足生产要求。

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　　六、结语

　　加热炉外输温度低的问题通过排查分析并处理，让我们知道，加热炉在运行中会出现不同的问题，每个问题都会影响加热炉的正常运行，不能满足生产的需求。准确判断加热炉问题出现的原因，并进行处理，是加热炉运行管理的工作重点。并且在日常工作中也要做好加热炉运行的管理，要根据被加热介质的不同特性，制定不同的运行方案，让被加热介质在合理的温度及压力下升温，达到换热效果，满足生产工艺要求，延长加热炉的使用时效，保证加热炉的安全运行。

　　参考文献：

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　　作者：黄素梅方群王建纯

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