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摘要：稠油开采不断出现了新技术、新设备，使得稠油产量和采收率不断提高。油田注汽锅炉是稠油开采中的关键设备，保证油田注汽锅炉的运行可靠性对保证稠油的产量至关重要。本文介绍了油田注汽锅炉的系统组成及特点，根据锅炉系统的结构和功能的层次分解模型，采用故障树分析法，建立注汽锅炉系统故障树和水处理系统的故障树，着重分析了水处理系统故障，为锅炉系统的故障诊断奠定了基础。
关键字：油田注汽锅炉 可靠性 故障
中图分类号：TE34
一、 油田注汽锅炉的系统组成及特点
1.油田注汽锅炉的系统组成
油田注汽锅炉属于直流锅炉，直流锅炉对操作运行有很大的灵活性，对负荷变化反应迅速，所以对通过炉管的水流量、燃料喷射速度和空气流量进行精确控制是非常重要的。油田注汽锅炉主要是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。
锅炉主要有汽水系统、燃烧系统、控制系统、烟风系统、供气系统和取样系统等组成。
锅炉本体分为三大段（辐射段、对流段、过渡段）、三大辅机（燃烧器、空压机、给水泵）、若干小器（水换热器、汽水分离器、蒸汽过滤器、取样装置等）。
2.油田注汽锅炉的特点
油田注汽锅炉包括以下五个特点：第一，不存在汽包，不需要长时间烘炉属强制流动，蒸发受热面布置较随意；第二，进入锅炉的水全部转换成为湿蒸汽输出；第三，工作的压力高，启停速度快；第四，对水质的要求比较严格；第五，对自动控制系统要求比较高。
二.故障树分析法
1. 故障分析法的定义
故障树分析法（Fault Tree Analysis）是1961年美国贝尔电话研究所的H.A.Watson首先提出的，用于对“民兵”导弹的发射控制系统的可靠性分析。后来，波音飞机公司进一步将其用于飞机的可靠性和安全性分析。随后，故障树分析的理论和应用发展得很快，并作为系统可靠性和安全性分析的有效方法不仅在许多工业领域得到推广，而且也应用于社会经济管理问题。
2. 故障树建树的基本步骤
先分析系统各个组件的功能、结构、原理、故障状态、故障因素及其影响等，并作深刻透彻的了解，确定一个不希望的顶事件，由此开始，逐级找出各级事件的全部可能的直接原因，并用故障树的符号表示各类事件及逻辑关系，直至分析到各类底事件为止。一般按如下步骤进行建树：
2.1熟悉系统
在对一个系统进行故障树分析之前，建树者首先应对系统的功能、结构、原理、故障状态、故障因素及其影响等作深刻透彻的了解，收集有关系统的技术资料，这是建树的基础工作。
2.2确定顶事件
顶事件可以根据我们的研究对象来选取，通常顶事件是指系统不希望发生的故障事件。为了能够进行分析，顶事件必须有明确的定义，能够定量评定，而且能进一步分解出它发生的原因。一个系统可能有多个不希望发生的事件。因此，可以建立几棵故障树，但一棵故障树只能从一个不希望事件开始分析，这就要选择与设计、分析目的最相关的事件作为建树的
起始事件，即顶事件。
三.水处理系统故障树及水质处理
1.水处理系统故障树的建立
水处理系统故障树见图1和图2：
2. 水的除硬、除氧处理
2.1水的除硬处理
水的硬度是指溶解于水中能够形成水垢的物质—钙、镁盐类的含量。除硬就是通过使用离子交换剂（NaR）去除水中的钙镁等离子。如果除硬不当会使水中的杂质不断析出，使炉内壁结垢，热传递不良，导致传热面局部过热而损坏。
水质除硬的原理是：Ca（HCO3）2+2NaR=CaR2+2NaHCO3
金属表面和其周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象称为腐蚀。在炉水内、由于存在有氧气和二氧化碳而产生的气体腐蚀是一种化学腐蚀，其化学反应如下：
Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2
2H2+O2=2H2O
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3↓
三价铁的氢氧化物Fe（OH）3可使金属腐蚀。当水中同时存在二氧化碳时，会与水中的二价氢氧化物反应并生成重碳酸铁，即
Fe（OH）2+2CO2=Fe（HCO3）2
重碳酸铁与水中的氧继续反应，又形成三价的氢氧化物沉淀，即
4Fe（HCO3）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8CO2
上式中游离出来的又会重新与化合，使腐蚀继续进行，直至水中的氧气消耗完毕。为了保证锅炉安全运行，必须进行除氧。
2. 2水的除氧处理
2.2.1热力除氧
热力除氧采用热力除氧器使氧气从水中析出。注气锅爐一般采用淋水盘式除氧器，待除氧的水有除氧头上部的进水管引入，经水喷头喷成雾状，层层下淋。加热蒸汽从除氧头下部进入，通过蒸汽分配器向上流动。两者对流换热的结果使得待除氧水沸腾，水中溶解氧从水中脱离
出来，从除氧头的排气阀排出。
2.2.2化学除氧
常用的化学除氧有铜屑除氧和药剂除氧两种方式。
2.2.2.1铜屑除氧
铜屑除氧是使水经过铜屑过滤器（铜屑被氧化）而将水中的溶解氧除去的除氧方法。其化学反应式为：3Fe+2O2=Fe3O4
在一般情况下，铜屑除氧器可使水中含氧量降为0.1—0.2ppm。
2.2.2.2药剂除氧
药剂除氧是通过向水中加入药品，使其水中溶解的氧化和生成无腐蚀性物质来达到给水除氧的目的。其化学反应式为：2Na2SO3+O2=2NaSO4。
结束语
油田注汽锅炉的安全运行离不开质量合格的水，必须保证水处理系统的正常运行是至关重要的。引起锅炉故障的原因是多方面的，有本体故障也有辅助设备故障，有的设备是产生故障的关键部件，有的设备影响程度则较小，在实际工作中需要综合考虑各个原因，因为每个原因对故障的影响程度都不尽相同。
参考文献：
[1]魏选平.故障树分析方法及其应用[J].计算机科学与技术，2004（3）：43—45
关键字：油田注汽锅炉 可靠性 故障
中图分类号：TE34
一、 油田注汽锅炉的系统组成及特点
1.油田注汽锅炉的系统组成
油田注汽锅炉属于直流锅炉，直流锅炉对操作运行有很大的灵活性，对负荷变化反应迅速，所以对通过炉管的水流量、燃料喷射速度和空气流量进行精确控制是非常重要的。油田注汽锅炉主要是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。
锅炉主要有汽水系统、燃烧系统、控制系统、烟风系统、供气系统和取样系统等组成。
锅炉本体分为三大段（辐射段、对流段、过渡段）、三大辅机（燃烧器、空压机、给水泵）、若干小器（水换热器、汽水分离器、蒸汽过滤器、取样装置等）。
2.油田注汽锅炉的特点
油田注汽锅炉包括以下五个特点：第一，不存在汽包，不需要长时间烘炉属强制流动，蒸发受热面布置较随意；第二，进入锅炉的水全部转换成为湿蒸汽输出；第三，工作的压力高，启停速度快；第四，对水质的要求比较严格；第五，对自动控制系统要求比较高。
二.故障树分析法
1. 故障分析法的定义
故障树分析法（Fault Tree Analysis）是1961年美国贝尔电话研究所的H.A.Watson首先提出的，用于对“民兵”导弹的发射控制系统的可靠性分析。后来，波音飞机公司进一步将其用于飞机的可靠性和安全性分析。随后，故障树分析的理论和应用发展得很快，并作为系统可靠性和安全性分析的有效方法不仅在许多工业领域得到推广，而且也应用于社会经济管理问题。
2. 故障树建树的基本步骤
先分析系统各个组件的功能、结构、原理、故障状态、故障因素及其影响等，并作深刻透彻的了解，确定一个不希望的顶事件，由此开始，逐级找出各级事件的全部可能的直接原因，并用故障树的符号表示各类事件及逻辑关系，直至分析到各类底事件为止。一般按如下步骤进行建树：
2.1熟悉系统
在对一个系统进行故障树分析之前，建树者首先应对系统的功能、结构、原理、故障状态、故障因素及其影响等作深刻透彻的了解，收集有关系统的技术资料，这是建树的基础工作。
2.2确定顶事件
顶事件可以根据我们的研究对象来选取，通常顶事件是指系统不希望发生的故障事件。为了能够进行分析，顶事件必须有明确的定义，能够定量评定，而且能进一步分解出它发生的原因。一个系统可能有多个不希望发生的事件。因此，可以建立几棵故障树，但一棵故障树只能从一个不希望事件开始分析，这就要选择与设计、分析目的最相关的事件作为建树的
起始事件，即顶事件。
三.水处理系统故障树及水质处理
1.水处理系统故障树的建立
水处理系统故障树见图1和图2：
2. 水的除硬、除氧处理
2.1水的除硬处理
水的硬度是指溶解于水中能够形成水垢的物质—钙、镁盐类的含量。除硬就是通过使用离子交换剂（NaR）去除水中的钙镁等离子。如果除硬不当会使水中的杂质不断析出，使炉内壁结垢，热传递不良，导致传热面局部过热而损坏。
水质除硬的原理是：Ca（HCO3）2+2NaR=CaR2+2NaHCO3
金属表面和其周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象称为腐蚀。在炉水内、由于存在有氧气和二氧化碳而产生的气体腐蚀是一种化学腐蚀，其化学反应如下：
Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2
2H2+O2=2H2O
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3↓
三价铁的氢氧化物Fe（OH）3可使金属腐蚀。当水中同时存在二氧化碳时，会与水中的二价氢氧化物反应并生成重碳酸铁，即
Fe（OH）2+2CO2=Fe（HCO3）2
重碳酸铁与水中的氧继续反应，又形成三价的氢氧化物沉淀，即
4Fe（HCO3）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8CO2
上式中游离出来的又会重新与化合，使腐蚀继续进行，直至水中的氧气消耗完毕。为了保证锅炉安全运行，必须进行除氧。
2. 2水的除氧处理
2.2.1热力除氧
热力除氧采用热力除氧器使氧气从水中析出。注气锅爐一般采用淋水盘式除氧器，待除氧的水有除氧头上部的进水管引入，经水喷头喷成雾状，层层下淋。加热蒸汽从除氧头下部进入，通过蒸汽分配器向上流动。两者对流换热的结果使得待除氧水沸腾，水中溶解氧从水中脱离
出来，从除氧头的排气阀排出。
2.2.2化学除氧
常用的化学除氧有铜屑除氧和药剂除氧两种方式。
2.2.2.1铜屑除氧
铜屑除氧是使水经过铜屑过滤器（铜屑被氧化）而将水中的溶解氧除去的除氧方法。其化学反应式为：3Fe+2O2=Fe3O4
在一般情况下，铜屑除氧器可使水中含氧量降为0.1—0.2ppm。
2.2.2.2药剂除氧
药剂除氧是通过向水中加入药品，使其水中溶解的氧化和生成无腐蚀性物质来达到给水除氧的目的。其化学反应式为：2Na2SO3+O2=2NaSO4。
结束语
油田注汽锅炉的安全运行离不开质量合格的水，必须保证水处理系统的正常运行是至关重要的。引起锅炉故障的原因是多方面的，有本体故障也有辅助设备故障，有的设备是产生故障的关键部件，有的设备影响程度则较小，在实际工作中需要综合考虑各个原因，因为每个原因对故障的影响程度都不尽相同。
参考文献：
[1]魏选平.故障树分析方法及其应用[J].计算机科学与技术，2004（3）：43—45