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摘 要：联合站是油田的耗能大户，各生产环节均需要消耗大量天然气以提高系统温度、保证脱水效果。利用新式换热器替代老式火筒式水套加热炉，可节约大量天然气并将“落地油”变废为宝，既实现了联合站系统的节能降耗，又提高了油田的整体经济效益。
关键词：火筒式水套加热炉 蒸汽锅炉 管壳式换热器
油田是由油井、水井、计量间、配水间、转油站、联合站组成的一个油、气、水处理的综合系统，而联合站是该系统中最重要的组成部分，如何使集输系统保持较低的能耗和运行成本，实现联合站系统的节能降耗，提高油田的整体经济效益就成为各油田的当务之急。
一、火筒式水套加热炉应用现状及缺点
（一）火筒式水套加热炉应用现状
水套加热炉是为满足油田特殊需要而设计的一种专用加热设备，主要用于油气集输系统过程中，将原油天然气加热到工艺要求的温度，以便进行输送、沉降、分离、脱水和初加工。水套炉在油气集输输气系统中应用广泛，具有品种多、配置多样，结构紧凑、功能齐全、适用范围广等特点，是理想的加热设备。
（二）火筒式水套加热炉结构
水套炉是以水作为传热介质的间接加热设备，如下图。水套炉主要由火管、烟管和受热盘管构成。这种加热炉壳体内的介质是清水，盘管内的介质通常是含水较少的原油。
（三）火筒式水套加热炉工作原理
水套炉的加热原理是天然气燃烧器喷出的高温火焰直接加热烟火管，高温烟气向后流动，经烟气出口管进入烟箱，然后经烟囱排入大气。但烟火管和烟气出口管附近的水受热后因密度减小而上升，与气盘管接触传热后温度下降，又因密度增加而下沉，又被加热后又上升，如此不断循环，以加热盘管内的介质，达到提高介质温度的目的，通常盘管内的介质压力较高，以便外输。
（四）火筒式水套加热炉缺点
1、火管烧损
加热炉所用燃料为油田伴生气，采用燃气燃烧器。由于气压变化大和燃烧器离炉头盖板距离近经常出现因为火焰短粗或偏烧导致炉头盖板被烧红甚至变形的现象，燃烧器在自身重力作用下下坠使盖板下塌变形，火焰上偏，将盖板上部烧软，反过来又加剧了盖板的变形。严重的会引起炉头烧塌、炉体开焊、介质外溢的重大事故。
2、烟道腐蚀
内腐蚀，水套炉盘管内介质通常含硫和磷等杂质，与水形成酸性物质造成对金属的腐蚀，多表现为大面积均匀腐蚀和点蚀。外腐蚀，冬季由于排烟温度低，烟囱产生的露水无法及时从烟箱排出，露水与天然气燃烧产物中的氮氧化物、硫化物等共同作用形成酸性溶液对烟箱、烟箱侧封头、烟囱都构成腐蚀作用，容易造成加热炉烟箱侧封头产生露点腐蚀，烟箱和封头连接处壁厚减薄，甚至穿孔。
3、液位计易冻坏
冬季运行时，加热炉液位计容易被冻坏，实际生产中发现，在东北地区即使更换了防冻液位计，也很难避免液位计被冻坏的情况，采取通常需要看液位时连通液位计，看完液位后再将液位计中水放净的方法保护液位计，给加热炉的冬季运行带来极大不便。
4、热效率低
水套炉所消耗的热能中，仅有一部分热能被有效地利用，另一部分热能则被排放到大气中，被白白的浪费掉。
二、燃油蒸汽锅炉
油田生产中不可避免的产生许多“落地油”，主要来源有：因油管线穿孔泄露回收的原油、污水罐（污水池）回收的浮油、储油罐底部老化油等，这些“落地油”往往被低价处理或直接燃烧掉，造成资源浪费和环境污染。
三、管壳式换热器
管壳式换热器（shell and tube heat exchanger）又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。
（一）管壳式换热器结构
由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。
（二）管壳式换热器工作原理
管壳式换热器由许多管子组成管束，管束构成换热器的传热面，此类换热器又称为列管式换热器。换热器的管子固定在管板上，而管板又与外壳连接在一起。为了增加流体在管外空间的流速，以提高换热壳程的表面传热系数，改善换热器的传热情况，在筒体内间隔安装了许多折流挡板。换热器的壳体和两侧管箱上（对偶数管程，则在一侧）开有流体的进出口。在换热器中，一种流体从一侧管箱（称为前管箱）流进管道里，经另一侧管箱（称为后管箱）流出（对奇数单管程换热器），或绕过管箱，流回进口测前管箱流出（对偶数单管程换热器），这条路径称为管程，管内流体从一侧流到另一侧称为一个管程。另一种流体从筒体上的连接管进出换热器壳体，流经管束外，这条路径称为壳程。
（三）管壳式换热器优点
管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强、处理量大、工作可靠。且能适应高温高压。同时，管壳式换热器不像水套炉那样，由排入大气的烟气带走大量热能，所以换热效率更高，一般能达到85%以上。
四、结束语
利用油田生产过程中产生的“落地油”直接或间接作为蒸汽锅炉的燃料，提供300℃以上的高温过热蒸汽，利用管壳式换热器将过热蒸汽的热量换给需加热的介质，以此来取代水套炉消耗天然气获取热能为介质换热的传统方式，既解决了“落地油”处理的难题，又节约了大量天然气，具有很好的推广前景。
关键词：火筒式水套加热炉 蒸汽锅炉 管壳式换热器
油田是由油井、水井、计量间、配水间、转油站、联合站组成的一个油、气、水处理的综合系统，而联合站是该系统中最重要的组成部分，如何使集输系统保持较低的能耗和运行成本，实现联合站系统的节能降耗，提高油田的整体经济效益就成为各油田的当务之急。
一、火筒式水套加热炉应用现状及缺点
（一）火筒式水套加热炉应用现状
水套加热炉是为满足油田特殊需要而设计的一种专用加热设备，主要用于油气集输系统过程中，将原油天然气加热到工艺要求的温度，以便进行输送、沉降、分离、脱水和初加工。水套炉在油气集输输气系统中应用广泛，具有品种多、配置多样，结构紧凑、功能齐全、适用范围广等特点，是理想的加热设备。
（二）火筒式水套加热炉结构
水套炉是以水作为传热介质的间接加热设备，如下图。水套炉主要由火管、烟管和受热盘管构成。这种加热炉壳体内的介质是清水，盘管内的介质通常是含水较少的原油。
（三）火筒式水套加热炉工作原理
水套炉的加热原理是天然气燃烧器喷出的高温火焰直接加热烟火管，高温烟气向后流动，经烟气出口管进入烟箱，然后经烟囱排入大气。但烟火管和烟气出口管附近的水受热后因密度减小而上升，与气盘管接触传热后温度下降，又因密度增加而下沉，又被加热后又上升，如此不断循环，以加热盘管内的介质，达到提高介质温度的目的，通常盘管内的介质压力较高，以便外输。
（四）火筒式水套加热炉缺点
1、火管烧损
加热炉所用燃料为油田伴生气，采用燃气燃烧器。由于气压变化大和燃烧器离炉头盖板距离近经常出现因为火焰短粗或偏烧导致炉头盖板被烧红甚至变形的现象，燃烧器在自身重力作用下下坠使盖板下塌变形，火焰上偏，将盖板上部烧软，反过来又加剧了盖板的变形。严重的会引起炉头烧塌、炉体开焊、介质外溢的重大事故。
2、烟道腐蚀
内腐蚀，水套炉盘管内介质通常含硫和磷等杂质，与水形成酸性物质造成对金属的腐蚀，多表现为大面积均匀腐蚀和点蚀。外腐蚀，冬季由于排烟温度低，烟囱产生的露水无法及时从烟箱排出，露水与天然气燃烧产物中的氮氧化物、硫化物等共同作用形成酸性溶液对烟箱、烟箱侧封头、烟囱都构成腐蚀作用，容易造成加热炉烟箱侧封头产生露点腐蚀，烟箱和封头连接处壁厚减薄，甚至穿孔。
3、液位计易冻坏
冬季运行时，加热炉液位计容易被冻坏，实际生产中发现，在东北地区即使更换了防冻液位计，也很难避免液位计被冻坏的情况，采取通常需要看液位时连通液位计，看完液位后再将液位计中水放净的方法保护液位计，给加热炉的冬季运行带来极大不便。
4、热效率低
水套炉所消耗的热能中，仅有一部分热能被有效地利用，另一部分热能则被排放到大气中，被白白的浪费掉。
二、燃油蒸汽锅炉
油田生产中不可避免的产生许多“落地油”，主要来源有：因油管线穿孔泄露回收的原油、污水罐（污水池）回收的浮油、储油罐底部老化油等，这些“落地油”往往被低价处理或直接燃烧掉，造成资源浪费和环境污染。
三、管壳式换热器
管壳式换热器（shell and tube heat exchanger）又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。
（一）管壳式换热器结构
由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。
（二）管壳式换热器工作原理
管壳式换热器由许多管子组成管束，管束构成换热器的传热面，此类换热器又称为列管式换热器。换热器的管子固定在管板上，而管板又与外壳连接在一起。为了增加流体在管外空间的流速，以提高换热壳程的表面传热系数，改善换热器的传热情况，在筒体内间隔安装了许多折流挡板。换热器的壳体和两侧管箱上（对偶数管程，则在一侧）开有流体的进出口。在换热器中，一种流体从一侧管箱（称为前管箱）流进管道里，经另一侧管箱（称为后管箱）流出（对奇数单管程换热器），或绕过管箱，流回进口测前管箱流出（对偶数单管程换热器），这条路径称为管程，管内流体从一侧流到另一侧称为一个管程。另一种流体从筒体上的连接管进出换热器壳体，流经管束外，这条路径称为壳程。
（三）管壳式换热器优点
管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强、处理量大、工作可靠。且能适应高温高压。同时，管壳式换热器不像水套炉那样，由排入大气的烟气带走大量热能，所以换热效率更高，一般能达到85%以上。
四、结束语
利用油田生产过程中产生的“落地油”直接或间接作为蒸汽锅炉的燃料，提供300℃以上的高温过热蒸汽，利用管壳式换热器将过热蒸汽的热量换给需加热的介质，以此来取代水套炉消耗天然气获取热能为介质换热的传统方式，既解决了“落地油”处理的难题，又节约了大量天然气，具有很好的推广前景。