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摘 要：油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，在稠油的开发中，注汽锅炉常年连续运转，并且注汽锅炉的运营数量也有加大的趋势，因此，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文分析了油田注汽锅炉的基本原理，并提出了关于油田注汽锅炉节能的一些措施，希望能引起大家的关注。
关键词：注汽锅炉 节能 原理
注汽锅炉又称为湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，在稠油的开发中，注汽锅炉常年连续运转，并且注汽锅炉的运营数量也有加大的趋势，因此，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文分析了油田注汽锅炉的基本原理，并提出了关于油田注汽锅炉节能的一些措施，希望能引起大家的关注。
一、油燃烧注汽锅炉原理及应用
重力泄油的理论最初的概念是基于注水采盐的原理，即注入的淡水将盐层中的固体盐溶解，浓度大的盐溶液由于其密度大而向下流动，而密度小的水溶液浮在上面，这样可以通过不断地在盐层的上部注水，而盐层的下部源源不断地将高浓度的盐溶液采出。高浓度的盐溶液向下流动的动力就是水与含盐溶液的密度差，将这一原理用于注汽热采过程中就产生了重力泄油概念。蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理是：在水平生产井的上部连续注入大量的高干度蒸汽，使得地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔的边缘加温原油，同时蒸汽冷凝成水，与原油依靠重力流入水平生产井，并被大排量采出。蒸汽腔不断缓慢扩展，并不断加温原油，从而形成连续的生产过程，直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制边界。根据SAGD工艺原理，可以归纳出蒸汽辅助重力泄油方式有以下两个主要特征：
1.由于是依靠蒸汽腔扩展加温原油，所以蒸汽中的饱和水不仅对生产毫无帮助，反而增加占据地层孔隙体积分量，使原油产量降低。故要求注入蒸汽干度越高越好，一般要求注汽站出口干度大于95%，井口干度大于90%，井底干度大于70%。
2.由于是依靠重力泄油，所以水平生产井的生产压差为水平井上部可流动液体的液面高度。一般保持在为5～15m。
据有关报道和国外考察，目前采用SAGD开采方式生产稠油和超稠油的以加拿大最为成熟。
根据SAGD的工艺原理，和油藏工程研究结果，其工艺设计的总体要求为：在直井连续（多井同时）注入高干度（大于95%）蒸汽，水平井大排量（300～350t/d）采出高温（200℃）含水（70～90%）原油。根据工艺设计的总体要求，设计SAGD注采工艺技术路线是：注汽锅炉产生干度为75～80%饱和蒸汽，经汽水分离器分离，干度为95%已上的蒸汽通过球形分配器分配计量，再经注汽井注入地层。蒸汽加温地层原油，变成冷凝水与原油一起流入水平井，经大泵抽出地面，地面换热后再经计量，最后进入中心站外输。注汽锅炉用水先与油井产出液换热，再与汽水分离器分离出的高温水换热后，最后进入注汽锅炉，完成热量回收利用。
二、油田专用注汽锅炉技术改造方案
根据油田专用注汽锅炉系统现状并结合国内外成熟技术，主要通过采取以下几方面的系统技术改造工作方案：
1.助燃空气的温度额可以利用油田专用注汽锅炉的烟气来提高注汽锅炉系统的热效率。这一技术主要通过一套热交换器来降低烟气的热损失，以此来提高助燃空气的含热量和注汽锅炉的热效率。
2.在油田专用注汽锅炉辐射段的表面涂上红外辐射涂料，利用这一技术可以降低注汽锅炉的热损失。因为专用注汽锅炉辐射段的温度达到650℃以上的时候，热传递就以辐射为主，辐射的热传递占到总传递的九成以上，我们如果在膛陶纤表面涂上红外辐射涂料后，在高温条件下，锅炉内膛表面的辐射率就会从没有涂涂料前的0.45上升到0.94，也就是炉膛的辐射率提高一倍以上，辐射率提高一倍就能够节能百分之十。炉膛内表面的热量大幅度增加，再加上这种涂料字高温下辐射率本身就能达到94%，我们根据四次方定律计算，物体表面热辐射能力和绝对温度的四次方成正比，这就使得加热炉体的温度显著提高。因为这种涂料含有很强辐射的材料，所以在高温下辐射出的穿透力很强的红外波能够被加热物体分子产生能量越级，吸收正能量，锅炉均匀受热，达到提高温度的效果和节约能源的目的。当油田专用注汽锅炉炉膛内壁陶纤表面喷涂HTEE-87-2型高温红外辐射涂料后，可提高油田专用注汽锅炉热效率2.5%～7%，平均为4.5%（即节油4%～10%）。
3.运用油田专用注汽锅炉对流段免维护声波除灰技术，达到降低烟气热损失的目的。这套装置主要是以蒸汽为原始动力经过特殊的声波发生转换器，把具有一定强度的声波传入注汽锅炉的对流部位的空间，通过声能量产生力量，把这一区域内的粉尘颗粒和空气分子产生震荡，阻止和破坏粉尘在表面或者粒子之间的结合，促使他们始终处于悬浮流化状态，让烟气或者重力把这些颗粒带走，达到清除灰尘的目的。利用这项技术可以使得锅炉的排烟温度降低10～30摄氏度，热效率提高一到三个百分点。
4.油田专用注汽锅炉的维修改造部分对于流段翅片管和给水预热器，能够提高注汽锅炉的热效率，如果更换一部分翅片管和给水转化器，就会有效的提高油田专用注汽锅炉对流段的热系数，有效降低油田专用注汽锅炉的烟气的温度，提高油田专用注汽锅炉的热效率，达到节能的目的。
三、注汽锅炉应用中需注意的问题
1.在注汽锅炉运行时，炉内火焰温度随着负荷的增减而升降。但是，炉内辐射换热量的变化与燃料量的变化并不成正比。根据实验证明，锅炉从半负荷增加到额定负荷时，炉内换热量的增加不超过50%～80%，并不是成倍增加。总而言之，炉内换热量的变化率小于负荷的变化率。因此，为保证出口干度不变，在运行时火量要比水量调节得大一些。
2.燃烧方面，由于要求使用较少供油，且炉内燃油在低负荷配风时火焰的周界风相对减弱，易导致压降低造成雾化不良。此时很可能会造成燃烧器旋口结焦，遮挡了周界风风口，使火焰偏斜甚至飘至炉管上。因此，低负荷时要特别注意观察火焰形状，调整火焰位置，改进配风，经常清焦，以避免火焰方向偏斜上窜。
3.辐射段承受的热负荷较高，根据资料显示约占总热负荷的82%，而炉管内又是汽、水两相流动，因此当设备负荷减小至一定数值或在运行中突遇停电时，炉管就很有可能出现传热恶化现象，导致炉管因超温而损坏。
四、结论
总之，对油田专用注汽锅炉实施节能改造工程，并在具体的应用过程中减少对资源的浪费，能够在很大程度上实现节能环保的目的，必将有力的促进油田采油的可持续发展。
参考文献
[1]薛俊.直接蒸发冷却技术在燃煤电厂锅炉系统节能中的应用[D].东华大学2007.
[2]马延军.提高注汽锅炉热效率的新措施[J].石油工程建设.2003（01）.
[3]阮林华，陈贵军，李维仲.油田注汽锅炉经济运行研究[J].节能与环保.2006（06）.
[4]李桂芹，许春英，苏娅.热采注汽锅炉节能降耗的有效途径[J].节能与环保.2004（04）.
关键词：注汽锅炉 节能 原理
注汽锅炉又称为湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，在稠油的开发中，注汽锅炉常年连续运转，并且注汽锅炉的运营数量也有加大的趋势，因此，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文分析了油田注汽锅炉的基本原理，并提出了关于油田注汽锅炉节能的一些措施，希望能引起大家的关注。
一、油燃烧注汽锅炉原理及应用
重力泄油的理论最初的概念是基于注水采盐的原理，即注入的淡水将盐层中的固体盐溶解，浓度大的盐溶液由于其密度大而向下流动，而密度小的水溶液浮在上面，这样可以通过不断地在盐层的上部注水，而盐层的下部源源不断地将高浓度的盐溶液采出。高浓度的盐溶液向下流动的动力就是水与含盐溶液的密度差，将这一原理用于注汽热采过程中就产生了重力泄油概念。蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理是：在水平生产井的上部连续注入大量的高干度蒸汽，使得地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔的边缘加温原油，同时蒸汽冷凝成水，与原油依靠重力流入水平生产井，并被大排量采出。蒸汽腔不断缓慢扩展，并不断加温原油，从而形成连续的生产过程，直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制边界。根据SAGD工艺原理，可以归纳出蒸汽辅助重力泄油方式有以下两个主要特征：
1.由于是依靠蒸汽腔扩展加温原油，所以蒸汽中的饱和水不仅对生产毫无帮助，反而增加占据地层孔隙体积分量，使原油产量降低。故要求注入蒸汽干度越高越好，一般要求注汽站出口干度大于95%，井口干度大于90%，井底干度大于70%。
2.由于是依靠重力泄油，所以水平生产井的生产压差为水平井上部可流动液体的液面高度。一般保持在为5～15m。
据有关报道和国外考察，目前采用SAGD开采方式生产稠油和超稠油的以加拿大最为成熟。
根据SAGD的工艺原理，和油藏工程研究结果，其工艺设计的总体要求为：在直井连续（多井同时）注入高干度（大于95%）蒸汽，水平井大排量（300～350t/d）采出高温（200℃）含水（70～90%）原油。根据工艺设计的总体要求，设计SAGD注采工艺技术路线是：注汽锅炉产生干度为75～80%饱和蒸汽，经汽水分离器分离，干度为95%已上的蒸汽通过球形分配器分配计量，再经注汽井注入地层。蒸汽加温地层原油，变成冷凝水与原油一起流入水平井，经大泵抽出地面，地面换热后再经计量，最后进入中心站外输。注汽锅炉用水先与油井产出液换热，再与汽水分离器分离出的高温水换热后，最后进入注汽锅炉，完成热量回收利用。
二、油田专用注汽锅炉技术改造方案
根据油田专用注汽锅炉系统现状并结合国内外成熟技术，主要通过采取以下几方面的系统技术改造工作方案：
1.助燃空气的温度额可以利用油田专用注汽锅炉的烟气来提高注汽锅炉系统的热效率。这一技术主要通过一套热交换器来降低烟气的热损失，以此来提高助燃空气的含热量和注汽锅炉的热效率。
2.在油田专用注汽锅炉辐射段的表面涂上红外辐射涂料，利用这一技术可以降低注汽锅炉的热损失。因为专用注汽锅炉辐射段的温度达到650℃以上的时候，热传递就以辐射为主，辐射的热传递占到总传递的九成以上，我们如果在膛陶纤表面涂上红外辐射涂料后，在高温条件下，锅炉内膛表面的辐射率就会从没有涂涂料前的0.45上升到0.94，也就是炉膛的辐射率提高一倍以上，辐射率提高一倍就能够节能百分之十。炉膛内表面的热量大幅度增加，再加上这种涂料字高温下辐射率本身就能达到94%，我们根据四次方定律计算，物体表面热辐射能力和绝对温度的四次方成正比，这就使得加热炉体的温度显著提高。因为这种涂料含有很强辐射的材料，所以在高温下辐射出的穿透力很强的红外波能够被加热物体分子产生能量越级，吸收正能量，锅炉均匀受热，达到提高温度的效果和节约能源的目的。当油田专用注汽锅炉炉膛内壁陶纤表面喷涂HTEE-87-2型高温红外辐射涂料后，可提高油田专用注汽锅炉热效率2.5%～7%，平均为4.5%（即节油4%～10%）。
3.运用油田专用注汽锅炉对流段免维护声波除灰技术，达到降低烟气热损失的目的。这套装置主要是以蒸汽为原始动力经过特殊的声波发生转换器，把具有一定强度的声波传入注汽锅炉的对流部位的空间，通过声能量产生力量，把这一区域内的粉尘颗粒和空气分子产生震荡，阻止和破坏粉尘在表面或者粒子之间的结合，促使他们始终处于悬浮流化状态，让烟气或者重力把这些颗粒带走，达到清除灰尘的目的。利用这项技术可以使得锅炉的排烟温度降低10～30摄氏度，热效率提高一到三个百分点。
4.油田专用注汽锅炉的维修改造部分对于流段翅片管和给水预热器，能够提高注汽锅炉的热效率，如果更换一部分翅片管和给水转化器，就会有效的提高油田专用注汽锅炉对流段的热系数，有效降低油田专用注汽锅炉的烟气的温度，提高油田专用注汽锅炉的热效率，达到节能的目的。
三、注汽锅炉应用中需注意的问题
1.在注汽锅炉运行时，炉内火焰温度随着负荷的增减而升降。但是，炉内辐射换热量的变化与燃料量的变化并不成正比。根据实验证明，锅炉从半负荷增加到额定负荷时，炉内换热量的增加不超过50%～80%，并不是成倍增加。总而言之，炉内换热量的变化率小于负荷的变化率。因此，为保证出口干度不变，在运行时火量要比水量调节得大一些。
2.燃烧方面，由于要求使用较少供油，且炉内燃油在低负荷配风时火焰的周界风相对减弱，易导致压降低造成雾化不良。此时很可能会造成燃烧器旋口结焦，遮挡了周界风风口，使火焰偏斜甚至飘至炉管上。因此，低负荷时要特别注意观察火焰形状，调整火焰位置，改进配风，经常清焦，以避免火焰方向偏斜上窜。
3.辐射段承受的热负荷较高，根据资料显示约占总热负荷的82%，而炉管内又是汽、水两相流动，因此当设备负荷减小至一定数值或在运行中突遇停电时，炉管就很有可能出现传热恶化现象，导致炉管因超温而损坏。
四、结论
总之，对油田专用注汽锅炉实施节能改造工程，并在具体的应用过程中减少对资源的浪费，能够在很大程度上实现节能环保的目的，必将有力的促进油田采油的可持续发展。
参考文献
[1]薛俊.直接蒸发冷却技术在燃煤电厂锅炉系统节能中的应用[D].东华大学2007.
[2]马延军.提高注汽锅炉热效率的新措施[J].石油工程建设.2003（01）.
[3]阮林华，陈贵军，李维仲.油田注汽锅炉经济运行研究[J].节能与环保.2006（06）.
[4]李桂芹，许春英，苏娅.热采注汽锅炉节能降耗的有效途径[J].节能与环保.2004（04）.