油田用加热炉技术现状与发展方向

油田用加热炉技术现状与发展方向

油田用加热炉是油田勘探开发中的重要设备之一，尤其是在我国东部油田大面积进入高含水期及稠油和天然气的开发，加热炉显得更为重要。随着油气田勘探开发面积的增大、开发难度增大，油田用加热炉的数量越来越多。截至2005年，中石油油田用加热炉在用数量18460台。加热炉是油田的主要能耗设备，中石油油田用加热炉每年能耗总量折合成原油约170多万吨，耗能十分惊人。目前，油田用加热炉主要存在设备老化(平均新度系数0.41)、小型加热炉较多、效率偏低、燃烧不充分、炉内腐蚀结垢等问题。关注油田用加热炉技术和发展对安全生产、节能和提高生产效率有着重要的意义。

加热炉的结构形式与技术分析

1.管式加热炉

管式加热炉的火焰直接加热炉管中的生产介质，加热温差大，温升快，允许介质压力高，单台功率可以很大，能以较小的换热面积获得较大的加热功率;但在加热原油和易结垢介质时，管壁结垢快，严重影响换热，且结垢不均匀，会导致管壁局部过热、失效等，这样可能引起爆炸事故。

2.火筒式加热炉

燃烧的热量直接通过火筒加热炉壳内的生产介质。与管式加热炉相比，火筒结垢的敏感性低、对换热影响不太显著。但是被加热的生产介质在炉壳内流速缓慢，结构件上仍然容易结垢。因此，火筒式加热炉一般不用于加热易结垢生产介质，如稠油、三次采油污水等。

上述加热炉结构简单，耗材少、一次性投资成本低，最大的隐患就是燃烧筒与生产介质直接接触。

3.水套加热炉

水套加热炉与火筒式加热炉的不同之处在于炉壳内与火筒接触的介质不是生产介质而是水，火筒加热水，炉壳内增加了盘管，通过盘管的生产介质由水加热。其优点就是避免或减轻了火筒的结垢和腐蚀，更主要的是火筒不直接与生产介质接触，安全性好。近年来，水套加热炉被广泛应用于油田生产。但水套加热炉传热效率偏低、结构复杂、炉体钢耗量大，另外运行中易失水，需要经常补水。

4.相变加热炉

相变加热炉是近年来研制的一种新型加热炉，主体结构包括火筒、炉体(蒸汽发生器)和换热盘管。按蒸汽运行的压力不同，可分为真空相变和承压相变加热炉，按换热盘管结构的不同，分为一体式和分体式相变加热炉。其基本原理是:燃烧产生的热量使得炉体内(蒸汽发生器内)的水沸腾汽化，水蒸气与盘管接触加热盘管内的生产介质，水蒸气接触盘管冷凝成液体再次在炉体内被加热，由水变成水蒸气，再由水蒸气变成水的相变过程中产生热交换，使得生产介质被加热。相变加热炉利用相变传热原理，具有很高的管外传热系数，约为4000W/(m2·℃)。

加热炉技术与分析

加热炉的核心部件和核心技术是燃烧器，加热炉的燃烧效率、环保排放等很大程度上取决于燃烧器。过去无论是加热炉生产厂家还是使用单位在加热炉的技术改造和升级方面都不太重视燃烧器技术。当前国内生产加热炉的厂家很多，但是生产燃烧器的厂家却很少，关于燃烧器技术研究的单位就更少。油田加热炉配套的燃烧器多为简易的正压鼓风燃烧器，其它形式的燃烧器较少，要么就是进口

国外燃烧器。近年来，冀东石油机械有限责任公司研制的转杯雾化燃烧器取得了较好的效果。燃烧器的关键技术在于空气与燃料的混合，也就是燃烧器的燃油雾化方法。下面介绍儿种燃油雾化方法。

1.压力喷气雾化器

压力喷气雾化器就是在带压气流作用下，使燃料被分散成为细小的小滴并与气流充分混合雾化，达到良好燃烧结果。

2.外混合雾化器

辅助的压力喷气机将空气高速喷入雾化器，在雾化器端口经过涡旋发生器，产生涡使之与燃料油充分混合雾化，这种雾化器可保证空气和燃料油在通道内不混合，所以空气压力波动对燃料油无影响。

3.内混合雾化器

蒸汽雾化器包括有一定数量的喷管，喷油孔和喷气孔对应。油和空气在内部混合，形成油和空气的高压乳化液，经混合的油气混合物从最后的管口喷出被雾化后进入燃烧腔。

德国的扎克系列燃烧器采用的就是外混合雾化器或内混合雾化器，单枪式结构。适合于轻油、重油和天然气等燃料。燃烧效果好，达到低氮排放要求，燃烧轻油时，低氮排放低于250mg/m3，燃烧天然气时，低氮排放低于2OOmg/m3。

4.转杯雾化器

转杯高速(大约5000r/min)旋转，燃料油低压进入转杯，均匀分布于转杯内表面并从转杯的圆锥形外缘抛出。带压空气从转杯中心进入在被外触及抛出的薄膜状燃油使之雾化。转杯的转速可调。

意大利的白得燃烧器、德国的威索燃烧器主要采用转杯雾化器，适应于轻油、重油、天然气和油气混合型燃料。

5.蓝色火焰燃烧器

蓝色火焰燃烧器是一种节能、降低氮排放的环保型燃烧器。其主要特点是:在燃烧过程中，热气体从火焰口部分返回到入口参与混合，二次燃烧。这一过程使得燃烧完全，只产生蓝色火焰，不见烟雾。意大利的意高节能燃烧器就是采用的蓝色火焰燃烧器，具有安全、高效、宁静的优点。

加热炉技术发展方向

(1)高效的相变热传导技术的应用。相变热传导以水蒸气作为传热介质，换热效率高。水在封闭的炉壳内受热蒸发、冷凝，水损失小，密闭炉壳内不易结垢，热传导系数稳定，使得加热炉维持在较高换热效率(大于90%)，而且运行安全可靠。

(2)加速国产化高效燃烧器研究，重点创新发展转杯雾化和内部混合雾化、外部混合雾化技术。这些先进的雾化技术不仅雾化效果好、燃烧完全、火筒清洁，而且能适应各种轻油、重油和天然气燃料。为了使燃烧器处于良好的工作状态，建议增设燃料油处理系统，清除燃料油中的固体杂质。

(3)换热盘管结构形式和材料研究。换热盘管是非常关键的部件之一，盘管设计必须考虑适应不同的生产介质，包括油类、气类和污水类介质，考虑各种介

质的腐蚀性和管体结垢。同时，在结构上要考虑方便清理、维护和更换。对于大功率加热炉建议换热盘管与炉壳为分体式结构。

(4)自动化控制与监测技术的应用。自动化控制是流程设备的发展方向，加热炉也不例外。实践证明，自动化控制实现自动吹扫、供空气、自动点火、燃烧、自动停机和启动，自动控制运行参数，可使燃料利用率达99.5%以上，加热炉效率达88%～91%，方便操作，生产介质温度可以精确控制。应用监测技术实现熄火保护、低水位保护、超温超压保护等，保证设备安全运行。自动控制与监测技术将趋于远程化，既能保证设备高效、安全运行，又能提高设备的管理水平。

(5)专业化制造与供应。专业化生产制造似乎不关系到技术进步，但是我国生产油田用加热炉的厂家很多，供应过于分散，难以形成大批量供应能力，专业性不强，且不注重技术创新，因此建议采取有效措施加强加热炉的专业化制造与供应。