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摘要：注汽系统是稠油开发的重要组成部分，也是最大耗能因素。为达到节能降耗、降低稠油开采成本的目的，近年来，大量新技术在注汽锅炉上得到应用。通过理论分析，进行了配套技术及运行参数的优化，对提高注汽锅炉运行的经济效益提供了理论依据。
关键词：稠油热采 注汽锅炉 节能
胜利油田孤岛采油厂稠油热采注汽开始于1992年，为满足稠油热采开发规模不断扩大的注汽需求，引进了多台热采设备。截止目前全厂共有注汽锅炉25台，年注汽能力达到了180×104吨。稠油热采原油年产量已超过120×104吨，占到了原油年产量的三分之一以上，已经成为胜利油田稠油热采第一大厂。
随着稠油热采规模的扩大，相应的能源消耗也逐年增大，存在很大的节能挖潜空间。为进一步做好节能减排工作，不断探索新的节能技术，经过不懈努力，逐步形成了符合热采行业特色的节能配套技术。
1 燃料油节约技术及应用
孤岛采油厂稠油开发已进入中后期，注汽量逐年呈递增趋势，而油气比逐年下降，所以注汽锅炉的燃料油将逐年增加。通过多年的现场节能技术应用和改进，注汽锅炉的燃油节能方面取得了明显成效。
1.1 应用燃油助燃剂改善锅炉燃烧状况
目前注汽锅炉主要使用原油燃料加热，属重质燃油，使用中主要存在以下问题：粘度大、胶质含量高、流动性差，重质燃油中的重组分燃点较高，燃烧状况不良，喷嘴易结焦，未燃重组分滴下成焦，造成瓦口结焦，严重影响燃油雾化，燃烧状况恶化。导致锅炉热效率低、经济效益低下，工人劳动强度大，并且存在安全隐患。
常规的思路一直围绕燃烧器做文章，对燃烧系统硬件改造考虑得较多，效果一直也不理想，尤其是活动锅炉，始终受燃烧问题困扰。通过转变思路，寻找新的突破口，从原油品质方面着手，应用燃油助燃剂改善锅炉燃烧状况。
重质燃油助燃剂是一种高度浓缩的油溶性燃烧促进剂，掺入重质燃油中能起到以下作用：
（1）改善燃油的流动性，对燃油起氧化促进作用，与燃烧室内的残碳作用，促进残碳燃烧，减少积灰，有助于增加传热效果。
（2）含有抗氧化剂及降凝剂等，有效阻止蜡析聚成网状物和沥青质沉淀。
（3）助燃剂中的组分能使生成的硫酸转变为硫酸盐，从而防止低温腐蚀。助燃剂组分和燃油中的钠、矾形成高燃点的络合矾酸盐，不易融蚀，防止对锅炉的高温腐蚀。
（4）重质燃油助燃剂中含有界面活性剂，对燃油中的水分起钝化作用，使燃油火焰稳定，能减少喷嘴积碳。
通过重质燃油助燃剂的应用，可明显改善燃烧状况，减少锅炉炉管积灰，提高热效率，节油率在0.8～1.1%间，收到了良好的经济运行效果。
1.2 应用辐射段保温层喷吐红外辐射涂料技术
传统的注汽锅炉辐射段保温层工艺是由针刺保温毯经重复折叠、压紧后固定在炉体上形成。这样在注汽锅炉频繁的启动过程中，造成针刺毯重复的热胀冷缩，达到一定的次数后，针刺毯之间就造成裂缝，增大了热量损失。因此，解决保温层保温效果就应从工艺上进行改造，杜绝裂缝出现。由此可见，进行注汽锅炉保温层技术改造，降低注汽锅炉体表温度非常有效。
由于注汽锅炉在设计上采用的是高铝针刺毯经过折叠固定构成，因此，在折叠层之间存在缝隙，将导致热损失增大。从注汽锅炉开发运行以来，出现了多次炉体漏烟和过热现象。由于运行时间长，效果下降严重，且一直没有进行过大修。炉体设计平均温度为60℃。通过调查发现，运行平均温度超过80℃，是热损失的主要特点。因此，采用注汽锅炉保温层整体喷吐工艺，使保温层为一个整体，可杜绝缝隙和固定桩保温不严造成的热损失。保温层整体喷吐工艺可使炉体温度下降20℃。
远红外线高温节能涂料采用特殊材料，对光、热产生折射，传热系数远远大于保温材料，减少炉体热损失，增加注汽锅炉炉管吸热机会，同时还起到保护保温层的目的。单独使用时，根据注汽锅炉保温层使用年限的不同，效果也不同。在注汽锅炉整体喷吐保温层内璧应用远红外线高温节能涂料后，在高温下炉膛表面的保温层热辐射率由未喷涂前的0.45上升到0.94，即炉膛辐射率提高一倍。这就使炉膛内吸收的热量大幅增加。并且可以使炉管内的水均匀受热，达到提高温度，节约能源的目的。经现场验证，锅炉辐射段保温层喷涂红外辐射涂料后，热效率可提高2.5%，节油4%左右。
1.3对流段声波除尘技术
注汽锅炉经过长时间运行，会在对流段管束上出现结焦、积灰现象，造成锅炉热效率降低，排烟温度升高，燃料消耗增大，直接影响锅炉运行的可靠性及经济性。
近年来，孤岛采油厂在新进注汽锅炉上均配套了声波吹灰器，其工作原理是将一定压力压缩空气输入吹灰器特制气室，使气源在特定的几何空腔内产生振荡，激发空腔内气体的强烈振荡而发出高强度的声波。其除灰机理是将高强度的声波，送入运行中的锅炉炉体内各种可能积灰结渣的空间区域，通过声能量的作用，使这些区域中的空气与粉尘颗粒产生振荡，破坏和阻止粉尘粒子在热交换表面或粒子之间的结合，使之始终处于悬浮流化状态，以便烟气或重力将其带走。
注汽锅炉所用燃料油普遍含硫量较高，致使粉尘颗粒积聚烧结形成焦渣积灰。声波对焦渣积灰发生作用后，因声波能量产生的振动移位大、速度快，致使粉尘不能积聚，阻止焦渣的生长。同时由于高声强声波的疲劳效应，对已经结成的大块焦渣也能使其断裂，使焦渣粒子之间的结合力变弱、间隙增大、生长速度变慢、渣块体积减小，易于自行脱落。使用声波吹灰器后，注汽锅炉排烟温度可降低10～30℃，热效率可提高1%～3%。
2 节水配套技术及运行参数的优化
油田注汽锅炉为直流式锅炉，由于其产生的蒸汽为湿蒸汽，因此对水质的要求有其特殊性。目前，注汽锅炉水处理技术普遍采用的工艺是是钠离子软化除硬+物理除氧工艺。正常运行的注汽锅炉，每天耗水在200-350m3以上，因此降低水耗意义重大。 2.1 推广应用真空除氧器
孤岛采油厂先后引进了热力、解吸、常温过滤、膜式等除氧技术，但由于受设备先天工艺、现场工况等因素的制约，除氧效果均不能达到使用要求。
2010年以前，采油厂普遍采用常温过滤式除氧器，该类除氧器的滤料为海绵铁，每天清洗（反洗、正洗）次数达1～2次，每次反洗时间为0.3h～0.5h，正洗时间为1h左右，每台注汽锅炉每天仅除氧器清洗用水达8～15m3，而这些废水均外排，造成环境污染，注汽水耗高，经济效益低。由于每天除氧器都需，占用3～8小时，而除氧器再生期间无法进行物理除氧，造成这期间高含氧水直接进入注汽锅炉，给注汽锅炉的安全运行带来隐患。
近年来，采油厂加大了旧式常温过滤除氧器的更新改造力度，大力推广应用真空除氧器，并根据现场情况和实际需要进行了技术改进。该类型除氧器具有除氧效率高、除氧效果稳定、维护方便、无排放等特点，适合油田注汽锅炉除氧要求。推广应用真空除氧器以后，与以前应用的常温过滤除氧器对比，注汽水耗平均降低0.25m3，单台设备日节约清水30方。目前全场推广真空除氧器22台。
2.2注汽锅炉废水回收利用技术
为减少污水外排，有效利用注汽锅炉废水，孤岛采油厂2010年引进了一套注汽锅炉废水回收利用装置。该装置主要由多介质过滤器、超滤装置、反渗透脱盐装置组成。
整套工艺的核心是超滤+反渗透工艺，先将水处理再生废水集中回收，通过多介质过滤、超滤等进行过滤后，进入反渗透系统脱盐，将再生废水处理至达到运行要求的产品水。该装置自2010年5月运行以来，出水水质指标平稳。出水电导率保持在1160μs、矿化度保持770mg/L左右，优于生水（电导率1230μs，矿化度820mg/L）。目前该装置累计运行5000小时，回收废水7万立方米，生产合格清水5.5万立方米，废水回收率78%，吨成品水耗电<2kw.h。取得了较好的经济效益。
2.3优化软水器运行参数
根据现场实际及时优化调整再生各步耗时耗水参数，实现由定量再生至按质再生的理念转变，来降低水耗和盐耗。
调整再生各步用时用量。反洗：现场观察反洗出水，至出水澄清为止，重新设定时间为15min。进盐量：配制10%盐水来浸泡树脂，高于理论需要，将提高进盐效果，经对进盐排污盐浓度的测定，经化验排出浓度到8%即可满足再生要求。置换：测定二级出口Cl-浓度，当接近生水中Cl-含量时，说明管路中的NaCl已全部被置换到树脂罐中，置换完成。一级正洗：对一级罐出口Cl-、硬度进行检测合格即停止。二级正洗：对二级罐出口Cl-、硬度进行检测，二级出口硬度为零时正洗合格。
调整周期制水量。不再设定固定周期制水量，而是根据水源水质硬度情况，通过测量运行软化器一、二级出口硬度来判断是否再生。通过现场测量发现，改进后制水量可由以前的150m3达到220m3，周期制水时间由原来的16h提高到24h。这不仅增长运行时间，增加了制水量，降低了水耗、盐耗。
参考文献
1、武占.《油田注汽锅炉》，新疆大学出版社.1997年10月.
2、陈景林，张玲，傅经纬，工业锅炉燃烧调整技术与经济运行.1998年6月
3、徐明.《湿蒸汽发生器安全与技术》.胜利石油教育管理中心.2000年10月
关键词：稠油热采 注汽锅炉 节能
胜利油田孤岛采油厂稠油热采注汽开始于1992年，为满足稠油热采开发规模不断扩大的注汽需求，引进了多台热采设备。截止目前全厂共有注汽锅炉25台，年注汽能力达到了180×104吨。稠油热采原油年产量已超过120×104吨，占到了原油年产量的三分之一以上，已经成为胜利油田稠油热采第一大厂。
随着稠油热采规模的扩大，相应的能源消耗也逐年增大，存在很大的节能挖潜空间。为进一步做好节能减排工作，不断探索新的节能技术，经过不懈努力，逐步形成了符合热采行业特色的节能配套技术。
1 燃料油节约技术及应用
孤岛采油厂稠油开发已进入中后期，注汽量逐年呈递增趋势，而油气比逐年下降，所以注汽锅炉的燃料油将逐年增加。通过多年的现场节能技术应用和改进，注汽锅炉的燃油节能方面取得了明显成效。
1.1 应用燃油助燃剂改善锅炉燃烧状况
目前注汽锅炉主要使用原油燃料加热，属重质燃油，使用中主要存在以下问题：粘度大、胶质含量高、流动性差，重质燃油中的重组分燃点较高，燃烧状况不良，喷嘴易结焦，未燃重组分滴下成焦，造成瓦口结焦，严重影响燃油雾化，燃烧状况恶化。导致锅炉热效率低、经济效益低下，工人劳动强度大，并且存在安全隐患。
常规的思路一直围绕燃烧器做文章，对燃烧系统硬件改造考虑得较多，效果一直也不理想，尤其是活动锅炉，始终受燃烧问题困扰。通过转变思路，寻找新的突破口，从原油品质方面着手，应用燃油助燃剂改善锅炉燃烧状况。
重质燃油助燃剂是一种高度浓缩的油溶性燃烧促进剂，掺入重质燃油中能起到以下作用：
（1）改善燃油的流动性，对燃油起氧化促进作用，与燃烧室内的残碳作用，促进残碳燃烧，减少积灰，有助于增加传热效果。
（2）含有抗氧化剂及降凝剂等，有效阻止蜡析聚成网状物和沥青质沉淀。
（3）助燃剂中的组分能使生成的硫酸转变为硫酸盐，从而防止低温腐蚀。助燃剂组分和燃油中的钠、矾形成高燃点的络合矾酸盐，不易融蚀，防止对锅炉的高温腐蚀。
（4）重质燃油助燃剂中含有界面活性剂，对燃油中的水分起钝化作用，使燃油火焰稳定，能减少喷嘴积碳。
通过重质燃油助燃剂的应用，可明显改善燃烧状况，减少锅炉炉管积灰，提高热效率，节油率在0.8～1.1%间，收到了良好的经济运行效果。
1.2 应用辐射段保温层喷吐红外辐射涂料技术
传统的注汽锅炉辐射段保温层工艺是由针刺保温毯经重复折叠、压紧后固定在炉体上形成。这样在注汽锅炉频繁的启动过程中，造成针刺毯重复的热胀冷缩，达到一定的次数后，针刺毯之间就造成裂缝，增大了热量损失。因此，解决保温层保温效果就应从工艺上进行改造，杜绝裂缝出现。由此可见，进行注汽锅炉保温层技术改造，降低注汽锅炉体表温度非常有效。
由于注汽锅炉在设计上采用的是高铝针刺毯经过折叠固定构成，因此，在折叠层之间存在缝隙，将导致热损失增大。从注汽锅炉开发运行以来，出现了多次炉体漏烟和过热现象。由于运行时间长，效果下降严重，且一直没有进行过大修。炉体设计平均温度为60℃。通过调查发现，运行平均温度超过80℃，是热损失的主要特点。因此，采用注汽锅炉保温层整体喷吐工艺，使保温层为一个整体，可杜绝缝隙和固定桩保温不严造成的热损失。保温层整体喷吐工艺可使炉体温度下降20℃。
远红外线高温节能涂料采用特殊材料，对光、热产生折射，传热系数远远大于保温材料，减少炉体热损失，增加注汽锅炉炉管吸热机会，同时还起到保护保温层的目的。单独使用时，根据注汽锅炉保温层使用年限的不同，效果也不同。在注汽锅炉整体喷吐保温层内璧应用远红外线高温节能涂料后，在高温下炉膛表面的保温层热辐射率由未喷涂前的0.45上升到0.94，即炉膛辐射率提高一倍。这就使炉膛内吸收的热量大幅增加。并且可以使炉管内的水均匀受热，达到提高温度，节约能源的目的。经现场验证，锅炉辐射段保温层喷涂红外辐射涂料后，热效率可提高2.5%，节油4%左右。
1.3对流段声波除尘技术
注汽锅炉经过长时间运行，会在对流段管束上出现结焦、积灰现象，造成锅炉热效率降低，排烟温度升高，燃料消耗增大，直接影响锅炉运行的可靠性及经济性。
近年来，孤岛采油厂在新进注汽锅炉上均配套了声波吹灰器，其工作原理是将一定压力压缩空气输入吹灰器特制气室，使气源在特定的几何空腔内产生振荡，激发空腔内气体的强烈振荡而发出高强度的声波。其除灰机理是将高强度的声波，送入运行中的锅炉炉体内各种可能积灰结渣的空间区域，通过声能量的作用，使这些区域中的空气与粉尘颗粒产生振荡，破坏和阻止粉尘粒子在热交换表面或粒子之间的结合，使之始终处于悬浮流化状态，以便烟气或重力将其带走。
注汽锅炉所用燃料油普遍含硫量较高，致使粉尘颗粒积聚烧结形成焦渣积灰。声波对焦渣积灰发生作用后，因声波能量产生的振动移位大、速度快，致使粉尘不能积聚，阻止焦渣的生长。同时由于高声强声波的疲劳效应，对已经结成的大块焦渣也能使其断裂，使焦渣粒子之间的结合力变弱、间隙增大、生长速度变慢、渣块体积减小，易于自行脱落。使用声波吹灰器后，注汽锅炉排烟温度可降低10～30℃，热效率可提高1%～3%。
2 节水配套技术及运行参数的优化
油田注汽锅炉为直流式锅炉，由于其产生的蒸汽为湿蒸汽，因此对水质的要求有其特殊性。目前，注汽锅炉水处理技术普遍采用的工艺是是钠离子软化除硬+物理除氧工艺。正常运行的注汽锅炉，每天耗水在200-350m3以上，因此降低水耗意义重大。 2.1 推广应用真空除氧器
孤岛采油厂先后引进了热力、解吸、常温过滤、膜式等除氧技术，但由于受设备先天工艺、现场工况等因素的制约，除氧效果均不能达到使用要求。
2010年以前，采油厂普遍采用常温过滤式除氧器，该类除氧器的滤料为海绵铁，每天清洗（反洗、正洗）次数达1～2次，每次反洗时间为0.3h～0.5h，正洗时间为1h左右，每台注汽锅炉每天仅除氧器清洗用水达8～15m3，而这些废水均外排，造成环境污染，注汽水耗高，经济效益低。由于每天除氧器都需，占用3～8小时，而除氧器再生期间无法进行物理除氧，造成这期间高含氧水直接进入注汽锅炉，给注汽锅炉的安全运行带来隐患。
近年来，采油厂加大了旧式常温过滤除氧器的更新改造力度，大力推广应用真空除氧器，并根据现场情况和实际需要进行了技术改进。该类型除氧器具有除氧效率高、除氧效果稳定、维护方便、无排放等特点，适合油田注汽锅炉除氧要求。推广应用真空除氧器以后，与以前应用的常温过滤除氧器对比，注汽水耗平均降低0.25m3，单台设备日节约清水30方。目前全场推广真空除氧器22台。
2.2注汽锅炉废水回收利用技术
为减少污水外排，有效利用注汽锅炉废水，孤岛采油厂2010年引进了一套注汽锅炉废水回收利用装置。该装置主要由多介质过滤器、超滤装置、反渗透脱盐装置组成。
整套工艺的核心是超滤+反渗透工艺，先将水处理再生废水集中回收，通过多介质过滤、超滤等进行过滤后，进入反渗透系统脱盐，将再生废水处理至达到运行要求的产品水。该装置自2010年5月运行以来，出水水质指标平稳。出水电导率保持在1160μs、矿化度保持770mg/L左右，优于生水（电导率1230μs，矿化度820mg/L）。目前该装置累计运行5000小时，回收废水7万立方米，生产合格清水5.5万立方米，废水回收率78%，吨成品水耗电<2kw.h。取得了较好的经济效益。
2.3优化软水器运行参数
根据现场实际及时优化调整再生各步耗时耗水参数，实现由定量再生至按质再生的理念转变，来降低水耗和盐耗。
调整再生各步用时用量。反洗：现场观察反洗出水，至出水澄清为止，重新设定时间为15min。进盐量：配制10%盐水来浸泡树脂，高于理论需要，将提高进盐效果，经对进盐排污盐浓度的测定，经化验排出浓度到8%即可满足再生要求。置换：测定二级出口Cl-浓度，当接近生水中Cl-含量时，说明管路中的NaCl已全部被置换到树脂罐中，置换完成。一级正洗：对一级罐出口Cl-、硬度进行检测合格即停止。二级正洗：对二级罐出口Cl-、硬度进行检测，二级出口硬度为零时正洗合格。
调整周期制水量。不再设定固定周期制水量，而是根据水源水质硬度情况，通过测量运行软化器一、二级出口硬度来判断是否再生。通过现场测量发现，改进后制水量可由以前的150m3达到220m3，周期制水时间由原来的16h提高到24h。这不仅增长运行时间，增加了制水量，降低了水耗、盐耗。
参考文献
1、武占.《油田注汽锅炉》，新疆大学出版社.1997年10月.
2、陈景林，张玲，傅经纬，工业锅炉燃烧调整技术与经济运行.1998年6月
3、徐明.《湿蒸汽发生器安全与技术》.胜利石油教育管理中心.2000年10月