過熱鍋爐技術(shù)說明

YZG23-17.2/380-D型過熱注汽鍋爐

技術(shù)說明

中國石油天然氣第八建設(shè)有限公司2008年

5月目錄一、概述二、主要技術(shù)參數(shù)三、過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備四、過熱注汽鍋爐汽水流程五、自動控制要素六、技術(shù)性能論述七、經(jīng)濟(jì)效益評估概述

一、概述隨著油田稠油開發(fā)的不斷深入，用濕蒸汽鍋爐注蒸汽的方法已不能滿足當(dāng)今稠油開采新技術(shù)日益發(fā)展的需要。根據(jù)最新研究成果顯示，稠油后期的高輪次開采主要是依靠蒸汽汽化潛熱加溫原油，所以蒸汽中的水不僅對生產(chǎn)毫無幫助，反而會增加占據(jù)地層孔隙體積，使采出液含水率上升，原油產(chǎn)量降低。為了大幅度提高稠油的采收率，要求注入蒸汽干度越高越好，井底蒸汽干度達(dá)100%或過熱為最佳。另外，稠油的粘度對溫度十分敏感，只要溫度升高8℃～9℃，粘度就降低1倍。若以高壓過熱蒸汽注入油層進(jìn)行熱采，不僅可大幅度提高單井產(chǎn)量，而且采收率可達(dá)到50%～70%。提高采收率的關(guān)鍵是要改善注入油層的蒸汽品質(zhì)，蒸汽的干度越高，單位重量的蒸汽所攜帶的熱量就越大，注入地層的有效熱概述量也就越大，產(chǎn)量和采收率就越高。據(jù)相關(guān)資料介紹，稠油開采采用過熱蒸汽吞吐技術(shù)后，產(chǎn)量可增加3～8倍，采收率顯著提高。因此，注過熱蒸汽是增加稠油產(chǎn)量的有效途徑。過熱蒸汽一般是由自然循環(huán)鍋爐或直流鍋爐產(chǎn)生的。自然循環(huán)鍋爐的給水不僅要求除硬而且還必須進(jìn)行二級除鹽，直流鍋爐比自然循環(huán)鍋爐的給水更為嚴(yán)格，這樣水處理的運(yùn)行成本很大，同時水的利用率也低。這種對水的處理方式不太適用蒸汽一次性利用的油田注汽鍋爐。目前國內(nèi)外熱采注汽鍋爐的出口蒸汽干度控制在80%以內(nèi)，原因是采用了只軟化除硬而不除鹽的水處理工藝，以降低水處理的運(yùn)行成本，因此必須保留至少20%的的鹽分，避免在鍋爐爐管內(nèi)壁上結(jié)垢，影響安全運(yùn)行。為了提高蒸汽干度，國內(nèi)

概述外通常的做法是:在注汽鍋爐出口加裝汽水分離裝置，把濕蒸汽中的飽和水分離出來。雖然這樣獲得了高干度的蒸汽，但系統(tǒng)的熱效率卻大為降低，分離出污水的處理成本也相應(yīng)增加。

為提高注井蒸汽的利用率，有效降低鍋爐運(yùn)行成本，貫徹執(zhí)行國家節(jié)能降耗減排的政策，以適應(yīng)水平井、蒸汽驅(qū)、SAGD等當(dāng)今國內(nèi)外新型采油工藝技術(shù)對熱采設(shè)備的更高要求，我公司開發(fā)了YZG23-17.2/380-D型過熱注汽鍋爐。主要技術(shù)參數(shù)二、主要技術(shù)參數(shù)

1、額定蒸發(fā)量

23.0t/h2、額定工作壓力

17.2MPa3、過熱蒸汽溫度

370～390℃

4、熱效率

≥85%5、燃燒方式

油氣兩用

6、控制方式

PAC+觸摸屏+工控機(jī)7、裝載方式

橇裝過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備三、過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備1、結(jié)構(gòu)形式

過熱注汽鍋爐是由輻射段、對流段、過熱段、汽水分離裝置及噴水減溫器等幾部分組成，輻射段采用臥式直流結(jié)構(gòu)，單管水平往復(fù)布置。對流段是由單翅片管水平往復(fù)組成的梯形結(jié)構(gòu)，位于煙氣低溫區(qū)域，其功能是將煙氣溫度進(jìn)一步降低，提高鍋爐熱效率。

過熱段是由單光管水平往復(fù)組成的矩形結(jié)構(gòu)，位于輻射段出口處的高溫?zé)煔鈪^(qū)域，其功能是將分離出的干飽和蒸汽

繼續(xù)加熱升溫。

汽水分離裝置核心是球形分離器，內(nèi)設(shè)置四個獨(dú)立的旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器上部及蒸汽出口處設(shè)置了一、二次分離元件—百葉窗分離器，可進(jìn)一步分離蒸汽中的細(xì)小水滴,其過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備分離效率可達(dá)到99%以上，滿足了過熱器對蒸汽品質(zhì)的要求。在輻射段出口增設(shè)汽水分離裝置，既可達(dá)到汽包式鍋爐的功能，又不用對水質(zhì)作深度除鹽處理，從而極大地降低了鍋爐運(yùn)行成本。

噴水減溫器是目前鍋爐行業(yè)調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度最常用的設(shè)備，它是以減溫水高于過熱蒸汽至少0.4MPa的壓差注入減溫器，通過減溫器內(nèi)部的噴水嘴以霧狀方式噴到過熱蒸汽中，與過熱蒸汽混合，從而降低過熱蒸汽溫度。過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備2、配套設(shè)備a）燃燒器選用ENERGY介質(zhì)霧化燃燒器，最大出力為19.6MW。型

號EBR9MNV備

注最大出力19.6MW鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)功率75KW燃料類型燃油、燃?xì)?00號以下重油火焰長度（10檔可調(diào)）2.9～5.3m火焰直徑（10檔可調(diào)）1.3～2.3m風(fēng)量25000m3/h霧化方式蒸汽或空氣耗油量351～1755Kg/h耗氣量248～1981Nm3/h霧化蒸汽耗量60Kg/h霧化壓力≤10bar過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備EBR9MNV燃燒器過熱注汽鍋爐結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備b）給水泵及變頻裝置

給水泵選用容積式往復(fù)五柱塞泵，型號為5GP125-23/22，最

大給水流量25t/h，額定壓力22.0MPa，電機(jī)功率185KW；

柱

塞泵實(shí)現(xiàn)軟啟動，流量控制采用變頻調(diào)節(jié)，工效穩(wěn)定、波動

小，配套的變頻裝置選用FUJI-FRNC185G11S-4C主機(jī)。

c）空氣壓縮機(jī)和電加熱器

空氣壓縮機(jī)選用活塞式或螺桿式空壓機(jī)。電加熱器選用棒式

電熱器，功率為25KW。過熱注汽鍋爐汽水流程四、過熱注汽鍋爐汽水流程

生水通過水處理裝置處理后,合格的軟化水供到高壓柱塞泵入口端,入口安裝了減震器以保證入口水的穩(wěn)定供應(yīng)，出口安裝了減震器以保證出口水的壓力平穩(wěn)。水經(jīng)強(qiáng)制升壓后進(jìn)入水-水換熱器，使給水超過“露點(diǎn)”溫度,通常要求在110～120℃左右，以避免煙氣對翅片管的低溫腐蝕。經(jīng)預(yù)熱后的水進(jìn)入對流段，在這里吸收熱量后再進(jìn)入水-水換熱器作為熱源加熱給水，經(jīng)冷卻后進(jìn)入輻射段的入口，水在輻射段經(jīng)加熱汽化后達(dá)到70～80%的蒸汽干度，然后進(jìn)入到球形汽水分離裝置進(jìn)行汽水分離，分離出的干蒸汽(99%以上)再進(jìn)入到過熱段加熱，溫度達(dá)到470℃左右進(jìn)入噴水減溫器，與分離出的飽和水再混合，混合后的溫度降到約370～390℃，最后將過熱蒸汽注入井下。自動控制要素五、自動控制要素1、總體描述：系統(tǒng)采用集散控制方式，包括現(xiàn)場控制級和上位

機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖自動控制要素

系統(tǒng)具備過程檢測與控制、故障報警、故障診斷、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史故障查詢、數(shù)據(jù)報表自動生成及打印，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與網(wǎng)絡(luò)共享等豐富的控制、數(shù)字化管理功能。2、系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)由可編程自動化控制器（PAC-ProgrammableAutomationController）及現(xiàn)場儀表、本地操作界面（LOI-LocalOperationInterface）、上位機(jī)（HMI-HumanMachineInterface)組成。a）PAC：選用OMRON-CS1系列高性能可編程控制器，具有強(qiáng)

大的數(shù)據(jù)處理能力和網(wǎng)絡(luò)功能；b)本地操作界面LOI：選用昆侖通態(tài)TPC150-15″彩色平板觸摸

屏操作顯示器，配套嵌入版編程軟件，可對鍋爐及水處理控自動控制要素

制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，操作方便直觀；

c）上位機(jī)HMI：系統(tǒng)選用臺灣研華產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)上瀏覽

與永久保存，報表自動生成與打印，適應(yīng)油區(qū)數(shù)字化管理；

d）一次儀表：壓力、溫度、流量以及液位等變送器選用智能儀

表，性能穩(wěn)定可靠、校驗方便。3、系統(tǒng)軟件

由LOI人機(jī)操作界面、PAC控制程序、HMI監(jiān)控界面三套軟件組成。自動控制要素水火跟蹤界面自動控制要素分離器液位控制界面自動控制要素干度顯示與燃燒控制界面自動控制要素a）PAC控制程序作為現(xiàn)場控制級，對鍋爐及水處理主要運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)進(jìn)行采集處理；同時對鍋爐的啟動、運(yùn)行全過程及安全警報進(jìn)行監(jiān)控；對重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化控制；b)LOI人機(jī)操作界面作為人機(jī)接口，可實(shí)現(xiàn)對鍋爐及水處理設(shè)備的全部日常操作，同時具有多級用戶權(quán)限保護(hù)，不同級別用戶只能完成特定操作，最高級別用戶可查詢歷史數(shù)據(jù)、歷史報警記錄；普通操作員用戶可完成點(diǎn)火、停爐等日常工作；c)HMI操作界面作為管理級，具有與本地LOI完全相同的友好用戶界面，但具有數(shù)據(jù)報表即時打印、數(shù)據(jù)永久保存、值班室遠(yuǎn)程操作等豐富的數(shù)據(jù)管理功能，也可通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接發(fā)送給更高一級用戶。自動控制要素4、主要控制功能a)蒸汽干度在線顯示：系統(tǒng)可根據(jù)分離后的干蒸汽流量自動計算出輻射段出口的蒸汽干度，并在LOI和HMI上實(shí)時顯示，從而不再進(jìn)行人工化驗，節(jié)約了化驗藥品，同時也降低了操作人員的勞動強(qiáng)度；b)燃燒工況自動調(diào)節(jié)：通過計算出的輻射段出口蒸汽干度，來自動調(diào)整燃燒器的過程出力，以保證鍋爐運(yùn)行的最佳工況；c)安全警報：為保證鍋爐的安全運(yùn)行，設(shè)計有多項安全警報，當(dāng)鍋爐的運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常，可自動快速安全停爐，同時HMI和LOI自動記錄報警的時間和內(nèi)容，高級管理員用戶可隨時查詢；d)PID調(diào)節(jié)：分離器通過PID調(diào)節(jié)保證液位穩(wěn)定

，燃油溫度通過PID調(diào)節(jié)持續(xù)得到恒定供給。儀表位號檢測點(diǎn)儀表位號檢測點(diǎn)TT01泵出口溫度PT01、PI01泵入口壓力TT02、TI02對流段入口溫度PT02、PI02泵出口壓力TT03對流段出口溫度PT03、PI03對流段入口壓力TT04輻射段入口溫度PI04對流段出口壓力TT05輻射段出口溫度PT05、PI05輻射段入口壓力TT06過熱段入口溫度PT06、PI06輻射段出口壓力TT07、TI07主蒸汽溫度PT07、PI07過熱段入口壓力TT08、TI08燃油溫度PT08、PI08主蒸汽壓力TT09燃燒器溫度PT09、PI09天然氣壓力TT10排煙溫度PT10、PI10燃油壓力TT11輻射段管壁溫度PT11、PI11儀用空氣壓力TT12過熱段管壁溫度FT01鍋爐供水流量FTO3分離水流量FTO2干蒸汽流量FTO5天然氣流量FTO4燃油流量LT01分離器液位5、主要檢測儀表設(shè)置如下：儀表符號說明：PI：就地壓力指示TI：就地溫度指示PT：壓力遠(yuǎn)傳TT：溫度遠(yuǎn)傳FT：流量遠(yuǎn)傳LT：液位遠(yuǎn)傳技術(shù)性能論述六、技術(shù)性能論述

過熱注汽鍋爐是將飽和蒸汽通過汽水分離裝置從汽水混合物中分離出來，再送入過熱器中加熱，使蒸汽溫度提高從而轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽，是鍋爐廣泛采用的方法，其技術(shù)是完全成熟的。為確保鍋爐運(yùn)行達(dá)到其安全性、可靠性的品質(zhì)，過熱段管束及彎頭材料設(shè)計選用12Cr1MoVG材質(zhì)，強(qiáng)度得到充分保證，可耐溫565℃。

我公司自主研發(fā)的球形汽水分離裝置經(jīng)過近四年時間的運(yùn)行，其性能已驗證是安全可靠的，經(jīng)在各種工況條件下，對蒸汽含鹽量進(jìn)行取樣化驗分析，其含鹽量均在50μg以下,分離效率完全達(dá)到過熱器的安全運(yùn)行要求。見下表:技術(shù)性能論述2004年9月22日～9月23日用鈉度計測試數(shù)據(jù)序號蒸汽Na+濃度(μg/L)爐水Na+濃度(mg/L)蒸汽干度(%)輻射段出口干度(%)13953699.975.921556499.976.6349.757299.977.143954199.971.852757299.977.061559499.978.074156499.984.7技術(shù)性能論述電站鍋爐的蒸汽品質(zhì)指標(biāo)

工業(yè)鍋爐的蒸汽品質(zhì)指標(biāo)蒸汽壓力(MPa)Na+(μg/kg)凝汽式電廠熱電廠<5.88<15<205.88～18.62<10<10有過熱器無過熱器飽和蒸汽濕度(%)<1Na+(μg/kg)<300技術(shù)性能論述

噴水減溫器是工程上普遍采用的一種調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度的設(shè)備，其技術(shù)已日益完善，該設(shè)備由減溫水霧化裝置與組合單元兩大部分組成。霧化噴嘴對減溫水進(jìn)行壓力霧化，使減溫水分散于高溫蒸汽汽流中。

在蒸汽鍋爐中導(dǎo)致受熱管結(jié)垢有二種情況：一種是由Ca+、Mg+形成非溶解垢，一種是由Na+等形成的可溶解垢

。鍋爐給水已完全祛除Ca+、Mg+等，剩存在水中的Na+在蒸汽過熱的工況下才會迅速析出并結(jié)在受熱管內(nèi)壁上，其原因是受熱管管壁的溫度遠(yuǎn)大于蒸汽介質(zhì)的溫度。而含鹽飽和水與高過熱度的蒸汽在噴水減溫器中噴霧汽化再轉(zhuǎn)化成的過熱蒸汽，鹽分將以微小固態(tài)顆粒狀析出，但不會粘附在輸送管道的內(nèi)壁上，其原因是管道不受熱，蒸汽介質(zhì)的溫度大于管壁的溫度，不具有吸附力。故此飽和含鹽水因瞬間汽化而在過熱后析出的微小固

技術(shù)性能論述態(tài)顆粒將會被高速的蒸汽流帶走。根據(jù)以上理論，可以判定過熱蒸汽在輸送注汽管道中不會出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。

綜上所述，強(qiáng)制循環(huán)鍋爐所產(chǎn)生的飽和濕蒸汽經(jīng)過分離將干蒸汽再過熱，避開受熱區(qū)析鹽，高過熱度的干蒸汽再與分離出的含鹽水通過噴水減溫器混合后，得到仍是過熱狀態(tài)的蒸汽，這樣既增加了單位蒸汽的熱量、提高了鍋爐熱能的利用率、降低了水處理的運(yùn)行成本，又達(dá)到了一般汽包式自然循環(huán)鍋爐的功能，同時還達(dá)到了零排放的目的，既保護(hù)了環(huán)境又節(jié)約了資源，完全符合國家現(xiàn)行方針政策。

經(jīng)濟(jì)效益評估七、經(jīng)濟(jì)效益評估

若以采出液按200℃計，計算三種注汽方式下熱量利用率（忽略散熱損失及采出液提升、運(yùn)輸及油水分離所消耗的能

量）。

工作壓力MPa注汽方式810121517.221干度75%濕飽和蒸汽64.4564.4264.2863.87