張 匯

（新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

油田注汽鍋爐用水為高礦化度油田凈化污水，給水溫度為80～110 ℃。油田凈化污水中含有大量Ca2+、Mg2+，常溫下通常以Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2等重碳酸鹽溶解形式存在。高溫工況下，重碳酸鹽化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易分解成難溶的CaCO3、MgCO3等難溶碳酸鹽，以沉淀的形式形成爐管結(jié)垢。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)為爐管導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)十至數(shù)百分之一，結(jié)垢后的爐管易受熱面兩側(cè)溫差增大，金屬壁溫升高，強(qiáng)度下降，在鍋內(nèi)壓力作用下產(chǎn)生鼓包，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆管等事故［1］。

1 油田注汽鍋爐結(jié)垢程度判斷

注汽鍋爐安全運(yùn)行關(guān)系著油田生產(chǎn)的安全高效。鍋爐爐管結(jié)垢后過早或過晚清洗對(duì)鍋爐的損耗和工況運(yùn)行都有影響，過早清洗會(huì)加快爐管壁厚的磨損，過晚清洗會(huì)降低鍋爐的熱效率，帶來能量的損失，甚至?xí)斐慑仩t爆管現(xiàn)象。研究濕蒸汽鍋爐結(jié)垢規(guī)律、設(shè)計(jì)濕蒸汽鍋爐清垢周期算法，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行和提高生產(chǎn)實(shí)際效率具有十分重要的作用［2］。

在注汽鍋爐運(yùn)行過程中，鍋爐蒸汽出口壓力總小于給水泵出口壓力。兩者的差值稱為鍋爐系統(tǒng)阻力降。當(dāng)爐管結(jié)垢后，系統(tǒng)阻力降開始上升，系統(tǒng)阻力降的值越大，則鍋爐結(jié)垢程度越嚴(yán)重。結(jié)垢造成的阻力降可由式（1）計(jì)算得出。

其中，系統(tǒng)阻力降為給水泵出口壓力與鍋爐蒸汽出口壓力的差值，通過監(jiān)測(cè)泵出口壓力和蒸汽出口壓力獲取。額定阻力降為鍋爐在額定工況下的系統(tǒng)阻力降，通過鍋爐水阻力計(jì)算得出。

因此，油田注汽鍋爐結(jié)垢不可避免，為進(jìn)一步緩解注汽鍋爐的結(jié)垢現(xiàn)象，一方面使用污水硬度深度處理技術(shù)、高含硅稠油污水回收利用技術(shù)，提供更高標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐給水，水質(zhì)改善后將降低整體稠油熱采能耗［3］；另一方面，需要對(duì)鍋爐進(jìn)行清垢處理，對(duì)注汽鍋爐清垢周期算法進(jìn)行研究。

2 油田注汽鍋爐清垢周期算法研究

2.1 結(jié)垢阻力與鍋爐運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)關(guān)系

隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增加，爐管結(jié)垢程度越來越大，結(jié)垢阻力呈上升趨勢(shì)，鍋爐結(jié)垢阻力與運(yùn)行時(shí)間關(guān)系如圖1 所示。通過對(duì)注汽鍋爐結(jié)垢阻力降隨運(yùn)行時(shí)間關(guān)系進(jìn)行3 次多項(xiàng)式回歸函數(shù)計(jì)算，可得出鍋爐結(jié)垢阻力與鍋爐運(yùn)行時(shí)間呈近似線性關(guān)系，即運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)垢阻力越大。

2.2 鍋爐清垢周期計(jì)算公式研究

通過結(jié)垢阻力推算鍋爐結(jié)垢狀態(tài)，估算爐管清洗周期。清垢周期與鍋爐結(jié)垢阻力降呈近似對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，鍋爐清管周期計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

式中，A 為鍋爐允許最高阻力降，B 為鍋爐結(jié)垢速率系數(shù)，C 為清管周期時(shí)間單位系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可確定公式（2）中的各系數(shù)。上文提到，結(jié)垢阻力降是系統(tǒng)阻力降與額定阻力降的差值，為能夠?qū)崟r(shí)掌握鍋爐的結(jié)垢情況，需要對(duì)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3 鍋爐結(jié)垢狀態(tài)與爐管清洗時(shí)間集中監(jiān)測(cè)

某油田2017-2019 年分三期進(jìn)行建設(shè)與研究，在注汽鍋爐下位機(jī)程序中完成注汽鍋爐清垢算法部署，累計(jì)部署27 臺(tái)鍋爐，并將相關(guān)監(jiān)控點(diǎn)接入SCADA 系統(tǒng)，實(shí)時(shí)集中監(jiān)測(cè)結(jié)垢狀態(tài)與清垢時(shí)間，通過監(jiān)測(cè)鍋爐進(jìn)、出口壓力差值，結(jié)合額定工況下鍋爐阻力，計(jì)算鍋爐結(jié)垢阻力，判斷鍋爐爐管結(jié)垢狀態(tài)，掌握最佳清垢時(shí)期。

鍋爐爐管結(jié)垢監(jiān)測(cè)功能顯示鍋爐入口壓力、結(jié)垢阻力降、總阻力降和清管周期評(píng)估值，同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示爐管結(jié)垢狀態(tài)。當(dāng)結(jié)垢阻力降值達(dá)到上限時(shí)，結(jié)垢報(bào)警指示由灰色變成紅色，并不停地交替閃爍，同時(shí)系統(tǒng)外部聲光報(bào)警器啟動(dòng)，發(fā)出聲光報(bào)警。具體如圖2 所示。

SCADA 系統(tǒng)中開發(fā)鍋爐預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)鍋爐爐管結(jié)垢狀態(tài)、鍋爐清垢時(shí)間實(shí)時(shí)、集中監(jiān)控。根據(jù)結(jié)垢狀態(tài)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并推算鍋爐清洗時(shí)間，為鍋爐過熱運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及實(shí)施爐管清洗計(jì)劃提供數(shù)據(jù)參考。

3 應(yīng)用效果

選取某臺(tái)鍋爐2018 年10 月至2019 年7 月的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析：2018 年10 月至2019 年6 月，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，鍋爐結(jié)垢阻力降上升、剩余清管天數(shù)減少，6 月14 日安排清管后，結(jié)垢阻力降下降至0.37 MPa 以下，剩余清管天數(shù)增加至850 天（系統(tǒng)最大值），且超過2 年的時(shí)間間隔。從圖3 的應(yīng)用效果可以看出，通過濕蒸汽鍋爐清垢周期算法的研究、建立與實(shí)施運(yùn)行，可以為鍋爐的清垢、酸洗工作以及清管后鍋爐安全運(yùn)行提供有力保障。

基于鍋爐清垢周期算法所得結(jié)果，對(duì)結(jié)垢狀況嚴(yán)重、結(jié)垢阻力降接近安全限值的鍋爐進(jìn)行清垢，可防止鍋爐爆管，提高鍋爐熱效率。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

鍋爐是稠油生產(chǎn)的生命線，在當(dāng)前高溫、高礦化度鍋爐用水的生產(chǎn)條件下，爐管結(jié)垢不可避免，過早清洗鍋爐會(huì)縮短爐管壽命、過晚清洗會(huì)增加爆管概率。應(yīng)用濕蒸汽鍋爐清垢周期算法研究，確定評(píng)估鍋爐爐管結(jié)垢狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)、明確鍋爐結(jié)垢規(guī)律、建立清垢周期準(zhǔn)確的算法，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐結(jié)垢程度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、鍋爐爐管清垢時(shí)間實(shí)時(shí)預(yù)估，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行和提高生產(chǎn)實(shí)際效率具有十分重要的作用。