周吉偉

（中石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著新疆油田稠油開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，國(guó)家西氣東輸戰(zhàn)略和天然氣優(yōu)先保障民用的要求，常規(guī)天然氣注汽鍋爐面臨著天然氣供不應(yīng)求及漲價(jià)的雙重壓力，燃料成本成為制約稠油開(kāi)發(fā)規(guī)模的重要因素。同時(shí)隨著稠油開(kāi)發(fā)，油田污水的再利用也是油田可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，研發(fā)適應(yīng)稠油熱采需求的新型燃煤注汽鍋爐，轉(zhuǎn)換燃料結(jié)構(gòu)，回用采出污水熱能，降低注汽成本，成為一項(xiàng)急需攻克的難題。

1 背景及存在問(wèn)題

1.1 循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用于稠油注汽的背景

新疆油田注汽用循環(huán)流化床鍋爐的型號(hào)是TG-130/9.5-M，鍋爐容量130 t/h，額定蒸汽壓力9.5 MPa，過(guò)熱蒸汽溫度330～350 ℃，排污率≤10%，鍋爐熱效率＞90%，為高溫高壓?jiǎn)五佂病⒆匀谎h(huán)∏形布置的燃煤循環(huán)流化床鍋爐。與目前國(guó)內(nèi)外的循環(huán)流化床鍋爐相比，其最大的區(qū)別就是該鍋爐的介質(zhì)是60%稠油凈化污水軟化水與清水軟化水摻混運(yùn)行，而非無(wú)鹽水[1]。特殊的介質(zhì)造就了特殊的水汽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行管理方式。

1.2 高礦化度水用于循環(huán)流化床鍋爐存在問(wèn)題

該鍋爐以稠油污水凈化軟化水為主。鍋爐給水在進(jìn)入鍋筒后，由于飽和蒸汽的蒸發(fā)，爐水中的含鹽量會(huì)濃縮增加。為了確保鍋筒和水冷壁管在運(yùn)行中不產(chǎn)生腐蝕，對(duì)鍋爐給水品質(zhì)要適當(dāng)控制。開(kāi)始階段鍋爐給水采用60%凈化污水軟化水加40%清水軟化水，控制鍋爐給水的總礦化度在2000 mg/L 左右。在安全運(yùn)行一定時(shí)間后，逐步增加回用軟化水，降低清水軟化水比例。凈化軟化水和清水軟化水水質(zhì)全分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 凈化軟化水、清水軟化水水質(zhì)全分析

為了適應(yīng)高礦化度的鍋爐用水，鍋爐的汽水循環(huán)系統(tǒng)包括鍋筒、大直徑集中下降管、水冷壁、水冷屏、蒸發(fā)管和汽水引出管。鍋筒設(shè)置分段蒸發(fā)系統(tǒng)[2]，鍋筒中部為凈段，兩側(cè)為鹽段。鍋筒中凈段的水進(jìn)入爐膛內(nèi)的水冷壁和水冷屏進(jìn)行蒸發(fā)，鹽段礦化度較高的水進(jìn)入尾部煙道的蒸發(fā)管進(jìn)行蒸發(fā)。

由于鍋爐給水品質(zhì)較差，礦化度達(dá)到2000 mg/L，在鍋筒內(nèi)由于爐水蒸發(fā)濃縮，爐水的含鹽量更高。為確保鍋爐安全運(yùn)行，鍋筒內(nèi)分設(shè)鹽段和凈段，分段蒸發(fā)，控制鍋筒內(nèi)鹽段電導(dǎo)率≤35 000 mg/L。并加大爐水排污率，但是控制排污率≤10%。

雖然鍋爐的水汽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是針對(duì)高礦化度的油田凈化污水設(shè)計(jì)的，但是在生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的過(guò)程中，受油田注汽生產(chǎn)的負(fù)荷變化大、點(diǎn)停爐多的影響，爐管結(jié)垢和爐管內(nèi)垢層脫落，造成管路阻力增大甚至堵塞管路，鍋爐爐管局部過(guò)熱強(qiáng)度下降而爆管，同時(shí)在應(yīng)急處置過(guò)程中鍋爐爐管溫度的急劇變化和振動(dòng)，造成其他部位的垢層脫落，形成循環(huán)流化床鍋爐并聯(lián)爐管的連續(xù)堵塞爆管，嚴(yán)重影響循環(huán)流化床鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)隨著稠油開(kāi)采輪次的增加，油田凈化污水軟化水的礦化度從設(shè)計(jì)時(shí)的2000 mg/L 上升至6000 mg/L，地層中的鹽分隨著油田原油采出液進(jìn)入系統(tǒng)，在目前無(wú)新增除鹽工藝的情況下，鍋爐用水的礦化度還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。鍋爐在生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的過(guò)程中，鍋爐給水經(jīng)過(guò)10 倍濃縮蒸發(fā)（設(shè)計(jì)為10 的濃縮倍率），鍋筒內(nèi)的爐水礦化度高達(dá)35 000 mg/L，高鹽度的水不可能無(wú)限制的外排，最終在鍋爐的自然循環(huán)管路中汽化，鹽垢析出附著在爐管內(nèi)壁，影響鍋爐的安全運(yùn)行。

循環(huán)流化床鍋爐投運(yùn)至今，逐漸出現(xiàn)爐管結(jié)垢堵塞爆管泄漏事件（圖1、圖2）。分析垢樣，主要成分為含鈉的硅酸鹽，推斷結(jié)垢的主要原因是二氧化硅（SiO2）和鈉含量高（表2）。

圖1 爐管結(jié)垢以及下集箱內(nèi)垢片堆積

圖2 垢片堵塞爐管后爐管過(guò)熱爆管

表2 油田用循環(huán)流化床注汽鍋爐爐管垢樣成分分析

2 清垢工藝優(yōu)選

2.1 常規(guī)清垢工藝的應(yīng)用難點(diǎn)

目前油田注汽鍋爐常用的清垢方式為物理清垢和化學(xué)清垢。在油田注汽用循環(huán)流化床鍋爐清垢方式選擇初期，受限于特殊的管路結(jié)構(gòu)，常規(guī)投球、水射流等物理清垢工藝都不能解決自然循環(huán)并聯(lián)管束讓管多（變向程度大）、管徑小（Ф51×5 mm）、單獨(dú)管束的密閉穩(wěn)壓?jiǎn)栴}，優(yōu)先選擇化學(xué)藥劑除垢工藝。清垢施工工藝為堿煮→酸洗→滲透浸泡→再酸洗→再堿煮→再酸洗→再滲透浸泡→再酸洗→漂洗→鈍化→水洗的過(guò)程。堿煮使用為3%的NaOH 堿液，酸洗使用為6%～10%鹽酸+2%～5%助溶劑+2%抗氧化緩蝕劑的清洗液，滲透浸泡使用為用堿中和后加入7%滲透劑。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，化學(xué)清垢效果不好的原因有4 個(gè)：①垢主要為硅酸鹽、碳酸鹽、鈉鹽、鐵鹽等復(fù)合型垢，常規(guī)的藥劑無(wú)法溶解；②鍋爐爐管垢層厚度不均勻，呈現(xiàn)自上而下遞增的趨勢(shì)，在下集箱出口的管束內(nèi)，垢層最厚達(dá)到5 mm，而在上集箱進(jìn)口的管束內(nèi)沒(méi)有垢，造成藥劑配方很難做到在不腐蝕爐管的情況是完全溶垢；③主要還是并聯(lián)管束中存在藥劑流量不均勻，尤其是垢層越厚，藥劑流通量越小，甚至出現(xiàn)垢堵的爐管無(wú)藥劑流通的情況；④垢層被溶解后，垢成片狀、塊狀剝離脫落，順著管束下落，在轉(zhuǎn)向處堆積堵管，而化學(xué)清洗工藝無(wú)法逐根沖洗，造成化學(xué)清洗后堵管的數(shù)量大幅增加的后果。

2.2 高壓水射流+內(nèi)窺鏡清垢技術(shù)

針對(duì)上述問(wèn)題，急需新型清垢工藝，經(jīng)過(guò)3 個(gè)階段的試驗(yàn)優(yōu)化，將管道疏通技術(shù)引入流化床鍋爐并聯(lián)管束清垢工藝，不斷改進(jìn)優(yōu)化最終形成高壓水射流[3]+內(nèi)窺鏡技術(shù)，徹底解決鍋爐垢堵問(wèn)題。

（1）自制清垢工具，利用管道疏通機(jī)將帶著鋼球、鋼絲球、布包的鋼絲，利用自制放管器準(zhǔn)確定位集箱內(nèi)管束管口位置，利用摩擦力量逐根疏通清理水冷壁、水冷屏等并聯(lián)管束內(nèi)部垢皮（圖3）。高壓空氣、軟化水對(duì)鍋爐水冷壁、水冷屏等并聯(lián)管束內(nèi)部進(jìn)行沖洗，確保垢皮清理干凈，管束通暢。

圖3 自制的清垢工具

（2）油田采用驅(qū)動(dòng)壓力為70 MPa、動(dòng)力源為電機(jī)的GS70 高壓水射流清洗機(jī)自行定制萬(wàn)向水射流槍頭、高壓軟管，解決槍頭在管束內(nèi)轉(zhuǎn)向的難題，定制放管器密封管口，實(shí)現(xiàn)高壓水向下集箱流沖洗清垢的作用。再用內(nèi)窺鏡逐根檢查爐管清垢效果，保障管線暢通，垢層剝離，清垢效果如圖4 所示。

圖4 高壓水射流+內(nèi)窺鏡技術(shù)的清垢及效果

3 高壓水射流+內(nèi)窺鏡清垢技術(shù)的推廣應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)利用鍋爐的年度檢修，采用高壓水射流+內(nèi)窺鏡技術(shù)對(duì)鍋爐自然循環(huán)管路進(jìn)行清垢作業(yè)，解決鍋爐運(yùn)行過(guò)程中垢堵爆管的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鍋爐使用高礦化度的油田凈化污水的油田開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，保障鍋爐的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在循環(huán)流化床鍋爐使用成功后，大范圍推廣應(yīng)用到新疆油田其他使用油田凈化污水的循環(huán)流化床鍋爐上，避免因油田開(kāi)采程度的加深，鍋爐水質(zhì)變化，使現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐頻繁垢堵爆管無(wú)法正常使用，盤(pán)活新疆油田7 臺(tái)額定蒸發(fā)量為130 t/h 的循環(huán)流化床燃煤鍋爐，保證稠油熱采高品質(zhì)蒸汽的穩(wěn)定供應(yīng)，保障新疆油田的稠油穩(wěn)產(chǎn)。