注汽锅炉过热及提效改造技术探析

油田过热注汽锅炉作为稠油热采技术的核心设备，承担着为开采过程提供所需蒸汽的重要任务。这种锅炉只有在正常且稳定的过热运行状态下，才能够生成温度高、比容大、热焓值高且过热度达标的优质过热蒸汽，进而有效提升稠油的采收效率，为油田生产带来显著的经济效益[1]。然而，若过热注汽锅炉无法维持正常的过热运行状态，不仅会直接干扰稠油生产的正常流程，降低生产效率，更有可能引发一系列严重的安全生产事故，对人员生命安全和油田财产造成巨大损失。

在当前油田生产实践中，出于节能环保以及维持热平衡与水平衡的考虑，大量经过水质净化与软化处理的稠油热采污水被回用至注汽锅炉中。这一举措对于推动油田的可持续发展具有深远意义，既减少了水资源的浪费，又降低了污水排放对环境的影响。然而，过热注汽锅炉对水质有着极为严苛的要求。回用的高温净化水尽管已经过处理，但仍呈现出高矿化度（即高盐）、高二氧化硅含量以及多颗粒物杂质等特征。在这样的水质条件下，过热锅炉常常出现异常饱和运行的情况，具体表现为过热度无法达到标准要求。这种异常运行状态不仅大幅增加了锅炉及其附属设备在安全与经济运行方面的风险与成本，更导致锅炉只能生成热焓值相对较低的饱和蒸汽，进而严重影响了稠油热采的开发效果。鉴于此，深入分析并探究油田过热注汽锅炉在回用净化水条件下过热度不达标的原因，并提出切实可行的解决对策，对于确保注汽锅炉的安全经济运行以及保障稠油的高效开采，具有至关重要的现实意义。

1 油田过热注汽锅炉

1.1 基本结构

稠油热采过热注汽锅炉的结构，由于过热锅炉是在湿蒸汽锅炉基础上发展而来的，通过在辐射段蒸汽出口处增加汽水分离及掺混系统（该系统包含汽水分离器、液位调节阀、掺混器等），并在锅炉本体的过渡段与对流段之间增加过热段实现了过热蒸汽的产生[2]。

1.2 水汽流程

处理后的净化水进入柱塞泵升至工作压力，在水-水换热器中预热后进入对流段；水在对流段中经高温烟气对流换热后，再进入辐射段继续加热蒸发，使其转变为干度为 75%～80% 的高温高压湿饱和蒸汽；一定干度的湿饱和蒸汽再进入汽水分离器进行汽水分离，分离出的干蒸汽借助汽和水的密度差在分离器内呈螺旋上升运动并形成汽柱，而饱和含盐水则旋转下降，从而达到水汽分离的目的，干蒸汽再经分离器顶部进入过热段被二次加热成过热蒸汽，而饱和水则经分离器底部进入掺混管路，饱和水掺混管路上安装有电动流量调节阀（液位调节阀），控制分离器的液位及流经掺混管路的水量；从过热器出来的过热蒸汽与饱和水在掺混器中充分混合后进入注汽管网。

2 过热度不达标情况

某区块的过热锅炉给水在采用除氧的清水软化水期间，运行状况良好，自 2011 年开始回用净化水后，锅炉异常饱和运行现象逐年显现，过热度频繁不达标（过热锅炉在一定的燃烧功率下始终达不到过热的条件，无法产生 100% 干度且过热度在 1~25℃之间的过热蒸汽，只能产生干度 <100% ，且干度不可控，没有过热度的饱和蒸汽），致使过热运行合格率呈逐年下降趋势，2016—2019 年该区块内过热锅炉过热运行合格率变化趋势可知，截至 2019 年底，该区块供汽联合站 A 供汽站和 B 供汽站过热锅炉过热运行的月均合格率已分别降至 57.57% 和 77.92% ，说明随着污水的反复净化回用，锅炉过热运行现状越发不容乐观。

3 提效改造技术

3.1 过滤给水杂质，避免锅炉各部位堵塞

通过在锅炉前端柱塞泵进口管线上安装自清洗过滤器，利用其内置的高过滤精度滤网（ 500μm ）直接拦截给水中因沿途管线内壁腐蚀垢剥离而产生的大颗粒物、悬浮物等杂质，减少过热锅炉各部位清垢频次[3]。

3.2 掺清水降低给水矿化度、二氧化硅含量，缓解炉管、掺混管线析盐结垢

经计算，当净化水与清水掺混体积比为 4:6 时，掺混水水质可满足指标要求（ 化度≤2500mg/L，SiO2≤100mg/L ）。

3.3 改进球型分离器引压管线，缓解堵塞，减少虚假液位现象

在分离器内部结垢不严重的情况下，及时疏通引压管线可使分离器恢复正常液位，故试点改造某台过热锅炉汽水分离器的差压引压管线，通过在引压管线末端安装三通和排污阀，实现了引压管线的实时排污。

3.4 掺混系统管路增设过滤排污装置，缓解液位调节阀阀笼、掺混器喷嘴堵塞

在汽水分离器饱和水出口到液位调节阀间的掺混流程管线上增设过滤排污装置，并及时在线排污，减少杂质堆积造成堵塞，有效避免阀笼频繁堵塞、阀杆卡阻等。

4 结语

1）油田过热注汽锅炉回用净化水条件下过热度不达标现象较为频繁是多方面原因共同作用的结果，主要包括各段炉管和掺混器压降高、汽水分离器液位异常等。其中，压降高与结垢、堵塞有关；液位异常除了受结垢、堵塞影响外，还与分离器自身结构对回用水水质的适应性相关。

2）着重从提高锅炉设备对当前水质适应性方面采取了一系列对策措施，通过对过热锅炉工艺流程的改进调整，缓解了过热度频繁不达标的情况。另外，还可以从以下 3 点继续改进：a.改进汽水分离器排污口。在排污口加装自动排污装置，定时开阀在线排污；改造球型分离器十字消旋板，去除排污口附近部分挡板面积，增大排污流通面积，减缓分离器内部盐垢及杂质的严重堆积。b.优化汽水分离器液位值。合理控制含盐饱和水的掺混流量流速，使之形成紊流，增大湍动能，直接将掺混器喷嘴处析出盐分带走，减缓喷嘴结垢堵塞喷孔。c.优化清垢工艺。可开展超声波防垢、除垢技术在油田注汽锅炉的适用性研究，以期解决目前现场所采用的化学、物理清垢只能除垢而不能防止设备结垢的现状。

上述对策和建议对同行类似问题有一定借鉴参考作用。从长远来看，从回用水水质上加以改善效果会更好。

参考文献：

[1]张晓彩,林森明,周建平,等. 过热油田注汽锅炉用新型掺混器的设计与应用[J].工业锅炉,2020,(01):38-41.

[2]刘建桥,王飞,卢新萍,等. 过热注汽锅炉烟气余热回收节能技术研究及应用[J].石油石化节能,2019,9(03):29-31+34+9.

[3]王璐,晏永飞,王月,等. 注汽锅炉蒸汽过热爆管预警装置研究与应用[J].辽宁石油化工大学学报,2018,38(06):81-85+92.