蒸汽熱采項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法

摘要介紹了蒸汽熱采鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的事項(xiàng)，其中包括注汽鍋爐，除氧器的選型，鍋爐給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)高溫高壓蒸汽用管道、閥門(mén)、保溫及注汽采油樹(shù)提出了技術(shù)要求。關(guān)鍵詞:注蒸汽鍋爐高溫高壓管閥選用蒸汽熱采項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法項(xiàng)目概述鍋爐形式選擇除氧器的選用設(shè)計(jì)鍋爐給水系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)閥門(mén)與保溫鍋爐及壓力容器鋼印熱采井口部分該蒸汽熱采項(xiàng)目是蘇丹第一個(gè)熱采項(xiàng)目,系統(tǒng)規(guī)模為32t/h，設(shè)計(jì)壓力12MPa,設(shè)計(jì)溫度為325℃。采用汽包鍋爐，自然循環(huán)，全膜式壁，正壓燃燒的燃?xì)忮仩t，操作壓力為8MPa，操作溫度為305℃，保證一定的過(guò)熱度，滿足井口注蒸汽的干度要求。燃料：采用油田伴生氣，供氣壓力0.5MPa。水源：自水源井，經(jīng)水處理系統(tǒng)處理后,再經(jīng)緩沖罐和兩臺(tái)多級(jí)離心式鍋爐給水泵供給鍋爐。水質(zhì)指標(biāo)滿足ASME汽包鍋爐水質(zhì)要求。儀表風(fēng)系統(tǒng)：站內(nèi)設(shè)置一套儀表風(fēng)系統(tǒng)，供氣壓力0.7~0.9MPa?？刂疲赫麄€(gè)注汽系統(tǒng)采用DCS控制，滿足業(yè)主的要求。

鍋爐爐型選擇應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇。對(duì)于蒸汽系統(tǒng)鍋爐，民用及電站一般采用汽包鍋爐（Drum-type），而在注蒸汽熱采工程中，國(guó)內(nèi)外普遍采用的是油田專用注汽鍋爐，鍋爐形式為直流鍋爐（Once-through）。本項(xiàng)目由國(guó)外設(shè)計(jì)院做基本設(shè)計(jì)，我公司做詳細(xì)設(shè)計(jì)。在爐型選擇上，我們經(jīng)過(guò)技術(shù)比較，及現(xiàn)場(chǎng)考察，提出了采用注蒸汽直流鍋爐代替基本設(shè)計(jì)所選用的汽包形式鍋爐，并向業(yè)主提出技術(shù)澄清，但由于多方面原因，業(yè)主依然堅(jiān)持采用基本設(shè)計(jì)所采用的汽包鍋爐。兩種爐型的結(jié)構(gòu)圖：注蒸汽鍋爐爐型對(duì)比直流鍋爐汽包鍋爐適用于任何壓力使用壓力范圍低于直流（8~12Mpa小噸位爐國(guó)內(nèi)外極少見(jiàn)）重量輕，金屬耗量小金屬耗量較直流多10%~15%，(僅單個(gè)汽包直徑達(dá)0.8mx6m，壁厚80mm)制造、安裝及運(yùn)輸方便制造周期較長(zhǎng)，運(yùn)輸體積大水容積小水容積大，蓄熱能力較高調(diào)節(jié)反應(yīng)快，可迅速啟停調(diào)節(jié)反應(yīng)慢工業(yè)、大型電力等高參數(shù)，大容量蒸汽需求場(chǎng)合民用、工業(yè)、電力以下是兩種爐型的對(duì)比：由上表可以看出，無(wú)論是適用性、經(jīng)濟(jì)性、操作運(yùn)行及維護(hù)方面，直流鍋爐均比汽包鍋爐更適合本次蒸汽熱采項(xiàng)目。因此，在以后的同類項(xiàng)目中，爐型選擇是著重注意的問(wèn)題。根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)：12MPa壓力下汽包爐給水氧含量應(yīng)不超過(guò)7ug/L。在本項(xiàng)目基本設(shè)計(jì)中，采用熱力除氧器，可確保給水中氧含量不超過(guò)7μg/L，CO2含量幾乎為0。但是為了滿足鍋爐給水泵入口汽蝕余量要求，除氧器需要高位設(shè)置，一般設(shè)置在7~10米高的操作平臺(tái)上，利用高度產(chǎn)生的靜壓來(lái)改善給水泵入口的汽蝕性能。對(duì)于一個(gè)尺寸約6.0mx5.0mx5.5m的撬裝設(shè)備來(lái)說(shuō)，采用7~10米高的鋼平臺(tái)造價(jià)高昂，操作、維護(hù)也較麻煩。優(yōu)化設(shè)計(jì)：詳細(xì)設(shè)計(jì)采用低位熱力除氧器，布置在0米層，采用消除汽蝕裝置與給水加壓裝置，保證鍋爐給水泵不發(fā)生汽蝕，大大降低了土建造價(jià)，安裝簡(jiǎn)單快捷，便于維護(hù)保養(yǎng)。除氧器高位布置除氧器低位布置鍋爐給水采用兩臺(tái)（一用一備）離心泵作為給水泵，給水泵出口總管設(shè)置流量控制閥。離心泵為防止氣蝕和過(guò)熱，需泵保護(hù)系統(tǒng)即最小流量控制，主要有以下四種形式：*設(shè)置手動(dòng)旁路閥

誤差較大，一般不常使用或不單獨(dú)使用。*設(shè)置旁路和限流孔板

準(zhǔn)確度較差，

壓差較大，易引起管線振動(dòng)和噪聲，旁路流量增大了泵的能力和操作費(fèi)用。*設(shè)置旁路自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)

造價(jià)昂貴，維護(hù)費(fèi)用高。旁通閥開(kāi)啟瞬間，降壓劇烈，水流湍急，導(dǎo)致旁路系統(tǒng)汽穴腐蝕。*設(shè)置自動(dòng)再循環(huán)閥具有流量感知、止回，旁通控制和多級(jí)降壓四種功能，簡(jiǎn)化旁通回流系統(tǒng)，主路止回閥，開(kāi)啟與旁通由機(jī)械聯(lián)動(dòng)，，隨時(shí)可保證泵需要的回流量，對(duì)泵可提供即時(shí)保護(hù)。圖-1設(shè)置旁路自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖-2帶有自動(dòng)再循環(huán)閥的給水系統(tǒng)圖

本項(xiàng)目采用帶自動(dòng)再循環(huán)閥的給水系統(tǒng)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，旁通多級(jí)減壓，減少了突然降壓帶來(lái)的汽蝕，整個(gè)系統(tǒng)安裝維護(hù)費(fèi)用低。在閥的選型中應(yīng)注意，對(duì)于高壓給水,應(yīng)選擇高壓型多級(jí)減壓式旁路，可消除高速流動(dòng)介質(zhì)產(chǎn)生的噪聲，防止氣蝕和閃蒸對(duì)閥門(mén)元件的破壞。由于鍋爐及燃燒系統(tǒng)均由廠家提供，在采購(gòu)技術(shù)書(shū)中一定要明確供貨范圍及相關(guān)的技術(shù)要求，同時(shí)也要滿足業(yè)主的相關(guān)要求。鍋爐為撬裝結(jié)構(gòu)，附全自動(dòng)燃燒器，根據(jù)業(yè)主要求燃燒器采用進(jìn)口全自動(dòng)燃燒器，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。燃燒器采用比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比應(yīng)大于6:1，并且能滿足鍋爐110%負(fù)荷要求。燃燒器應(yīng)能適應(yīng)業(yè)主提供的燃料氣的組分要求。燃燒器應(yīng)為低氮型，氮氧化物排放濃度不高于200mg/Nm3。燃燒器入口燃?xì)鈮毫?.5Mpa，鍋爐供貨范圍應(yīng)包括燃?xì)庹{(diào)壓、計(jì)量、安全閥、吹掃、發(fā)散及燃?xì)鈾z漏等裝置。燃燒器應(yīng)具有燃?xì)忾y組的檢漏、點(diǎn)火、熄火保護(hù)、燃?xì)鈮毫ΡＷo(hù)、風(fēng)壓保護(hù)、負(fù)荷調(diào)節(jié)等過(guò)程全部自動(dòng)控制的功能。中石化江漢石油工程設(shè)計(jì)有限公司在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本設(shè)計(jì)中對(duì)鍋爐設(shè)備是否帶“S”鋼印，即蒸汽動(dòng)力鍋爐ASME認(rèn)證，并未做具體要求，在技術(shù)規(guī)格書(shū)和采購(gòu)文件中也未提及，在定標(biāo)前，我們就鍋爐是否帶“S”鋼印及時(shí)與監(jiān)理、業(yè)主溝通，并最終根據(jù)業(yè)主的要求加蓋“S”鋼印，壓力容器均需蓋“U”鋼印。經(jīng)了解，對(duì)于本項(xiàng)目鍋爐設(shè)備是否帶鋼印，價(jià)格相差大約在30~50萬(wàn)左右，這個(gè)也是我們?cè)谧鰢?guó)外項(xiàng)目中需要注意的問(wèn)題，應(yīng)在項(xiàng)目的投標(biāo)階段加以明確，以免造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。ASME鋼印密封材料耐溫耐壓圖表在以往油氣田地面工程設(shè)計(jì)中，使用溫度最高也就是導(dǎo)熱油，設(shè)計(jì)溫度大約200℃左右，閥門(mén)密封一般采用PTFE，VITON，PEEK等非金屬密封材料。軟密封最高使用溫度不超過(guò)260℃。

在蒸汽熱采項(xiàng)目中,應(yīng)采用金屬制閥座材料,即硬密封閥門(mén)，密封面堆焊13Cr或STL。同時(shí)閥門(mén)采用增強(qiáng)柔性石墨填料，使用溫度可達(dá)425℃，滿足輸送高壓蒸汽的要求。

閥門(mén)壓力等級(jí)根據(jù)ASME16.5標(biāo)準(zhǔn)鋼制閥門(mén)壓力-溫度等級(jí)表選用1500#等級(jí)，端面采用RTJ形式或直接焊接形式，內(nèi)漏應(yīng)滿足API598《閥門(mén)的檢查和試驗(yàn)》規(guī)定。普通支座保溫支座管道直接與鋼結(jié)構(gòu)接觸產(chǎn)生熱橋問(wèn)題，熱損失較大，易引起人員燙傷，干度（蒸汽含水量）不能保證。保溫管托，底部采用PTFE摩擦副，保證管道系統(tǒng)的安全性，無(wú)熱橋問(wèn)題，保溫效果好。工作管與支座焊接

對(duì)于注氣管線,根據(jù)資料顯示注氣管線熱損失占整個(gè)系統(tǒng)熱損失25%,在稠油熱采工程中，保證注蒸汽干度是非常重要的,應(yīng)盡量降低管線熱損失,提高管線保溫效果。保溫材料選擇硅酸鈣，厚度可按材料導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算或根據(jù)業(yè)主保溫規(guī)格書(shū)選取。管道支座采用保溫支座。保溫材料保溫材料保溫支座與普通支座比較

、溫度類別適用溫度范圍℃溫度類別適用溫度范圍℃K-50～82U-18～121L-46～82V2～121P-29～82X-18～176（熱采）R4～49Y-18～343（熱采）S-18～66Z-18～380（熱采）T-18～82考慮采油樹(shù)耐高溫的問(wèn)題,針對(duì)本項(xiàng)目,井口轉(zhuǎn)置和采油樹(shù)應(yīng)滿足下表要求,除設(shè)計(jì)符合API6A規(guī)范要求外,工作壓力應(yīng)滿足3000PSI,溫度級(jí)別應(yīng)根據(jù)溫度范圍按下表選用:現(xiàn)有的采油樹(shù)作為注蒸汽井應(yīng)考慮得問(wèn)題：耐壓：不成問(wèn)題,工作壓力一般為21~35Mpa,耐溫：一般不超過(guò)120℃,蒸汽溫度325℃。對(duì)業(yè)主的建議：考慮耐高溫問(wèn)題，井口轉(zhuǎn)置和采油樹(shù)應(yīng)滿足下表要求,除設(shè)計(jì)符合API6A規(guī)范要求外,工作壓力應(yīng)滿足3