导热油炉系统在苏里格天然气处理厂的应用

2020-10-19陈喜军乔泽伟姚兴苗忠才

石油研究 2020年2期

陈喜军乔泽伟姚兴苗忠才

摘要：由于导热油炉系统具有节能、高效、管理方便、安全可靠等优点，，在苏里格天然气处理厂被广泛应用。本文简述导热油炉系统工艺流程、设备选型和主要设备，着重论述了导热油炉系统的主要特点，最后总结出该供热系统突出的优点以及在应用中应注意的问题，在油田生产中具有广阔的应用前景。

关键词：导热油炉;天然气处理厂;节能;应用

1 导热油炉系统运行情况

目前，苏里格天然气处理厂共有6套供热系统，分别位于6座天然气处理厂。供热设备主要为燃气蒸气锅炉和燃气导热油炉，其中燃气导热油炉应用的更广泛，可以提供低压高温的稳定热源，具有安全性高、热效率高和自动化程度高等优点。

1.1 导热油系统工艺流程

经注油泵撬（含注油泵）将储油罐内的导热油送入导热油炉，在炉内加热至200 ℃，经热媒循环泵循环加压到 0.7MPa后，进入导热油主管网;然后输送至甲醇污水预处理浮头式换热器对含醇污水进行加热;输送至甲醇回收重沸器，分别对塔底水进行加热;输送至凝液换热器，对含各区块来排液进行加热;输送至全厂管网热水换热器。下面是导热油系统的简图。

1.2 导热油系统的优点

与明火直接加热系统比较：导热油系统均匀的热传递可以做到准确地控制温度;可以使加热炉安装在远离油气处理的区域，从而减小了危险等级;此外，导热油系统可以用1台加热炉为多个用热设备提供热量。

与蒸汽加热系统比较：导热油加热系统可在常压（或低压）运行，减少了高压蒸汽管线、特殊的放空管、闪蒸罐和压力控制等装置，大幅度降低了系统初期投资;避免了蒸汽管线的冷凝损失;正常操作条件下使用导热油不易造成系统的腐蚀和结垢，维修量较小，同时也可节省处理锅炉排污水以免污染环境的费用。

总之，使用导热油加热系统在处理厂应用中突出优点为：设计简单，降低安全隐患，操作上的适应性强，容易操作，初投资低，能源利用率高。

2 导热油炉系统主要设备

导热油炉系统一般由导热油炉本体、燃烧器、导热油循环泵等组成。

2.1 主要设备设计选型

导热油炉是导热油供热系统的运行中心，应能满足导热油供热系统的运行、监控和维护要求。设计时，首先应根据热用户的要求，在技术经济比较的基础上去确定供热系统、供热参数。然后按照供热系统及参数选择导热油的种类及导热油炉的型号及燃料的燃烧方式，最后进行导热油炉系统的设备平面布置和管道安装设计。

（1）导热油加热站设计负荷计算：

（2）导热油炉台数的计算：

（3）导热油加热站总循环油量计算：

（4）导热油供回油温度的确定：

导热油供油温度，应能满足用户用热温度的要求，但不超过导热油的允许使用温度。导热油的回油温度，t2 一般低于t1 约10～20 ℃。虽然导热油的供油温度越高，对加热越有利，但在导热油循环过程中，油品一般都具有一定的挥发性，如导热油的供油温度过高，将导致油品的挥发量加大，甚至引起油品的品质发生变化，带来严重的后果。因此导热油的供油温度不宜定的定的过高，应根据油品的具体性质来确定导热油的供油温度，一般导热油的供油温度以高于被加热介质的50～80 ℃为宜。

（5）单台导热油炉的循环油量的确定：

GE = G/N kg/h

当单台导热油炉的循环油量确定后，应验算油加热炉受热面范围内的导热油流速。导热油在炉中的流速必须在湍流状态。若导热油在炉管中处于滞留时，沿管壁流动的油膜将会变厚，当热强度增大，管壁温度超过油膜允许温度时，导热油就会发生裂解、聚合、结焦、积炭等反应，破坏导热油的性能，甚至烧坏炉管所以必须严格控制导热油在炉管中的流速，才能保证导热油的性能和导热油炉的使用寿命。导热油炉的流速，国外文献推荐为2～4 m/s。

2.2 导热油炉本体

导热油炉以天然气为燃料，燃料在导热油炉膛内燃烧产生热量，分别以辐射和对流的形式将热量传递给中间热载体（导热油），携带热能的中间热载体在循环泵作用下在各换热设备中与用热工质进行换热，从而将热量传给用热工质，实现加热的目的。换热后的导热油在热媒油循环泵作用下，重新返回到导热油炉进行再加热，如此实现连续循环加热。下面是导热油炉的基本参数。

2.3 燃烧器

系统采用威索燃气燃烧器，具有燃气过滤、减压、稳压、检漏、压力保护等多项安全装置。可根据热负荷进行全自动调节，从而确保整套系统安全、高效、稳定的运行。燃气量在高负荷和低负荷之间连续调节。下面是燃烧器的基本参数。

3 导热油炉系统的主要特点

通过几个处理厂的运行证明，该系统不但满足运行安全可靠、操作简便实用、节省工程投资的设计原则，而且与传统的供热系统相比，还具有以下优点。

3.1 节能环保

首先由于采用小負荷的管式加热炉效率不足60 %，况且随着加热炉负荷的减小效率也降低;蒸汽锅炉能源综合利用率也不足50 %，而且排污余热和乏汽无法回收利用。即使采用传统加热炉和导热油炉相组合的供热方式，由于负荷的分散导致单台加热炉效率和排烟的热损失也会使一次能源的综合利用率大打折扣。其次因为导热油供热系统采用的是低压闭路循环，不存在排放热损失。与蒸汽加热方式相比，在较低的压力下可获得较高的温度，无需外界能量获得高压。而且由于导热油物性的特殊性，随着温度的升高热油黏度不断减小，系统阻力降低，节省了外部能量。

3.2 安全可靠

第一，由于使用的导热油为矿物油或合成油，具有凝固点低、燃点高且无腐蚀性等特点，解决了运行过程中对炉管和供热管网的腐蚀穿孔以及产生饱和蒸汽压等问题;第二，由于采用了间接加热，适合于加热原油、天然气等易燃介质，可有效降低使用直接加热而导致炉管局部过热或穿孔酿成的火灾危险;第三，因为导热油炉燃烧器使用的自控程度较高，能根据介质流量自动调节负荷的性能，且和异常状态作了连锁保护功能，系统运行稳定、安全可靠。

3.3 自动化程度高，可做到无人值守

因为导热油炉所配用的燃烧器采用了先进、成熟、可靠的智能全自动控制系统，具备自动温度显示、恒温保护、超温报警以及燃烧过程自动控制等功能，并具有多重保护和可靠监控装置。除实现无人值守自动运行外还可与计算机联网，实现人机对话进行远程操作监控，从而大大降低了管理者的劳动强度。

3.4 节省投资

导热油供热系统与蒸汽锅炉供热系统相比虽同为间接加热方式，但由于蒸汽锅炉供热系统需建锅炉房以及水处理等辅助设施，且相同温度下系统的承压高，对管网所用材质要求也较高，故相应投资也大。而导热油炉可露天布置，辅助设备少，低压运行，可节约压力容器投资。因此对于同等负荷热源，单从设备制造费用来说多台加热炉要比单台加热炉费用高得多。

4 导热油炉使用中应注意事项

4.1 严格按程序对系统进行脱水排气

水分对导热油来说是一种污染，每一种新导热油都或多或少的存在一些水分，新导热油的水分质量分数一般控制在300×10-6以下，不会影响系统的正常运行。如果水分含量过高，会引起循环泵气蚀，系统压力上升，导致不必要的排放。因此“脱水操作”十分关键，“脱水操作”一般是通过高位膨胀罐进行，操作时首先使导热油循环到系统所有部位，然后逐步升温至100 ℃;当导热油温度升至100 ℃时，维持此温度循环2～3 h，以脱除系统中可能残存的水。系统流量压力稳定后，排气也就基本结束。

4.2 保证导热油流速

任何一种导热油不管它的耐热性能有多好，都有较严格的允许使用温度，一旦超过这个温度，就会加剧导热油的热分解和缩聚。因此在使用中要保证热媒炉炉管中导热油流速在2 m/s以上，这样既强化了传热，也保证了炉管内壁的油膜温度不超过导热油生产厂提供的最高允许温度。

4.3 防止运行中突然断电

炉膛温度一般在800～900 ℃，在这种超高温情况下，一旦突然停电，循环泵停转，导热油在炉膛盘管内极容易发生结焦。因此根据实际情况，最好采用UPS 为循环泵供电，这样能有效防止意外停电对热媒系统产生影响。

4.4 定期对仪表检测

要经常维护导热油系统的监测仪表，尤其是热媒炉出口测温仪表和测温元件，对其进行周期标定，使其测温灵敏，显示标准，保证导热油的使用温度一直在允许范围内。

4.5 定期化验取样

定期对导热油取样化验，分析热媒黏度、闪点、残炭值、酸值指标是否符合要求，必要时更新或再生导热油，保证系统换热性能良好。

4.6 防止导热油泄露

导热油是可燃性有机物，具有着火和爆炸的潜在危险，必须严格防止高温导热油泄露。高温导热油泄露进入管线保温层后，如果发现不及时会逐渐氧化并产生低自燃点组分，导致自燃。

5 结语

导热油系统作为天然气处理厂的辅助系统，目前应用已十分广泛，利用导热油系统为用热设备加热是较为安全、经济的运行方式。通过对导热油系统设备、主要特点以及注意事项等方面的分析，对保障处理厂安全、平稳、高效、节约运行，具有积极的作用。