XX联热水站建设模式优化研究

2021-11-29姜国强

全面腐蚀控制 2021年10期

姜国强

（大庆油田第八采油厂规划设计研究所，黑龙江大庆 163000）

1 XX热水站工艺及存在问题

1.1 XX热水站建设现状

XX热水站建于2011年，站内采用“管道泵+相变炉+装车鹤管”处理工艺，站内额定瞬时最大用水量为48m3/h，主要负责该地区转油站所辖油井加药、热洗、作业施工及水井洗井用水。其中，加热炉为利旧XX转油站拆除的2台2.08MW相变加热炉（2006年投产），由XX污水站提供污水（来水压力0.04MPa），污水管线采用单根电伴热保温，经管道泵升压后，进相变炉加热，加热至80℃，通过鹤管向罐车加水。

1.2 存在问题

经过多年运行，该热水站目前存在以下问题：一是换热效率低，经测试仅为71%，出口温度低于60℃；二是炉内无法形成负压，真空阀频繁开启。三是加热炉无法连续运行，需经常补水；四是烧火间内加热面板变形，存在安全隐患。出口温度低，达不到温度80℃的要求。目前只有1台加热炉工作，单台加热炉功率约为1.7MW，由于炉效低，最大出水能力为24m3/h，高峰期热水量需求约为75m3/h，不能满足生产需求。理论计算单台加热炉出水能力约为24m3/h，折合每分钟用水量为0.4m3，生产中单罐车加水量约为10～12m3，加水时间约为25～30分钟，高峰期用水出现排长队等待现象，工作效率低。

结合加热炉结构特点，通过现场勘察已打开封头的1#加热炉，分析目前热水站加热炉存在的问题，判断产生原因有以下几方面。

一是盘管内壁结垢，造成换热效率低。由于来水为污水，易造成盘管内壁结垢，相当于在盘管内壁增加一层保温层，蒸汽产生的热量无法完全传递至盘管内。盘管内的污水未充分换热，造成出水温度低，经测试加热炉热效率仅为71%，低于90%的行业标准；

二是换热器内部压力过高，造成真空阀频繁开启。真空阀的设计压力为-0.1～0.03MPa，换热器内部压力一般在-0.03～0MPa，正常运行时，换热器内部压力始终低于外界大气压力，真空阀关闭，炉体内部形成负压真空状态运行。由于盘管结垢，蒸汽未充分换热，换热器内气相压力高于大气压力，真空阀频繁开启泄压，造成加热炉类近似于敞口运行，蒸汽均从真空阀流失，无法实现相变换热，炉内液位降低，需停炉不断补水，加热炉无法连续运行；

三是加热炉燃气管道是经过炉体内部预热后供加热炉燃烧使用，该预热管道常年侵泡于水中，有腐蚀穿孔的可能性，一旦发生燃气泄漏，加热炉存在燃烧、爆炸的风险。

2 热水站建设模式确定

该热水站负责XX地区油水井、提捞井的生产用水，该区域内共辖油井706口，实际开井数为593口，水井173口。通过现场调查及与生产单位核实，升平地区热水用量主要包括以下几方面用水需求，根据用水量时间段不同，折合每小时用水量为75m3/h。

为满足高峰期加水需求，加水按最低75m3/h考虑，同时由于该区块位置偏远，工作有效时间按8小时计算，确定该热水站设计规模为600m3/d。目前常用的热水站流程有两种，一种为“加热炉+储水罐”流程，另一种为“加热炉”高架流程。

2.1 “加热炉高架”流程

该流程主要是由升压泵、加热炉、装车鹤管构成。主要原理：出水口位于加热炉的上部，底部加水，随着热水流出炉腔，液位随之下降，自动启动补水泵，低温水从加热炉下部上移，逐渐升温，上部出水口的温度始终保持80℃（设定温度）。该流程的装车速度（热水流入罐车的速度），是由炉腔内液位高度和出口管道的摩阻决定，根据以往的经验，液位在6.5m时，出口管道为DN150是，装车速度约为15分钟。

热水站来水温度为32℃，加热后温度要求为80℃，温升48℃，炉效按90%考虑。根据热量计算公式：Q=Cm△t*0.9，当采用2.5MW加热炉时，单台加热炉每小时产水量为40m3。根据现场需求，需选用带有一定储水功能的火筒式加热炉，当采用2.5MW加热炉时，其容积为110m3，加热后可提供的热水量约为50m3。单台罐车加水量为10m3，按15分钟一车的装车速度考虑，每小时加水量也为40m3，装车速率与加热速率匹配。

热水站预测日耗气量公式如下：

式中qv为日耗气量（m3/d）；Q水为需要加热的水量（m3/d）；C为水的比热（KJ/（m3/d））；△t为温升（℃）；qnet为基低位发热量（KJ/m3）；η为加热炉效率。

热水站需要水量600m3/d，△t是48℃，代入公式计算预测热水站日耗气量为3454m3。

2.2 “加热炉+储水罐”流程

该流程主要是由升压泵（循环泵）、加热炉、加水泵、储水罐，装车鹤管构成。

该主要流程主要原理：来水先进入立式储罐，经循环泵输送到加热炉，加热到一定温度后再经升压泵循环至储水罐，达到设计温度后，再由加水泵装车。储水罐储水温度降至设计温度以下时，启动循环泵，实现罐内水到加热炉多次加热，采用循环泵实现循环加热。

储水罐：规模600m3/d，白天加热炉有效运行6h可产生热水288m3，其余312m3热水需依靠储罐储存，夜间加热时间6.5h即可达到所需温度，其余时间加热炉低负荷维温运行。储水罐容积确定为500m3，有效容积按80%计算，存水量为400m3。

在该流程下，装车速率是由现场加水泵的排量确定，为满足现场实际需求，罐车容积按每车10m3，每罐车加水时间为10min，则加水泵排量确定为60m3/h，需设装车泵2台，单台泵各对应单个加水鹤管。

该流程下加热炉需连续运行，实际加热的水量远大用水需求量，尤其在冬季，储水罐降温速度快，加热炉耗气量明显增加，折合实际加热水量为800m3/d，经计算热水站日耗气量为4605m3。

2.3 建设模式情况对比

“加热炉”高架流程新建2.5MW火筒炉2台，升压泵3台，总投资497万元，具有工艺流程简单，占地较小，便于管理，能实现无人值守，加热炉间歇运行耗较低，投资少的优点，缺点为加水速度较慢，当加水量超过8台/小时，会出现排队等候现象。“加热炉+储水罐”流程新建1.5MW火筒炉2台，循环水泵（升压泵）3台，加水泵2台，新建500m3储水罐1座，总投资595万元，加水速度快，工作效率高，能实现无人值守，加热炉功率较小的优点，缺点为工艺流程较复杂，占地面积较大，能耗高，补水时间集中，对污水站冲击较大，管理点多，投资高。