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超聲波防除垢技術在油田加熱爐上的應用分析

文檔作者：杜紅勇，安蓉，戴劍飛，閏玲，楊秀麗文檔來源：中國石化勝利油田分公司技術檢測中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月16日
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一66一
節(jié)能
ENERGY CONSERVATl0N
2012年第1期
(總第352期)
引言
超聲波防除垢技術在油田加熱爐上的應用分析
杜紅勇，安蓉，戴劍飛，閏玲，楊秀麗
(中國石化勝利油田分公司技術檢測中心，山東東營25700)
摘要：對超聲波防除垢技術進行了實驗區(qū)試驗以及現(xiàn)場應用試驗，結果表明，應用超聲波防除垢技術
實現(xiàn)加熱爐在線防除垢，達到加熱爐清潔、長周期運行的目的。使用超聲波防除垢裝置后單臺加熱爐
年可節(jié)約燃料費、停爐清洗費、換管費以及人工費等費用約32萬元，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
關鍵詞：超聲波；防垢；除垢；加熱爐
中圖分類號：TB559；Ⅱ撙63文獻標識碼：B文章編號：1004—7948(2012)01一0066—03
doi：103969／j．issn．1004—7948．2012．01．017
加熱爐是保障油田正常生產(chǎn)的重要設備之一，
在使用過程中因蒸發(fā)濃縮、高溫沉淀、高溫分解、表
面結晶¨o等原因，爐水及被加熱介質中的雜質會
在爐壁和加熱盤管內外壁上沉淀、結垢、結晶、結
焦，甚至會造成污堵現(xiàn)象，不僅影響了加熱爐的傳
熱效率，增加了能耗，還會導致系統(tǒng)的壓力升高，給
油田的正常生產(chǎn)帶來安全隱患。目前，油田仍較多
的采用停爐清洗的定期除垢方法進行加熱爐除垢，
這不僅會增加維修作業(yè)成本還會使金屬受損，影響
加熱爐使用壽命。超聲波防除垢技術是通過破壞
污垢的附著條件來阻止污垢形成的。超聲脈沖振
蕩波會使加熱爐管、板壁發(fā)生高頻振動，在金屬管、
板壁和附近的介質之間產(chǎn)生一系列效應來進行防
垢和除垢‘2o。為了實現(xiàn)油田加熱爐的清潔、長周
期運行，引入了超聲波防除垢技術，并對其進行了
實驗區(qū)試驗和現(xiàn)場工程應用試驗。
表3兩種工況極限應力對比MPa
材料為Q235，由材料手冊可知Q235鋼的屈
服極限240MPa，抗拉強度380MPa。鋼材材料參
數(shù)如下：彈性模量2．12×1011 N／m2，材料密度
7860kg／m3，泊松比o．28。安全系數(shù)為2．o時，許
用應力為380／2．0=190．OMPa。從以上強度分析
來看，模型最大應力遠小于材料許用應力，轎廂結
構滿足強度要求。
4結語
該項目是基于ANSYS環(huán)境下對轎廂架進行
有限元計算，并結合強度、剛度分析對轎廂架結構
進行了輕量化設計和優(yōu)化改造，在滿足轎廂架必要
的剛度和強度前提下，使轎廂架成功減輕了重量。
本文采用有限元分析方法，通過計算分析研
究，探索電梯轎廂架結構對電梯總成的強度和剛度
的影響，優(yōu)化電梯轎廂架結構，將結果應用到電梯
轎廂架結構設計中，使電梯轎廂架結構設計有據(jù)可
查、有理可依，達到精確的動態(tài)設計來替代經(jīng)驗靜
態(tài)設計，以降低鋼材的浪費，減輕轎廂重量，降低成
本，提高經(jīng)濟性，使電梯設計達到安全、環(huán)保，使電梯
的經(jīng)濟性能大為提高、降低能源消耗和環(huán)境污染。
參考文獻
[1]陳家盛．電梯結構原理及安裝維修[M]．北京：機械工
業(yè)出版社，2002．
[2]GB7588—2003，電梯制造與安裝安全規(guī)范[s]．
[3]GB／T10058—1997，電梯技術條件[s]．
[4]GB／T10059—1997，電梯試驗方法[s]．
[5]李秧耕．電梯基本原理及安裝維修全書[M]．北京：機
械工、世出版社，2001．
作者簡介：夏艷光(1980一)，男，安徽合肥人，碩士，工程
師，從事電梯檢驗和研究工作。
收稿日期：2叭1—06—01
萬方數(shù)據(jù)
2叭2年第1期
(總第352期)
節(jié)能
ENERGY CONSERVATION
l防除垢實驗區(qū)試驗情況
1．1實驗區(qū)簡介
墾90防垢現(xiàn)場試驗區(qū)位于勝利油田墾利經(jīng)濟
開發(fā)區(qū)墾90接轉站內，承擔著區(qū)塊的集輸、注水、
摻水等任務，于1992年投入開發(fā)。該站平均日產(chǎn)
液量800m3，日產(chǎn)油量40t，日注水量1000m3，日摻
水量200—300m3。該區(qū)塊結垢主要集中在加熱爐
盤管、摻水管線、原油外輸管線等處，白云石、方解
石、霰石是主要的結垢形式，區(qū)塊管道的平均年結
垢速率為24．05mm，結垢現(xiàn)象嚴重。主要表現(xiàn)在
如下幾個方面：
1)結垢對加熱爐的影響。
站內5臺800kw的摻水加熱爐，設計效率為
85％，受結垢影響，加熱爐熱效率最低時只有56％
左右，日均多消耗燃油2．5t。加熱爐運行3—4個
月就需要對爐管進行酸洗除垢pJ，平均13個月就
需要更換爐管。
．2)結垢對注水系統(tǒng)的影響。
由于管線結垢，注水系統(tǒng)效率只有46．23％，
比全廠50．96％平均效率低4．73個百分點，年多
耗電60萬km。結垢還經(jīng)常堵塞摻水表、注水表
葉輪，影響其計量精度。
3)結垢造成管線結垢腐蝕嚴重。
結垢導致管線垢下腐蝕嚴重，管線穿孔頻繁。
2010年，該站摻水總干線穿孔12次，單井管線穿
孔32次。
1．2防除垢試驗流程和方法
在實驗區(qū)塊的摻水生產(chǎn)管線上引出一個旁路
并分出兩路支線，其中一條支線安裝超聲波防除垢
裝置，另一條支線不采用任何防除垢技術或裝置。
試驗一定時間后將2根試驗管段進行拆除對比，考
察超聲波防除垢效果。
試驗時間為2010年3月1日一4月6日，共計
35d。試驗管線直徑10cm，長度5m。該摻水生產(chǎn)
管段內水溫約45℃、水壓約1MPa、流速約1n∥s。
1．3試驗結果
通過對2根試驗管段的拆除對比發(fā)現(xiàn)，未安裝
超聲波防除垢裝置的管段結垢明顯，垢層最薄處約
0．8mm，垢層較厚處約3mm，而安裝超聲波防除垢
裝置的管段內壁清潔，無明顯垢質附著。使用與未
使用超聲波防除垢裝置管線的結垢對比情況如圖
l所示。
(1，)使用后
圖l超聲波防除垢裝置使用前后管線結垢情況對比圖
2現(xiàn)場應用情況
在勝利油田某聯(lián)合站內選取了3臺正常生產(chǎn)
的加熱爐進行了超聲波防除垢應用試驗。3臺加
熱爐的額定功率均為2500kw，其中1。加熱爐為燃
氣爐，2。、34加熱爐為燃油爐。
根據(jù)加熱爐工作原理、內部結構、技術參數(shù)以
及介質和結垢情況，每臺加熱爐設計安裝了3套超
聲波防除垢裝置，換能器18只，安裝示意圖如圖2
所示。18個換能器分別焊接在加熱爐爐體及進出
口油管外壁上。超聲波參數(shù)設置如表1所示。
2．1燃氣加熱爐應用效果
l。燃氣加熱爐因結垢和污堵而必須停爐清洗
除垢的周期為3個月，在未使用超聲波防除垢裝置
以前，一個清洗周期內的熱效率會由91．09％下降
到77．06％，平均有效輸出單耗為0．03124m3／MJ。
而在安裝使用超聲波防除垢裝置以后，一個清洗周
期內的熱效率沒有明顯變化，一直穩(wěn)定在91％左
右，平均有效輸出單耗為0．02868m3／MJ。通過對
萬方數(shù)據(jù)
節(jié)能
ENERGY CONSERVATl0N
2012年第1期
(總第352期)
圖2超聲波換能器安裝位置示意圖
表1超聲波防除垢裝置運行參數(shù)設計值
比，該加熱爐使用超聲波防除垢裝置以后可實現(xiàn)日
節(jié)燃氣量190m3，節(jié)能率8．19％。使用前后效果對
比情況如表2所示。
2．2燃油加熱爐應用效果
28、38加熱爐為新投產(chǎn)加熱爐，其應用效果通
過與同期投產(chǎn)的同型號4”加熱爐進行對比分析后
發(fā)現(xiàn)，24、3”、4”加熱爐需停爐清洗除垢的周期為1
年。通過跟蹤監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，使用超聲波防除垢裝置的
2”和3。加熱爐熱效率一直穩(wěn)定在90％左右，平均
有效輸出熱量單耗為0．02623m3／MJ，而未使用防
除垢裝置的48加熱爐熱效率由90．63％下降到了
84．4％，平均有效輸出熱量單耗為0．02765 m3／Ⅻ_。
通過對比，安裝超聲波防除垢裝置的加熱爐比未安
裝該裝置的加熱爐平均日節(jié)燃油200埏，節(jié)能率為
5．14％。
3臺加熱爐的對比情況如表3所示。
表2 1。燃氣加熱爐應用超聲波防除垢裝置前后效果對比
編號
是否使用熱效率／％ 平均有效輸出熱量節(jié)能率／ 平均日節(jié)燃
防除垢裝置清洗完后運行1個月后運行3個月后單耗／m3·MJ。％ 氣量／m3
3結論
經(jīng)實驗區(qū)試驗以及現(xiàn)場工程應用發(fā)現(xiàn)超聲波
防除垢技術可有效緩解油田加熱爐的結垢問題，實
現(xiàn)了加熱爐的在線防除垢，達到了加熱爐清潔、長
周期運行的目的。使用超聲波防除垢裝置后單臺
加熱爐年可節(jié)約標油60t以上、減少二氧化碳排放
約211t，減少燃料費、停爐清洗費、換管費以及人工
費等費用約30萬元，平均投資回收期為17個月，
經(jīng)濟效益和社會效益明顯。另外，設備的無垢運行
還減少了因管線污堵造成的壓力升高，電耗增加以
及管線穿孔爆裂等諸多問題，實現(xiàn)了加熱爐的清潔
運行和安全生產(chǎn)。
參考文獻
[1]王皓．加熱爐結垢原因分析和解決方法[J]．科技信息，
2007，(1)：231—232．
[2]余蘭蘭，高英杰，余宏偉，等．超聲波防垢措施及效果分
析[J]．油氣田地面工程，2009，28(10)：16—17．
[3]周愛東，楊紅曉，張志炳．超聲波在防除結垢中的應用
[J]．應用化工，2005，34(11)：659—661．
作者簡介：杜紅勇(1979一)，男，河北保定人，碩士，工程
師，從事油田企業(yè)節(jié)能技術研究工作。
收稿日期：2011—10—15；修回日期：201l一12—03

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