浅谈注气锅炉原理与应用

摘 要：针对油田注锅炉在实际施工中的运行情况，对注汽锅炉操作的原理及应用情况进行分析，并对注汽锅炉在实际操作中的问题进行分析，以及提出相应的预防措施。

关键词：注气锅炉 原理 应用

前言

随着我国的稠油资源的不断的发展，注汽锅炉就成为了我国油田开采稠油的必需的蒸汽发生设备了。在注汽锅炉的实际运行过程中，我们要遵循相应的工作原理，而本就是对其原理进行分析，和对注汽锅炉在我国油田开采中的运用，以及在运用过程中会出现什么问题，并提出相应的防护措施，以保证注汽锅炉的正常运作及使用寿命。

一、注气锅炉

1.注气锅炉的概述

所谓的锅炉就是由锅和炉及相应的附件、仪表和附属设备组成的，它的分类有很多，从用途上我们可以分为动力、工业和生活用三类；从输出介质上我们可以分为蒸汽、热水和水汽两用三类；从燃料上可分为燃煤、燃气以及燃油三类；从压力上我们可以分为低压、中压和高压三种。而我们在工业中用的最多就是注汽锅炉，它已经成为油田专用的强制循环、高压、直流、燃油燃气的工业蒸汽水管锅炉。注汽锅炉又名湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备，它是利用所生产的高温高压湿蒸汽进行注入油井的，加热油层中的原油并降低稠油的粘度，使稠油的流动性增加，使稠油的采收率能够得到大幅度的提高。湿蒸汽发生器它是卧式直流水管锅炉，辐射段通常是单路或者多路直管水平往复式布置的，对流段通常也是单路或多路直管往复错列排布的结构，且所产生的湿度都是大于百分之二十的湿饱和蒸汽或者是过饱和蒸汽的。其液体燃料火室燃烧锅炉是利用燃料的热能，把一定量的水加热，使其成为相应的压力、温度和干度的湿饱和或过饱和蒸汽的机械性的设备。注汽锅炉和其他的锅炉一样，包括锅和炉两大部分，然而这种锅炉却不同于电站及普通的锅炉，它没有汽包和联箱，而这里的锅它是指水汽系统的承压管子和管道及管件，至于炉是指燃烧燃料的场所，一般称之为炉膛。

2.注汽锅炉的结构及工作原理

注汽锅炉的结构通常为三大段、三大系统、若干水器以及三大辅机这几块，其中三大段分别为辐射、对流和过渡；三大系统分别为水汽、燃烧和自控；若干小器分别为加热、分离和过滤；三大辅机是供水泵、燃烧器以及空压机等。至于注汽锅炉的工作原理也有许多，比如超临界压力注汽锅炉原理、50吨和100吨渣油燃烧注汽锅炉原理以及球型汽水分离器的原理等。我们具体看一下50和100吨的渣油燃烧注汽锅炉原理，它是主要是用蒸汽辅助重力泄油进行开采超稠油的，是基于注水采盐的原理，就是注入的淡水将盐层中的固体盐溶解，然后浓度大的盐溶液会因为其密度的增大而向下流动，而密度小的水溶液就会浮在上面，这样就能通过不断的在盐层的上部注水使盐层的下部源源不断的将高浓度的盐溶液采集出来。蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理其实就是在水平生产井的上部连续注入大量的高干度蒸汽，让地层中形成蒸汽腔，而蒸汽腔的边缘加温原油，与此同时蒸汽冷凝形成水，与原油依靠重力流入水平生产井，然后再被大排量采出。而在蒸汽腔不断缓慢扩展，以及不断加温原油时，就会形成连续的生产过程，使其直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制的边界。

二、注汽锅炉的应用

注汽锅炉的应用极其广泛，特别是在油田工业方面，运用的更是如火纯青，且它的型号也很多，不同的型号运用的方法也不同，不过原理都是差不多的，一般都是以技术参数的确定、锅炉结构、工作原理及流程、水处理系统、锅炉控制系统以及技术关键、特殊材料和配件几个方面。下面我们就具体看看50吨渣油燃烧注汽锅炉的应用，此型号的注汽锅炉的结构设计如下：辐射段的总体尺寸是φ4.41×16.81M，而辐射段管束共计炉管的88根，且单根炉管平均长度为16m，炉管沿辐射段筒体内壁周向左右两等分均匀分布，从而形成两套水汽循环管路，且在应用过程中，每套管路分另设有单独的给水入口及蒸汽出口，且由一台术塞泵推动这两个循环管路。此类注汽锅炉的辐射管传热面积FR、管心距为1.52、管墙距为0.84、高径比是3.38。其对流段是由光管和翅片管组成的矩形结构，在烟气入口端增加几排光管以作温度缓冲管来降低烟温，并运用翅片管使流段的长度减少，它主要是为了在应用过程中防止对流段翅片管过烧和增强耐腐蚀性，在对流段光管上方设三排不锈钢翅片管。而水-水换热器主要是与相应的对流段和辐射段管路流程对应，安装在一个独方的撬座上，以保证水循环系统的稳定性的。当然在应用过程中除了这些外还有高压给水泵和燃烧器以及给水分配器、出口集汽器及干度测试等。

当然我们在用注气锅炉进行开采稠油时，也会有一些问题存在，比如注汽锅炉爆管，因为注汽锅炉的锅炉蒸汽的产生是通过燃烧产物放热和管内蒸汽吸热的热交换过程来进行的，所以在热交换过程中锅炉的各个受热面都会有影响，特别是在锅炉正常运行时，在非传热恶化区沸腾蒸发管内蒸汽作核态沸腾时，表面传热的系数就会很高，注汽锅炉管内的壁温度接近于蒸饱和温度，一但进入传热恶 区后，表面传热系数就会快速的下降，管壁的温度也就会急速的上升，造成注汽锅炉管因热而爆管，因此在我们使用注汽锅炉时，安全问题是很重要的。而解决这种问题的方法只有一种，那就是提高蒸汽的质量流速，提高沸腾放热系数，其中最主要还是还蒸汽的流速问题。

三、结束语

综上所述，我们可以看出注汽锅炉已经成为了我国油田开采稠油的必需的蒸汽发生设备了，因此遵循注汽锅炉的工作原理是很有必要的，且它在其他行业中的运用也很广泛，是目前最为常见的锅炉。

参考文献：

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[2] 宋云鹏；浅谈燃油注汽锅炉的基本结构及原理；《中国石油和化工标准与质量》；2013年第11期

[3] 李明哲；；稠油热采用蒸汽锅炉炉管严重腐蚀成因的初步探讨[J]；新疆石油科技；1991年01期