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超聲波防除垢技術(shù)在油田加熱爐上的應(yīng)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(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shù)在油田加熱爐上的應(yīng)用分析
杜紅勇，安蓉，戴劍飛，閏玲，楊秀麗
(中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心，山東東營(yíng)25700)
摘要：對(duì)超聲波防除垢技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明，應(yīng)用超聲波防除垢技術(shù)
實(shí)現(xiàn)加熱爐在線防除垢，達(dá)到加熱爐清潔、長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。使用超聲波防除垢裝置后單臺(tái)加熱爐
年可節(jié)約燃料費(fèi)、停爐清洗費(fèi)、換管費(fèi)以及人工費(fèi)等費(fèi)用約32萬元，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
關(guān)鍵詞：超聲波；防垢；除垢；加熱爐
中圖分類號(hào)：TB559；Ⅱ撙63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：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(shè)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(jié)晶¨o等原因，爐水及被加熱介質(zhì)中的雜質(zhì)會(huì)
在爐壁和加熱盤管內(nèi)外壁上沉淀、結(jié)垢、結(jié)晶、結(jié)
焦，甚至?xí)斐晌鄱卢F(xiàn)象，不僅影響了加熱爐的傳
熱效率，增加了能耗，還會(huì)導(dǎo)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(jìn)行加熱爐除垢，
這不僅會(huì)增加維修作業(yè)成本還會(huì)使金屬受損，影響
加熱爐使用壽命。超聲波防除垢技術(shù)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(huì)使加熱爐管、板壁發(fā)生高頻振動(dòng)，在金屬管、
板壁和附近的介質(zhì)之間產(chǎn)生一系列效應(yīng)來進(jìn)行防
垢和除垢‘2o。為了實(shí)現(xiàn)油田加熱爐的清潔、長(zhǎng)周
期運(yùn)行，引入了超聲波防除垢技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了
實(shí)驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用試驗(yàn)。
表3兩種工況極限應(yīng)力對(duì)比MPa
材料為Q235，由材料手冊(cè)可知Q235鋼的屈
服極限240MPa，抗拉強(qiáng)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(shí)，許
用應(yīng)力為380／2．0=190．OMPa。從以上強(qiáng)度分析
來看，模型最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力，轎廂結(jié)
構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。
4結(jié)語
該項(xiàng)目是基于ANSYS環(huán)境下對(duì)轎廂架進(jìn)行
有限元計(jì)算，并結(jié)合強(qiáng)度、剛度分析對(duì)轎廂架結(jié)構(gòu)
進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)和優(yōu)化改造，在滿足轎廂架必要
的剛度和強(qiáng)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(jì)算分析研
究，探索電梯轎廂架結(jié)構(gòu)對(duì)電梯總成的強(qiáng)度和剛度
的影響，優(yōu)化電梯轎廂架結(jié)構(gòu)，將結(jié)果應(yīng)用到電梯
轎廂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使電梯轎廂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有據(jù)可
查、有理可依，達(dá)到精確的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)來替代經(jīng)驗(yàn)靜
態(tài)設(shè)計(jì)，以降低鋼材的浪費(fèi)，減輕轎廂重量，降低成
本，提高經(jīng)濟(jì)性，使電梯設(shè)計(jì)達(dá)到安全、環(huán)保，使電梯
的經(jīng)濟(jì)性能大為提高、降低能源消耗和環(huán)境污染。
參考文獻(xiàn)
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[5]李秧耕．電梯基本原理及安裝維修全書[M]．北京：機(jī)
械工、世出版社，2001．
作者簡(jiǎn)介：夏艷光(1980一)，男，安徽合肥人，碩士，工程
師，從事電梯檢驗(yàn)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(shí)驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)情況
1．1實(shí)驗(yàn)區(qū)簡(jiǎn)介
墾90防垢現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)位于勝利油田墾利經(jīng)濟(jì)
開發(fā)區(qū)墾90接轉(zhuǎn)站內(nèi)，承擔(dān)著區(qū)塊的集輸、注水、
摻水等任務(wù)，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(jié)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(jié)垢形式，區(qū)塊管道的平均年結(jié)
垢速率為24．05mm，結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重。主要表現(xiàn)在
如下幾個(gè)方面：
1)結(jié)垢對(duì)加熱爐的影響。
站內(nèi)5臺(tái)800kw的摻水加熱爐，設(shè)計(jì)效率為
85％，受結(jié)垢影響，加熱爐熱效率最低時(shí)只有56％
左右，日均多消耗燃油2．5t。加熱爐運(yùn)行3—4個(gè)
月就需要對(duì)爐管進(jìn)行酸洗除垢pJ，平均13個(gè)月就
需要更換爐管。
．2)結(jié)垢對(duì)注水系統(tǒng)的影響。
由于管線結(jié)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(gè)百分點(diǎn)，年多
耗電60萬km。結(jié)垢還經(jīng)常堵塞摻水表、注水表
葉輪，影響其計(jì)量精度。
3)結(jié)垢造成管線結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重。
結(jié)垢導(dǎo)致管線垢下腐蝕嚴(yán)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(yàn)流程和方法
在實(shí)驗(yàn)區(qū)塊的摻水生產(chǎn)管線上引出一個(gè)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(shù)或裝置。
試驗(yàn)一定時(shí)間后將2根試驗(yàn)管段進(jìn)行拆除對(duì)比，考
察超聲波防除垢效果。
試驗(yàn)時(shí)間為2010年3月1日一4月6日，共計(jì)
35d。試驗(yàn)管線直徑10cm，長(zhǎng)度5m。該摻水生產(chǎn)
管段內(nèi)水溫約45℃、水壓約1MPa、流速約1n∥s。
1．3試驗(yàn)結(jié)果
通過對(duì)2根試驗(yàn)管段的拆除對(duì)比發(fā)現(xiàn)，未安裝
超聲波防除垢裝置的管段結(jié)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(nèi)壁清潔，無明顯垢質(zhì)附著。使用與未
使用超聲波防除垢裝置管線的結(jié)垢對(duì)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(jié)垢情況對(duì)比圖
2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
在勝利油田某聯(lián)合站內(nèi)選取了3臺(tái)正常生產(chǎn)
的加熱爐進(jìn)行了超聲波防除垢應(yīng)用試驗(yàn)。3臺(tái)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(nèi)部結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)以
及介質(zhì)和結(jié)垢情況，每臺(tái)加熱爐設(shè)計(jì)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(gè)換能器分別焊接在加熱爐爐體及進(jìn)出
口油管外壁上。超聲波參數(shù)設(shè)置如表1所示。
2．1燃?xì)饧訜釥t應(yīng)用效果
l。燃?xì)饧訜釥t因結(jié)垢和污堵而必須停爐清洗
除垢的周期為3個(gè)月，在未使用超聲波防除垢裝置
以前，一個(gè)清洗周期內(nèi)的熱效率會(huì)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(gè)清洗周
期內(nèi)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(duì)
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(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)值
比，該加熱爐使用超聲波防除垢裝置以后可實(shí)現(xiàn)日
節(jié)燃?xì)饬?90m3，節(jié)能率8．19％。使用前后效果對(duì)
比情況如表2所示。
2．2燃油加熱爐應(yīng)用效果
28、38加熱爐為新投產(chǎn)加熱爐，其應(yīng)用效果通
過與同期投產(chǎn)的同型號(hào)4”加熱爐進(jìn)行對(duì)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(cè)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(duì)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(tái)加熱爐的對(duì)比情況如表3所示。
表2 1。燃?xì)饧訜釥t應(yīng)用超聲波防除垢裝置前后效果對(duì)比
編號(hào)
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(yùn)行1個(gè)月后運(yùn)行3個(gè)月后單耗／m3·MJ。％ 氣量／m3
3結(jié)論
經(jīng)實(shí)驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)超聲波
防除垢技術(shù)可有效緩解油田加熱爐的結(jié)垢問題，實(shí)
現(xiàn)了加熱爐的在線防除垢，達(dá)到了加熱爐清潔、長(zhǎng)
周期運(yùn)行的目的。使用超聲波防除垢裝置后單臺(tái)
加熱爐年可節(jié)約標(biāo)油60t以上、減少二氧化碳排放
約211t，減少燃料費(fèi)、停爐清洗費(fèi)、換管費(fèi)以及人工
費(fèi)等費(fèi)用約30萬元，平均投資回收期為17個(gè)月，
經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。另外，設(shè)備的無垢運(yùn)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(shí)現(xiàn)了加熱爐的清潔
運(yùn)行和安全生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)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(shù)研究工作。
收稿日期：2011—10—15；修回日期：201l一12—03

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