蒸汽热采项目在设计中出现的问题和解决方法

摘要介绍了蒸汽热采锅炉系统的设计及应注意的事项，其中包括注汽锅炉，除氧器的选型，锅炉给水系统的设计。同时，对高温高压蒸汽用管道、阀门、保温及注汽采油树提出了技术要求。关键词: 注蒸汽锅炉 高温高压 管阀选用,蒸汽热采项目在设计中出现的问题和解决方法,论文提要,该蒸汽热采项目是苏丹第一个热采项目,系统规模为32t/h，设计压力12MPa,设计温度为325。采用汽包锅炉，自然循环，全膜式壁，正压燃烧的燃气锅炉，操作压力为8MPa，操作温度为305，保证一定的过热度，满足井口注蒸汽的干度要求。燃料：采用油田伴生气，供气压力0.5MPa。水源：自水源井，经水处理系统处理后,再经缓冲罐和两台多级离心式锅炉给水泵供给锅炉。水质指标满足ASME汽包锅炉水质要求。仪表风系统：站内设置一套仪表风系统，供气压力0.70.9MPa。控制：整个注汽系统采用DCS控制，满足业主的要求。,项目概述,锅炉炉型选择应根据工程的实际情况选择。对于蒸汽系统锅炉，民用及电站一般采用汽包锅炉（Drum-type），而在注蒸汽热采工程中，国内外普遍采用的是油田专用注汽锅炉，锅炉形式为直流锅炉（Once-through）。本项目由国外设计院做基本设计，我公司做详细设计。在炉型选择上，我们经过技术比较，及现场考察，提出了采用注蒸汽直流锅炉代替基本设计所选用的汽包形式锅炉，并向业主提出技术澄清，但由于多方面原因，业主依然坚持采用基本设计所采用的汽包锅炉。,两种炉型的结构图：,锅炉形式选择,以下是两种炉型的对比： 由上表可以看出，无论是适用性、经济性、操作运行及维护方面，直流锅炉均比汽包锅炉更适合本次蒸汽热采项目。因此，在以后的同类项目中，炉型选择是着重注意的问题。,锅炉形式选择,除氧器的选用设计,根据ASME标准：12MPa压力下汽包炉给水氧含量应不超过7ug/L。在本项目基本设计中，采用热力除氧器，可确保给水中氧含量不超过7g/L，CO2含量几乎为0。但是为了满足锅炉给水泵入口汽蚀余量要求，除氧器需要高位设置，一般设置在710米高的操作平台上，利用高度产生的静压来改善给水泵入口的汽蚀性能。 对于一个尺寸约6.0mx5.0mx5.5m的撬装设备来说，采用710米高的钢平台造价高昂，操作、维护也较麻烦。,优化设计：详细设计采用低位热力除氧器，布置在0米层，采用消除汽蚀装置与给水加压装置，保证锅炉给水泵不发生汽蚀，大大降低了土建造价，安装简单快捷，便于维护保养。,除氧器的选用设计,除氧器高位布置,除氧器低位布置,锅炉给水系统,图-1设置旁路自动控制调节系统,图-2带有自动再循环阀的给水系统图,本项目采用带自动再循环阀的给水系统：系统简单，旁通多级减压，减少了突然降压带来的汽蚀，整个系统安装维护费用低。在阀的选型中应注意，对于高压给水,应选择高压型多级减压式旁路，可消除高速流动介质产生的噪声，防止气蚀和闪蒸对阀门元件的破坏。,锅炉给水系统,由于锅炉及燃烧系统均由厂家提供，在采购技术书中一定要明确供货范围及相关的技术要求，同时也要满足业主的相关要求。 锅炉为撬装结构，附全自动燃烧器，根据业主要求燃烧器采用进口全自动燃烧器，并能实现远程控制。 燃烧器采用比例调节，调节比应大于6:1，并且能满足锅炉110%负荷要求。燃烧器应能适应业主提供的燃料气的组分要求。燃烧器应为低氮型，氮氧化物排放浓度不高于200 mg/Nm3。燃烧器入口燃气压力0.5Mpa，锅炉供货范围应包括燃气调压、计量、安全阀、吹扫、发散及燃气检漏等装置。燃烧器应具有燃气阀组的检漏、点火、熄火保护、燃气压力保护、风压保护、负荷调节等过程全部自动控制的功能。,锅炉燃烧系统,中石化江汉石油工程设计有限公司,在设计过程中，基本设计中对锅炉设备是否带“S”钢印，即蒸汽动力锅炉ASME认证，并未做具体要求，在技术规格书和采购文件中也未提及，在定标前，我们就锅炉是否带“S”钢印及时与监理、业主沟通，并最终根据业主的要求加盖“S”钢印，压力容器均需盖“U”钢印。经了解，对于本项目锅炉设备是否带钢印，价格相差大约在3050万左右，这个也是我们在做国外项目中需要注意的问题，应在项目的投标阶段加以明确，以免造成较大的经济损失。,锅炉及压力容器的钢印,ASME钢印,注蒸汽管道阀门,密封材料耐温耐压图表,在以往油气田地面工程设计中，使用温度最高也就是导热油，设计温度大约200左右，阀门密封一般采用PTFE，VITON，PEEK等非金属密封材料。软密封最高使用温度不超过260。在蒸汽热采项目中,应采用金属制阀座材料, 即硬密封阀门，密封面堆焊13Cr或STL。同时阀门采用增强柔性石墨填料，使用温度可达425，满足输送高压蒸汽的要求。阀门压力等级根据ASME16.5 标准钢制阀门压力-温度等级表选用1500#等级，端面采用RTJ形式或直接焊接形式，内漏应满足API598阀门的检查和试验规定。,保温材料选择,工作管与支座焊接,对于注气管线,根据资料显示注气管线热损失占整个系统热损失25%,在稠油热采工程中，保证注蒸汽干度是非常重要的,应尽量降低管线热损失,提高管线保温效果。保温材料选择硅酸钙，厚度可按材料导热系数计算或根据业主保温规格书选取。管道支座采用保温支座。,保温材料,保温材料,保温支座与普通支座比较,、,热采井口部分,考虑采油树耐高温的问题,针对本项目,井口转置和采油树应满足下表要求,除设计符合API 6A规范要求外,工作压力应满足3000PSI,温度级别应根据温度范围按下表选用:,总 结,在蒸汽锅炉设计中，针对项目的特点，对锅炉系统的关键设备进行了技术对比、优化选择。设计中采用自动化程度高，运行可靠，操作维护费用低的设备，确保系统长期安全运行。同时由于注蒸汽热采需要高压、过热蒸汽，从注蒸汽锅炉设备到管道、阀门都需有相应的要求，并且这些因素都需要在设计予以重视。,FNE热采站场效果图,