蒸汽熱采項目在設計中出現(xiàn)的問題和解決方法

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摘要介紹了蒸汽熱采鍋爐系統(tǒng)的設計及應注意的事項，其中包括注汽鍋爐，除氧器的選型，鍋爐給水系統(tǒng)的設計。同時，對高溫高壓蒸汽用管道、閥門、保溫及注汽采油樹提出了技術要求。關鍵詞: 注蒸汽鍋爐 高溫高壓 管閥選用,蒸汽熱采項目在設計中出現(xiàn)的問題和解決方法,論文提要,該蒸汽熱采項目是蘇丹第一個熱采項目,系統(tǒng)規(guī)模為32t/h，設計壓力12MPa,設計溫度為325℃。采用汽包鍋爐，自然循環(huán)，全膜式壁，正壓燃燒的燃氣鍋爐，操作壓力為8MPa，操作溫度為305℃，保證一定的過熱度，滿足井口注蒸汽的干度要求。燃料：采用油田伴生氣，供氣壓力0.5MPa。水源：自水源井，經(jīng)水處理系統(tǒng)處理后,再經(jīng)緩沖罐和兩臺多級離心式鍋爐給水泵供給鍋爐。水質(zhì)指標滿足ASME汽包鍋爐水質(zhì)要求。儀表風系統(tǒng)：站內(nèi)設置一套儀表風系統(tǒng)，供氣壓力0.7~0.9MPa。控制：整個注汽系統(tǒng)采用DCS控制，滿足業(yè)主的要求。,項目概述,鍋爐爐型選擇應根據(jù)工程的實際情況選擇。對于蒸汽系統(tǒng)鍋爐，民用及電站一般采用汽包鍋爐（Drum-type），而在注蒸汽熱采工程中，國內(nèi)外普遍采用的是油田專用注汽鍋爐，鍋爐形式為直流鍋爐（Once-through）。本項目由國外設計院做基本設計，我公司做詳細設計。在爐型選擇上，我們經(jīng)過技術比較，及現(xiàn)場考察，提出了采用注蒸汽直流鍋爐代替基本設計所選用的汽包形式鍋爐，并向業(yè)主提出技術澄清，但由于多方面原因，業(yè)主依然堅持采用基本設計所采用的汽包鍋爐。,兩種爐型的結(jié)構(gòu)圖：,鍋爐形式選擇,以下是兩種爐型的對比： 由上表可以看出，無論是適用性、經(jīng)濟性、操作運行及維護方面，直流鍋爐均比汽包鍋爐更適合本次蒸汽熱采項目。因此，在以后的同類項目中，爐型選擇是著重注意的問題。,鍋爐形式選擇,除氧器的選用設計,根據(jù)ASME標準：12MPa壓力下汽包爐給水氧含量應不超過7ug/L。在本項目基本設計中，采用熱力除氧器，可確保給水中氧含量不超過7μg/L，CO2含量幾乎為0。但是為了滿足鍋爐給水泵入口汽蝕余量要求，除氧器需要高位設置，一般設置在7~10米高的操作平臺上，利用高度產(chǎn)生的靜壓來改善給水泵入口的汽蝕性能。 對于一個尺寸約6.0mx5.0mx5.5m的撬裝設備來說，采用7~10米高的鋼平臺造價高昂，操作、維護也較麻煩。,優(yōu)化設計：詳細設計采用低位熱力除氧器，布置在0米層，采用消除汽蝕裝置與給水加壓裝置，保證鍋爐給水泵不發(fā)生汽蝕，大大降低了土建造價，安裝簡單快捷，便于維護保養(yǎng)。,除氧器的選用設計,除氧器高位布置,除氧器低位布置,鍋爐給水系統(tǒng),圖-1設置旁路自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng),圖-2帶有自動再循環(huán)閥的給水系統(tǒng)圖,本項目采用帶自動再循環(huán)閥的給水系統(tǒng)：系統(tǒng)簡單，旁通多級減壓，減少了突然降壓帶來的汽蝕，整個系統(tǒng)安裝維護費用低。在閥的選型中應注意，對于高壓給水,應選擇高壓型多級減壓式旁路，可消除高速流動介質(zhì)產(chǎn)生的噪聲，防止氣蝕和閃蒸對閥門元件的破壞。,鍋爐給水系統(tǒng),,由于鍋爐及燃燒系統(tǒng)均由廠家提供，在采購技術書中一定要明確供貨范圍及相關的技術要求，同時也要滿足業(yè)主的相關要求。 鍋爐為撬裝結(jié)構(gòu)，附全自動燃燒器，根據(jù)業(yè)主要求燃燒器采用進口全自動燃燒器，并能實現(xiàn)遠程控制。 燃燒器采用比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比應大于6:1，并且能滿足鍋爐110%負荷要求。燃燒器應能適應業(yè)主提供的燃料氣的組分要求。燃燒器應為低氮型，氮氧化物排放濃度不高于200 mg/Nm3。燃燒器入口燃氣壓力0.5Mpa，鍋爐供貨范圍應包括燃氣調(diào)壓、計量、安全閥、吹掃、發(fā)散及燃氣檢漏等裝置。燃燒器應具有燃氣閥組的檢漏、點火、熄火保護、燃氣壓力保護、風壓保護、負荷調(diào)節(jié)等過程全部自動控制的功能。,鍋爐燃燒系統(tǒng),中石化江漢石油工程設計有限公司,,在設計過程中，基本設計中對鍋爐設備是否帶“S”鋼印，即蒸汽動力鍋爐ASME認證，并未做具體要求，在技術規(guī)格書和采購文件中也未提及，在定標前，我們就鍋爐是否帶“S”鋼印及時與監(jiān)理、業(yè)主溝通，并最終根據(jù)業(yè)主的要求加蓋“S”鋼印，壓力容器均需蓋“U”鋼印。經(jīng)了解，對于本項目鍋爐設備是否帶鋼印，價格相差大約在30~50萬左右，這個也是我們在做國外項目中需要注意的問題，應在項目的投標階段加以明確，以免造成較大的經(jīng)濟損失。,鍋爐及壓力容器的鋼印,ASME鋼印,注蒸汽管道閥門,密封材料耐溫耐壓圖表,在以往油氣田地面工程設計中，使用溫度最高也就是導熱油，設計溫度大約200℃左右，閥門密封一般采用PTFE，VITON，PEEK等非金屬密封材料。軟密封最高使用溫度不超過260℃。在蒸汽熱采項目中,應采用金屬制閥座材料, 即硬密封閥門，密封面堆焊13Cr或STL。同時閥門采用增強柔性石墨填料，使用溫度可達425℃，滿足輸送高壓蒸汽的要求。閥門壓力等級根據(jù)ASME16.5 標準鋼制閥門壓力-溫度等級表選用1500#等級，端面采用RTJ形式或直接焊接形式，內(nèi)漏應滿足API598《閥門的檢查和試驗》規(guī)定。,保溫材料選擇,工作管與支座焊接,對于注氣管線,根據(jù)資料顯示注氣管線熱損失占整個系統(tǒng)熱損失25%,在稠油熱采工程中，保證注蒸汽干度是非常重要的,應盡量降低管線熱損失,提高管線保溫效果。保溫材料選擇硅酸鈣，厚度可按材料導熱系數(shù)計算或根據(jù)業(yè)主保溫規(guī)格書選取。管道支座采用保溫支座。,保溫材料,保溫材料,保溫支座與普通支座比較,,,、,熱采井口部分,考慮采油樹耐高溫的問題,針對本項目,井口轉(zhuǎn)置和采油樹應滿足下表要求,除設計符合API 6A規(guī)范要求外,工作壓力應滿足3000PSI,溫度級別應根據(jù)溫度范圍按下表選用:,,,總 結(jié),在蒸汽鍋爐設計中，針對項目的特點，對鍋爐系統(tǒng)的關鍵設備進行了技術對比、優(yōu)化選擇。設計中采用自動化程度高，運行可靠，操作維護費用低的設備，確保系統(tǒng)長期安全運行。同時由于注蒸汽熱采需要高壓、過熱蒸汽，從注蒸汽鍋爐設備到管道、閥門都需有相應的要求，并且這些因素都需要在設計予以重視。,FNE熱采站場效果圖,