加热炉智能燃烧器的研发与应用

时间:2022-12-21 15:29 来源:《石油与装备》 作者:赵华

胜利油田分公司桩西采油厂采油管理三区管理着注采站4个,维修站3个,集输站2个,主要管理着桩西、五号桩2个油田的33个开发单元,地质储量3703万吨,可采储量780万吨,目前采出程度17.4%,管理着油井333口,日产液量5719立方米/天,日产油460立方米/天。油井在抽油机的抽吸作用下,从油井进入地面流程系统,进一步输送到计量站、中转站,进行处理计量。因此,做好升温,保障油井产出液顺利的进入总的流程系统,是生产管理中的一项重要工作,特别是冬季,升温工作是油田的主要工作之一。
 
加热炉生产现状
 
目前,加热炉的生产情况是气源供气,燃气经火嘴喷出形成稳定的火焰,经控制系统调节后,对加热炉内介质加热升温。加热炉气源主要来自油井自产气、产出液伴生气和CNG 即压缩天然气;控制系统主要是点火操作和闸门开关气量调节及燃气大小火转化;火嘴燃烧部分为气体通过燃烧器火嘴形成稳定的火焰,加热介质。
 
传统的加热炉升温管理中存在一些问题:一是燃气部分存在问题:通过调查,冬季生产天然气用量较大,在外接气不足的情况下使用了套管气、伴生气。燃气中存在大量杂质和水,导致加热值低;二是加热炉管理操作存在问题,没有温度自动调节功能,导致升温达不到要求,或升温过高造成燃气浪费,需人工现场对加热炉进行点火操作,操作繁琐管理难度大,并且存在安全风险。
 
传统加热炉点火操作流程中也存在安全隐患。在油区内部应用明火点燃加热炉存在风险。余火清理过程中,出现火焰飞散,存在安全隐患。采用人工经验判断炉膛可燃气体含量的方法,易出现人工判断误差,造成人员、设备伤害事件。
 
三是燃烧器燃烧质量问题,传统的镀锌管打眼燃烧管,燃气无法与空气充分混合,无法燃烧完全,达不到升温目标要求。
 
研制新型燃烧器
 
研制一种智能燃烧器,由天然气净化部分,远程智能控制部分,高效燃烧火嘴部分三个主要组成部分。燃气净化部分:对燃气进行净化,提高燃烧效果;远程智能控制部分:应用网络技术,研发控制软件,实现自动点火、温控等功能;高效燃烧火嘴部分:使燃气与空气更好混合,完全燃烧,提高升温效果。2020年3月,对智能燃烧器进行现场试验应用。组合分离+干法吸附+自动回流的燃气净化部分加工制作和应用。应用后,有效清理燃气中的杂质水分达到工业标准,并自动回流进入井口套管中,实现了自动回收率100%,见图1所示。
 
便携式网络+监控检测+智能控制自动执行部分的加工制作应用,效果应用手机网络远程加热炉启停操作,代替人工现场操作,见图2所示。
 
监控检测加工制作及应用
 
自我检测正常后,再进行下一步操作;抽气检测功能,点火前首先对炉膛进行可燃气体检测。检测燃气不在安全范围,整体电路自身,检测安全合格再能进行点火步骤。按下检测按钮电路检测正常后,整体供电,否则设计的常闭开关不工作。如果没有先按下抽气泵启动按钮,而是先按下点火按钮,点火继电器线圈是无法得电,达到了设计要求,见图3所示。
 
外部融合+自力旋转燃烧+固定调节组合式防风的加工制作和应用。利用射流原理,燃气喷嘴:孔径1mm,可以增大燃气的喷射速度,将燃气压力尽量多的转变为动能,提高引射空气的能力。气窗:在混合室两侧,燃气喷嘴处开6个气窗。当燃气通过喷嘴喷射时,在混合室形成负压环境,助燃剂(空气)在负压作用下仅通过气窗引射进入混合室。燃气通过喷嘴的喷射速度越大,引射助燃剂(空气)进入混合室能力越强,见图4所示。
 
自力旋转燃烧的设计加工:燃烧口设计为倾斜15°的燃烧角度,并在外部增加了倾斜15°的进风罩,通过燃烧火焰组旋转燃烧和进风口的旋转增强天然气与空气的充分混合。2020年10月份油田信息中心专家预纳入油田油井信息化技术中对外推广应用。研制的智能燃烧器现场应用表明,远程点火操作成功率100%,检测准确率100%,自动调整率100%,出口温度可以控制在60℃以上。燃气与空气混合比达1.2,360°防风。
 
经济效益显著
 
传统的加热炉点火操作,每次点火采用棉纱和油类组合的方式进行操作费用组成点火用料费用1.0元,回收处理废旧点火棉纱0.5元,每天点火加热炉30次,年节约费用1.6万元。远程操作代替人工现场操作,减少人工成本。按照人工成本300元/天,一次点火操作用车费用100元,路途和点火操作用时1.0小时,节约成本费用148.5万。
 
保障加热炉升温在加热炉介质出口温度持续保持在60℃,达到生产要求,避免冬季生产凝管事故的发生,对比2019年减少处理凝管费用4.2万元。该装置配件购进费用3100元,加工制作费用1110元,合计4210元。共推广应用79台,共计33.3元,共取得经济效益121.0万元,得了良好的社会效益。
 
远程操作代替人工现场操作,降低了员工的劳动强度。由于设计了加热炉燃烧气的自动检测,改人工判断为检测数值化,消除了因人为失误的隐患。设计温度自动控制功能,加热炉出口温度控制在60℃,保障了油田冬季正常生产;同时温控与灭火自动断气功能避免了燃气的浪费。伴生气分离后的伴生水自动回流的井筒中,符合油田清洁生产需求。
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