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超声波防除垢技术在油田加热炉上的应用分析

文档作者：杜红勇，安蓉，戴剑飞，闰玲，杨秀丽文档来源：中国石化胜利油田分公司技术检测中心		点击数：	更新时间： 2024年06月16日
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上一篇：高效板式换热器在炼油厂的节能应用

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一66一
节能
ENERGY CONSERVATl0N
2012年第1期
(总第352期)
引言
超声波防除垢技术在油田加热炉上的应用分析
杜红勇，安蓉，戴剑飞，闰玲，杨秀丽
(中国石化胜利油田分公司技术检测中心，山东东营25700)
摘要：对超声波防除垢技术进行了实验区试验以及现场应用试验，结果表明，应用超声波防除垢技术
实现加热炉在线防除垢，达到加热炉清洁、长周期运行的目的。使用超声波防除垢装置后单台加热炉
年可节约燃料费、停炉清洗费、换管费以及人工费等费用约32万元，经济效益和社会效益显著。
关键词：超声波；防垢；除垢；加热炉
中图分类号：TB559；Ⅱ撙63文献标识码：B文章编号：1004—7948(2012)01一0066—03
doi：103969／j．issn．1004—7948．2012．01．017
加热炉是保障油田正常生产的重要设备之一，
在使用过程中因蒸发浓缩、高温沉淀、高温分解、表
面结晶¨o等原因，炉水及被加热介质中的杂质会
在炉壁和加热盘管内外壁上沉淀、结垢、结晶、结
焦，甚至会造成污堵现象，不仅影响了加热炉的传
热效率，增加了能耗，还会导致系统的压力升高，给
油田的正常生产带来安全隐患。目前，油田仍较多
的采用停炉清洗的定期除垢方法进行加热炉除垢，
这不仅会增加维修作业成本还会使金属受损，影响
加热炉使用寿命。超声波防除垢技术是通过破坏
污垢的附着条件来阻止污垢形成的。超声脉冲振
荡波会使加热炉管、板壁发生高频振动，在金属管、
板壁和附近的介质之间产生一系列效应来进行防
垢和除垢‘2o。为了实现油田加热炉的清洁、长周
期运行，引入了超声波防除垢技术，并对其进行了
实验区试验和现场工程应用试验。
表3两种工况极限应力对比MPa
材料为Q235，由材料手册可知Q235钢的屈
服极限240MPa，抗拉强度380MPa。钢材材料参
数如下：弹性模量2．12×1011 N／m2，材料密度
7860kg／m3，泊松比o．28。安全系数为2．o时，许
用应力为380／2．0=190．OMPa。从以上强度分析
来看，模型最大应力远小于材料许用应力，轿厢结
构满足强度要求。
4结语
该项目是基于ANSYS环境下对轿厢架进行
有限元计算，并结合强度、刚度分析对轿厢架结构
进行了轻量化设计和优化改造，在满足轿厢架必要
的刚度和强度前提下，使轿厢架成功减轻了重量。
本文采用有限元分析方法，通过计算分析研
究，探索电梯轿厢架结构对电梯总成的强度和刚度
的影响，优化电梯轿厢架结构，将结果应用到电梯
轿厢架结构设计中，使电梯轿厢架结构设计有据可
查、有理可依，达到精确的动态设计来替代经验静
态设计，以降低钢材的浪费，减轻轿厢重量，降低成
本，提高经济性，使电梯设计达到安全、环保，使电梯
的经济性能大为提高、降低能源消耗和环境污染。
参考文献
[1]陈家盛．电梯结构原理及安装维修[M]．北京：机械工
业出版社，2002．
[2]GB7588—2003，电梯制造与安装安全规范[s]．
[3]GB／T10058—1997，电梯技术条件[s]．
[4]GB／T10059—1997，电梯试验方法[s]．
[5]李秧耕．电梯基本原理及安装维修全书[M]．北京：机
械工、世出版社，2001．
作者简介：夏艳光(1980一)，男，安徽合肥人，硕士，工程
师，从事电梯检验和研究工作。
收稿日期：2叭1—06—01
万方数据
2叭2年第1期
(总第352期)
节能
ENERGY CONSERVATION
l防除垢实验区试验情况
1．1实验区简介
垦90防垢现场试验区位于胜利油田垦利经济
开发区垦90接转站内，承担着区块的集输、注水、
掺水等任务，于1992年投入开发。该站平均日产
液量800m3，日产油量40t，日注水量1000m3，日掺
水量200—300m3。该区块结垢主要集中在加热炉
盘管、掺水管线、原油外输管线等处，白云石、方解
石、霰石是主要的结垢形式，区块管道的平均年结
垢速率为24．05mm，结垢现象严重。主要表现在
如下几个方面：
1)结垢对加热炉的影响。
站内5台800kw的掺水加热炉，设计效率为
85％，受结垢影响，加热炉热效率最低时只有56％
左右，日均多消耗燃油2．5t。加热炉运行3—4个
月就需要对炉管进行酸洗除垢pJ，平均13个月就
需要更换炉管。
．2)结垢对注水系统的影响。
由于管线结垢，注水系统效率只有46．23％，
比全厂50．96％平均效率低4．73个百分点，年多
耗电60万km。结垢还经常堵塞掺水表、注水表
叶轮，影响其计量精度。
3)结垢造成管线结垢腐蚀严重。
结垢导致管线垢下腐蚀严重，管线穿孔频繁。
2010年，该站掺水总干线穿孔12次，单井管线穿
孔32次。
1．2防除垢试验流程和方法
在实验区块的掺水生产管线上引出一个旁路
并分出两路支线，其中一条支线安装超声波防除垢
装置，另一条支线不采用任何防除垢技术或装置。
试验一定时间后将2根试验管段进行拆除对比，考
察超声波防除垢效果。
试验时间为2010年3月1日一4月6日，共计
35d。试验管线直径10cm，长度5m。该掺水生产
管段内水温约45℃、水压约1MPa、流速约1n∥s。
1．3试验结果
通过对2根试验管段的拆除对比发现，未安装
超声波防除垢装置的管段结垢明显，垢层最薄处约
0．8mm，垢层较厚处约3mm，而安装超声波防除垢
装置的管段内壁清洁，无明显垢质附着。使用与未
使用超声波防除垢装置管线的结垢对比情况如图
l所示。
(1，)使用后
图l超声波防除垢装置使用前后管线结垢情况对比图
2现场应用情况
在胜利油田某联合站内选取了3台正常生产
的加热炉进行了超声波防除垢应用试验。3台加
热炉的额定功率均为2500kw，其中1。加热炉为燃
气炉，2。、34加热炉为燃油炉。
根据加热炉工作原理、内部结构、技术参数以
及介质和结垢情况，每台加热炉设计安装了3套超
声波防除垢装置，换能器18只，安装示意图如图2
所示。18个换能器分别焊接在加热炉炉体及进出
口油管外壁上。超声波参数设置如表1所示。
2．1燃气加热炉应用效果
l。燃气加热炉因结垢和污堵而必须停炉清洗
除垢的周期为3个月，在未使用超声波防除垢装置
以前，一个清洗周期内的热效率会由91．09％下降
到77．06％，平均有效输出单耗为0．03124m3／MJ。
而在安装使用超声波防除垢装置以后，一个清洗周
期内的热效率没有明显变化，一直稳定在91％左
右，平均有效输出单耗为0．02868m3／MJ。通过对
万方数据
节能
ENERGY CONSERVATl0N
2012年第1期
(总第352期)
图2超声波换能器安装位置示意图
表1超声波防除垢装置运行参数设计值
比，该加热炉使用超声波防除垢装置以后可实现日
节燃气量190m3，节能率8．19％。使用前后效果对
比情况如表2所示。
2．2燃油加热炉应用效果
28、38加热炉为新投产加热炉，其应用效果通
过与同期投产的同型号4”加热炉进行对比分析后
发现，24、3”、4”加热炉需停炉清洗除垢的周期为1
年。通过跟踪监测发现，使用超声波防除垢装置的
2”和3。加热炉热效率一直稳定在90％左右，平均
有效输出热量单耗为0．02623m3／MJ，而未使用防
除垢装置的48加热炉热效率由90．63％下降到了
84．4％，平均有效输出热量单耗为0．02765 m3／Ⅻ_。
通过对比，安装超声波防除垢装置的加热炉比未安
装该装置的加热炉平均日节燃油200埏，节能率为
5．14％。
3台加热炉的对比情况如表3所示。
表2 1。燃气加热炉应用超声波防除垢装置前后效果对比
编号
是否使用热效率／％ 平均有效输出热量节能率／ 平均日节燃
防除垢装置清洗完后运行1个月后运行3个月后单耗／m3·MJ。％ 气量／m3
3结论
经实验区试验以及现场工程应用发现超声波
防除垢技术可有效缓解油田加热炉的结垢问题，实
现了加热炉的在线防除垢，达到了加热炉清洁、长
周期运行的目的。使用超声波防除垢装置后单台
加热炉年可节约标油60t以上、减少二氧化碳排放
约211t，减少燃料费、停炉清洗费、换管费以及人工
费等费用约30万元，平均投资回收期为17个月，
经济效益和社会效益明显。另外，设备的无垢运行
还减少了因管线污堵造成的压力升高，电耗增加以
及管线穿孔爆裂等诸多问题，实现了加热炉的清洁
运行和安全生产。
参考文献
[1]王皓．加热炉结垢原因分析和解决方法[J]．科技信息，
2007，(1)：231—232．
[2]余兰兰，高英杰，余宏伟，等．超声波防垢措施及效果分
析[J]．油气田地面工程，2009，28(10)：16—17．
[3]周爱东，杨红晓，张志炳．超声波在防除结垢中的应用
[J]．应用化工，2005，34(11)：659—661．
作者简介：杜红勇(1979一)，男，河北保定人，硕士，工程
师，从事油田企业节能技术研究工作。
收稿日期：2011—10—15；修回日期：201l一12—03

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