油田注汽锅炉讲义幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,油田注汽锅炉基本结构原理及设计思路讲义,中国石油天然气第八建设有限公司,郭 恩 广,课程主要内容,一,.,锅炉及热工基本知识,二,.,超临界压力注汽锅炉原理及应用,三,.50,吨渣油燃烧注汽锅炉原理及应用,四,.100,吨渣油燃烧注汽锅炉原理及应用,五,.,球型汽水分离器的原理及应用,一、,锅炉及热工基本知识,1.,锅炉：由,“,锅,”,和,“,炉,”,及相应的附件、仪表和附属设备组成；,2.,锅炉的分类,:,按用途 动力、工业和生活用,按输出介质 蒸汽、热水和水汽两用,按燃料 燃煤、燃气和燃油,按压力 低压、中压和高压,我公司研制开发的注汽锅炉为油田专用的强制循环、高压、直流、燃油燃气的工业蒸汽水管锅炉。,.,锅炉的基本参数,锅炉出力 即容量,额定温度,额定压力,干度 对于注汽锅炉的又一个重要指标，即饱和蒸汽在汽水混合物中含量。,热效率 输出热量,/,输入热量,热工名词：热的传播（导热、对流、辐射）、干饱和蒸汽、湿饱和蒸汽、过热蒸汽、焓以及高、低位发热量、质量流速、过热度等,.,4.,注汽锅炉的介绍,注汽锅炉又称为湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备。,它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。,一般井深小于,1200,米，额定压力为,17.2MPa,的锅炉即可满足要求，,12001800,米左右的井深，选用,21MPa,的注汽锅炉就可以，再深的油井可以选用超临界注汽锅炉。,我公司在,1982,年就试制生产了我国第一台,22.5t/h,、,17.2MPa,油田专用注汽锅炉，现已形成了额定容量为,7.0t/h,、,9.0t/h,、,11.2t/h,、,22.5t/h,、,50t/h,、,100t/h,，,额定压力为,14.1MPa 17.2MPa,、,18.2MPa,、,21.0MPa,、,26MPa,多型号系列化生产规模，到目前为止累计生产数量已近,400,台。,湿蒸汽发生器是卧式直流水管锅炉它的辐射段是单路或多路直管水平往复式布置，对流段为单路或多路直管往复错列排布结构，产生湿度大于,20%,的湿饱和蒸汽或过饱和蒸汽。设计为液（气）体燃料火室燃烧锅炉，炉膛烟气压力为微正压（,2000-3000Pa,）。它是利用燃料的热能，把一定量的水加热成为一定压力、温度和干度的湿饱和或过饱和蒸汽的机械设备。,直流锅炉的优缺点：,优点,:,适用于任何压力,重量轻,制造、安装及运输方便,可迅速启停,缺点：,.,要求的给水品质高,.,水泵消耗功率大,.,自动调节及控制系统复杂,注汽锅炉包括锅和炉两大部分，这种锅炉不同于电站及普通锅炉，它没有汽包和联箱，这里的“锅”为水汽系统的承压管子、管道及管件；炉”是指燃烧燃料的场所，这里为炉膛。,通常将其注汽锅炉的结构概括为“三大段（辐射、对流、过渡）；三大系统（水汽、燃烧、自控）；若干小器（加热、分离、过滤等）；三大辅机（供水泵、燃烧器及空压机）。”,二,.,超临界注汽锅炉原理及应用,(,一,).,主要技术参数的确定,1,、蒸发量的确定,根据现有常规注汽锅炉的参数系列并考虑实现锅炉车载移动化等情况，确定锅炉额定蒸发量为,9t/h,。,2,、蒸汽压力的确定,设计压力的高低是关系到设备能否满足生产需要的关键参数。据资料介绍，若井深,2200m,，井底所需蒸汽压力为,33MPa,；当井口注汽压力,26MPa,时，井底蒸汽压力达,39MPa,，可以基本满足深层稠油注汽要求，因此，确定设计压力为,26MPa,。,3,、蒸汽温度的确定,在,21MPa,锅炉中，若蒸汽干度,80%,，则平均热焓值为,2247.91kj/kg,，饱和温度为,369.83,；在,26MPa,锅炉中，若控制蒸汽温度在,374,运行，则平均热焓值为,1821.33kj/kg,，仅相当于,21MPa,压力下的,367.18,，甚至还未达到饱和温度，这种工况对采油工艺显然是不利的，若需达到同样热焓值，则蒸汽温度至少为,390.11,；经考虑各种因素，初步确定额定蒸汽温度为,395,，相当于,21MPa,压力下的,371.17,，过热度为,1.34,，热焓值为,2412.46kj/kg,。,针对目前各油田超深稠油的试开采情况，初步确定超临界压力锅炉主要技术参数如下：,额定蒸发量：,9.0,t/h,额定蒸汽压力：,26.0,MPa,额定蒸汽温度：,395 ,额定热功率：,5.6 MW,额定热效率：,88,负荷调节：,70-100,燃烧方式：重 油,控制方式：,PLC+,触摸屏,+,工控机,装载方式：拖车,(,二,).,锅炉结构、工作原理及流程,锅炉为便于车载移动化，采用卧式直流结构，单炉管水平往复布置，分为辐射段、对流段和操作台等几部分。其附属配套设备有高压泵、燃烧器、给水预热器、燃料系统及一套保证安全正常运行的自动调节系统和安全保护系统,超临界压力锅炉的工作原理，不同于亚临界压力以下的注汽锅炉，其水汽系统的流动形态发生了根本性的改变，工质系单相介质,没有汽液两相同时存在的沸腾状态，只有两个单相流体之间的相变。,当压力在,P/Plj1.2,范围内,温度处于拟临界温度附近时,工质的某些物性发生剧烈的变化,尤其是工质的比热容急剧增大,存在一个大比热区。当工质的定压比热容,cp,达到最大时对应的温度，称为拟临界温度。在大比热区内，管壁与工质间的换热有如下特点：,1,、最大比热容点附近工质的温度接近不变；,2,、在热负荷,q,较小，工质的质量流速,w,较大时，接近最大比热区附近工质的换热系数,2,很大；,3,、在热负荷,q,较高，工质的质量流速,w,较小时，大比热区内工质的换热系数,2,突然减小，壁温飞升，出现传热恶化现象；,4,、在大比热区以外，工质换热规律与临界压力以下的单相流体相同。,通常把比热容大于,8.4kJ/kg.,的区域称为大比热区，使比热容达到极大值所对应的拟临界温度为相变点，工质温度低于拟临界温度时为水，高于拟临界温度时为汽；因此，在超临界锅炉设计中，比较容易确定大比热区的位置。由于在大比热区的换热工况比较复杂，无法准确计算换热系数和管壁温度，故在锅炉设计中，应尽量避免将此区段布置在热负荷,q,最大区域（即火焰中心区域）。经过校核计算可知：辐射段在低负荷时有可能发生传热恶化，对流段由于最大热负荷远低于辐射段，则不会发生传热恶化。针对超临界压力锅炉的这些特点，在本锅炉设计中将最大比热区从辐射段移到对流段，且辐射段高温区和对流段高温区均采用,内螺纹管,，这样就避免了传热恶化现象的发生。,内螺纹管是在管子内壁上开出单道或多道的螺旋形槽道的管子，它对防止或推迟传热恶化的主要作用在于：（,a,）工质在内螺纹的作用下形成强烈的旋转汽流，使水滴沉降到管壁上；（,b,）由于汽流强烈旋转，减小了边界层的热阻，强化传热，降低壁温；（,c,）内螺纹槽中的液膜不易被中心汽流卷吸携带；（,d,）增大管子内表面积，减低内壁热负荷。由于内螺纹管对推迟传热恶化和降低壁温峰值的效果显著，因此是目前用的最多的一种方法。,本锅炉水汽流程如下：,从水处理装置来的除盐水（,20,左右）进入柱塞泵升压。在泵前、后装有入口和出口减震器，以保证入口和出口水的压力平稳。给水先进入给水预热器（水水换热器），使给水温度提高到烟气露点以上,(121,左右,),，以避免烟气低温腐蚀。经预热后的水进入对流低温区，在这里吸收热量后,(199,左右,),进入辐射段低温区进一步加热,(334,左右,),，然后再进入预热器作为热源加热给水，经冷却后（,252,左右）又重新进入辐射段高温区，水在辐射段高温区经加热后（,370,左右）进入对流段的高温区进行汽化（或过热）（,395,左右），最后经取样分离器和孔板计量装置而出锅炉本体。,(,三,).,水处理系统,超临界压力锅炉由于其水汽系统的特点不同于原有的亚临界压力锅炉，因此配套的水处理设备也相应的严格，不仅要考虑除硬、除氧，而且还必须考虑去除水中的盐分，这样才能保证锅炉的安全使用。,1,、总体方案流程：反渗透,+EDI+,膜式除氧,反渗透与,EDI,联合组成的除盐系统的基本组成形式为：预处理反渗透,EDI,（填充床电渗析）高纯水,在这种系统中，预处理通常采用微滤或其他过滤方式，原水经预处理后，达到反渗透进水的要求；在反渗透装置中，进水中的绝大部分（,95%,）盐分、有机物和其他,各种杂质被,除去；在,EDI,装置中，反渗透产水中的剩余盐分被除去。,反渗透,EDI,系统的特点是：,1),真正实现了制备高品质的除盐水不需要酸碱；,2),简化了除盐水处理系统。设备占地面积小，操作简单；,3),对原水水质变化的适应性强；,4),出水水质好，出水电导率可以稳定在,0.1S/cm,以下；,5),系统维护工作量小，但要求较为严格。,(,四,).,锅炉,控制系统,1,锅炉监控系统配置,该锅炉控制方式是通过下方计算机监控系统框图（,PLC+,可编程终端,-,触摸屏,+,工控机）的配置来实现的。,PLC,控制采用,CS,系列可编程控制器取代,C200HE,型可编程控制器，,CS,系列可编程控制器基本指令的执行时间与,C200HE,型相比缩短了,10,倍；对提高工艺参数的控制精度十分有利；而且性能更稳定。,可编程终端,PT,（触摸屏）选用与,CS,系列可编程控制器相同的,OMRON,产品,NS12,（,TFT256,色）或昆仑通态,TPC105-TD33,型产品，它们都可以满足,CS,系列可编程序控制器的通讯协议，该产品在工业控制领域里广泛应用，其可靠性和稳定性可以信赖；可操作性更强。,该系统是由中央管理级、现场控制级及通信网络构成的两级监控系统。其中现场级实现监控功能；是以可编程序控制器作为中央控制器对该系统的过程变量和状态进行采集、处理，实现对锅炉的启动、运行、参数自动控制、异常报警停炉的全过程。,上层管理级采用适用于系统管理的应用软件，该软件操作方便；人机界面清晰；能够满足各种功能的需要。,管理级选用工业控制计算机（工控机），确保工作的可靠性和抗干扰性。它通过,PLC,的串行通讯端口经,RS23/RS485,转换很方便的接收到来自现场级的相关监控数据，并可实现对数据进行存储、打印、查询、监视的功能。,锅炉参数控制的确定：该锅炉是超临界过热蒸汽与饱和状态相互兼用型锅炉；在原有控制方式不变情况下增加一路过热蒸汽温度控制。其控制方式为前馈加反馈控制回路；见方框图：,t1,给定温度,E,燃烧控制信号,4-20mA,t2,过热温度,F,火量,T,调节温度信号,S,过热蒸汽,Q,给水流量信号,(,五,).,主要技术关键、特殊材料和配件,1,、主要技术关键：,1,）将汽水流程中容易产生传热危机的最大比热区移到热负荷相对较小的对流段,(,辐射段,q=92kw/m2,，对流段,q=70kw/m2),。,2,）采用小管径，增大质量流速,w,（,73x11,管：,w,=1224 kg/m2s,，,60 x10,管：,w,=1805 kg/m2s,），以保证,q/w,0.42 kJ/kg,。,3,）在亚临界压力下，热负荷的控制及蒸汽干度的测量。,4,）水处理技术,RO2+EDI,的应用。,2,、特殊材料：,在辐射段高温部分和对流段高温区均采用,12Cr1MoVG,内螺纹锅炉管，耐温可达,500,，这样可有效防止传热恶化的发生。,3,、主要配件：,1,）给水泵及变频装置,采用容积式往复五柱塞泵，型号为,5S12512/32,，最大给水流量,12.5t/h,，最大压力,32MPa,，电机功率,132kw,；配套的变频装置，采用富士,FRNC132G11S-4C,变频器，内部电气元件均采用施耐德或其它质优合资产品，流量控制稳定、波动小。,2,）燃烧器,采用德国扎克公司一体化转杯式燃烧器（,SKVJ,（,G,）,55,，最大火焰长度,4.4m,，最大火焰直径,1.06m,，鼓风压力,2200Pa,），排烟中未燃尽固形物含量极低，在燃烧沥青含量很高的重油时，效果远好于其它燃烧器。额定出力,6.60MW,，电机功率,22.5KW,（其中转杯雾化电机功率,4KW,）；使用扎克燃烧器后，相应的蒸汽及空气雾化流程均取消。,3,）电加热器,采用功率为,15KW,的国产棒式电加热器，安全可靠，使用寿命长。,4,）高压阀门,水汽流程上所有规格的截止阀、止回阀均采用美国,EDWARD,公司产品，压力等级为,4500#,，安全阀采用上海凯特阀门制造有限公司产品；,5,）其它,a,拖车,拖车采用营口拖车厂产品，规格为,15.53.5,，机械式升降支腿。,b,防护板房 采用彩板压制组合。,c,安全标识与照明,在用电、爬高、高温高压等操作区域均设有醒目的符合国家规范的安全提示标识，尾部设有露天照明。,三,.50,吨渣油燃烧注汽锅炉原理及应用,（一）,蒸汽辅助重力泄油（,SAGD,）开采超稠油,重力泄油的理论最初的概念是基于注水采盐的原理，即注入的淡水将盐层中的固体盐溶解，浓度大的盐溶液由于其密度大而向下流动，而密度小的水溶液浮在上面，这样可以通过不断地在盐层的上部注水，而盐层的下部源源不断地将高浓度的盐溶液采出。高浓度的盐溶液向下流动的动力就是水与含盐溶液的密度差，将这一原理用于注汽热采过程中就产生了重力泄油概念。,对于在地层原始条件下没有流动能力的高粘度原油，要实现常规蒸汽驱过程是不可能的，这主要是因为在注采井之间很容易形成汽窜，使油汽比降低而失去商业价值。将重力泄油理论应用到高粘度原油的开发中，就产生了蒸汽辅助重力泄油技术。下图所示为蒸汽辅助重力泄油开采原理图。,蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理是：在水平生产井的上部连续注入大量的高干度蒸汽，使得地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔的边缘加温原油，同时蒸汽冷凝成水，与原油依靠重力流入水平生产井，并被大排量采出。蒸汽腔不断缓慢扩展，并不断加温原油，从而形成连续的生产过程，直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制边界。,根据,SAGD,工艺原理，可以归纳出蒸汽辅助重力泄油方式有以下两个主要特征：,1,）由于是依靠蒸汽腔扩展加温原油，所以蒸汽中的饱和水不仅对生产毫无帮助，反而增加占据地层孔隙体积分量，使原油产量降低。故要求注入蒸汽干度越高越好，一般要求注汽站出口干度大于,95,，井口干度大于,90,，井底干度大于,70,2,）由于是依靠重力泄油，所以水平生产井的生产压差为水平井上部可流动液体的液面高度。一般保持在为,5,15m,。,据有关报道和国外考察，目前采用,SAGD,开采方式生产稠油和超稠油的以加拿大最为成熟。,根据,SAGD,的工艺原理，和油藏工程研究结果，其工艺设计的总体要求为：在直井连续（多井同时）注入高干度（大于,95,）蒸汽，水平井大排量（,300,350t/d,）采出高温（,200,）含水（,70,90,）原油。根据工艺设计的总体要求，设计,SAGD,注采工艺技术路线是：注汽锅炉产生干度为,75,80,饱和蒸汽，经汽水分离器分离，干度为,95,已上的蒸汽通过球形分配器分配计量，再经注汽井注入地层。蒸汽加温地层原油，变成冷凝水与原油一起流入水平井，经大泵抽出地面，地面换热后再经计量，最后进入中心站外输。注汽锅炉用水先与油井产出液换热，再与汽水分离器分离出的高温水换热后，最后进入注汽锅炉，完成热量回收利用，见下图：,1,、注汽锅炉、,2,、汽水分离器、,3,、球形分配器、,4,、水平采油井、,5,、产出液换热器、,6,、含水取样器、,7,、原油计量器、,8,、分离水换热器、,9,、采油站缓冲罐,图,2.2 SAGD,工艺方案技术路线图,（二）,50,吨注汽锅炉设计原理及结构,一、注汽锅炉主要参数,锅炉型号：,YZG-50/14.1-H,额定蒸发量：,50,吨,/,小时,工作压力：,14.1,兆帕（,17.2,）,蒸汽干度：,75-80%,热 效 率：,89.5%,燃 料：渣油,控制方式：计算机及,PAC,组成,DCS,控制,水汽系统回程：两回程,锅炉总重量：约,250,吨,设备总功率：,650,千瓦,二、注汽锅炉主要原理及结构说明,（一）辐射段,辐射段是由钢板卷制成的圆筒，内壁衬硅酸铝耐火纤维和耐火注料以减少辐射段散热损失，正常运行时壳体外表面平均温度小于,60C,。,1,、结构设计,该型号注汽锅炉的辐射段总体尺寸为,4.4116.81m,，辐射段管束共计炉管（,8911,，,20G,）,88,根，单根炉管平均长度为,16.0m,炉管沿辐射段筒体内壁周向左右两等分,均布，形成两套水汽循环管路。每套管路分别设有单独的给水入口及蒸汽出口（均在辐,射段后端），并由一台柱塞泵（,59T/H,，,19,MPa,）推动这两个循环管路,详见,50T/H,注汽锅炉流程图,。,2,、设计说明,（,1,）根据管式加热炉辐射室的结构设计理论，辐射室的尺寸由以下几个参数确定：,a,辐射管传热面积,FR,FR=QR/,qR,QR,辐射室热负荷,qR,辐射 炉管表面平均热强度,b,管心距 国内设计推荐值为,1.5-2.0,，本锅炉 取值,1.52,。,C,管墙距 国内设计推荐值为,0.5-1.2,，本锅炉取值,0.84,。,d,高径比 国内设计推荐值为,2.5-3.5,，本锅炉取值为,3.38,。,（,2,）辐射段管束双回路水汽循环管路在运行时，左、右半部的两个管路运行状况基本相同。在出口压力设定值相等的情况下，单台柱塞泵可以通过变频器调节使两套水汽循环管路趋于平衡。（详见辐射段总图）,（二）对流段,对流段是由光管和翅片管组成的矩形结构，在烟气入口端增加了几排光管作为温度缓冲管以降低烟温，为减少对流段的长度，采用了翅片管，这样可以缩小,2/3,的体积。对流段吸热量约占总吸热量的,40%,左右。,1,、结构设计,该型号注汽锅炉对流段为矩形，总体尺寸为,4.673.584.75 m,，其对流段管束有光管,75,根，翅片管,285,根，平均长度为,4.1 m,。对应辐射段的两回路水汽循环管路，分左、右平均分布,两个独立的高压水循环管路，这两个循环管路的对流段出入口分别同两台水,-,水换热器的管程入口和壳程出口相连接，形成两个整体水循环系统。详见,50t/h,注汽锅炉流程图。经过热力计算，高温烟气流经对流段光管后为,858C,。为了防止对流段翅片管过烧和增强耐腐蚀性，在对流段光管上方设三排不锈钢翅片管。（详见对流段总图）,2,设计说明,这种型式的两组对流段管束可以同辐射段的两组管束和两个水,-,水换热器相对应，进行共同吸热，分别水,-,汽循环运行，保证两个水,-,汽循环系统的均衡受热，平稳运行。,（三）水,-,水换热器,水,-,水换热器是采用套管形式进行热交换，它主要用来加热对流段的入口温度，使入口水温提高并超过烟气的露点温度，从而避免烟气中的水蒸气在对流段翅片管上凝结而造成管子的低温腐蚀。,23T/H,和,11T/H,注汽锅炉使用一台水,-,水换热器相配套，并安装在辐射段侧面或上面。,50T/H,注汽锅炉使用两台相匹配，分别与相应的对流段和辐射段管路流程对应，安装在一个独立的撬座上，以保证水循环系统的稳定性。,（四）高压给水泵和燃烧器,1,、高压给水泵设,1,台，额定流量为,59T/H,，工作压力为,19,MPa,，功率为,355KW,，推动,2,个水汽循环系统，柱塞泵通过变频器调节流量及压力，使,2,个水汽循环管路趋于平衡。,2,、燃烧器选用德国进口的,SKV-350,型，燃料选为渣油，其额定发热量为,9500kcal/kg,，每小时燃料消耗量为,3000kg,，火焰直径为,2.26,米，火焰长度为,8.0,米，燃油入口压力为,0.35-0.40MPa,。,（五）给水分配器、出口集汽器及干度测试,1,、为了减小水阻力及高压管线的颤动，在高压给水泵的出口段设有给水球型分配器，由球型分配器再分出两个出水口，为两个高压水汽循环系统提供动力，并保证其稳定运行。,2,、在每个水汽循环系统的出口段设有干度测试装置，并将两个蒸汽出口汇集在球型集汽器，由集汽器出去设大管径的锅炉蒸汽总出口，以满足油田大蒸汽量的使用要求。,总结以上结构说明，,YZG-50/14.1-H,型注汽锅炉具有以下特点：,a参照直流锅炉、电站锅炉的设计原理，总结了我公司过去注汽锅炉设计、生产、和调试的经验，为辽河油田研发的新型专用大型注汽锅炉。,b,辐射段和对流段由以往的单管路循环设计为双管路循环，既能增大蒸汽产出量，又可以保证水汽循环系统的平稳运行。,c,辐射段的炉管设计为紧密排布，在加大受热面积的同时又相对减小了辐射段的体积，节约占地面积。,四、注汽锅炉控制系统,本锅炉采用上位计算机及,PAC,组成,DCS,集散控制系统。主要功能特点如下：,1,、设计有智能供水平衡系统，通过变频器自动调节两路供水流量；也可通过手动方式调节，当供水流量偏差较大以至主蒸温过载时，系统将转入自动方式，通过预设曲线啮合方式快速确定最佳给水,-,燃料比。,2,、系统采用过程级,PAC,、操作员站、工程师站三级控制，可远程操作，采集数据传输入网，即时打印，实现科学数字化管理；,四,.100,吨渣油燃烧注汽锅炉原理及应用,一、概述（研制开发前提同,50,吨锅炉，略）,二、注汽锅炉主要参数,锅炉型号：,YZG-100/14.1-H,额定蒸发量：,100,t/h,工作压力：,14.1,MPa,蒸汽干度：,75-80%,热 效 率：,89.4%,燃 料：渣油,控制方式：计算机及,PAC,组成,DCS,控制,水汽系统回程：四回程,锅炉总重量：约,360,吨,设备总功率：,1100,千瓦,该锅炉是卧式直流水管锅炉，辐射段为四回路直管水平蛇形式双层错列排布，对流段为四回路直管水平三角形错列排布。辐射段燃烧室设计为,矩形,，炉膛压力为微正压，对流段为矩形。,锅炉结构部分概括为：,1,、三大段，即辐射段、对流段、过渡段；,2,、三大系统，即水汽系统、燃烧系统、自控系统；,3,、三大辅机，即高压给水泵、燃烧器及空压机；,4,、若干小器，即燃油加热器、燃油过滤器以及汽水分离器等。,该型号注汽锅炉的辐射段总体尺寸为,19.366.487.47m,，辐射段管束共计炉管（,8911,，,20G,）,144,根，单根炉管平均长度为,17.6m,炉管沿辐射段墙体内壁纵向四根管路蛇形排布，形成四套水汽循环，每套管路分别设有单独的给水入口及蒸汽出口（均在辐射段后端）。辐射段的四个循环,辐射段的吸收热量约占总吸收热量的,60%,左右。,二、注汽锅炉主要结构说明,（一）辐射段,辐射段是由钢板及型钢焊接制成的四面墙体，顶盖和侧墙内壁衬硅酸铝耐火纤维，底墙以耐火浇注料减少辐射段散热损失，正常运行时壳体外表面平均温度小于,70C,。辐射段的吸收热量约占总吸收热量的,60%,左右。,该型号注汽锅炉的辐射段总体尺寸为,19.366.487.47m,，辐射段管束共计炉管（,8911,，,20G,）,144,根，单根炉管平均长度为,17.6m,炉管沿辐射段墙体内壁纵向四根管路蛇形排布，形成四套水汽循环，每套管路分别设有单独的给水入口及蒸汽出口（均在辐射段后端）。辐射段的四个循环管路由两台柱塞泵（,59T/H,，,17,MPa,）推动,详见,100t/h,注汽锅炉流程图。,根据管式加热炉辐射室的结构设计理论，辐射室的尺寸由以下几个参数确定：,a,辐射管传热面积,FR,FR=QR/,qR,QR,辐射室热负荷,qR,辐射炉管表面平均热强度,b,管心距 国内设计推荐值为,1.5-2.0,，本锅炉取值,1.7,。,c,管墙距 国内设计推荐值为,0.5-1.2,，本锅炉取值,0.84,。,根据锅炉辐射换热计算的基本原理，辐射段吸收的热量由辐射管传热面积和辐射管表面热强度决定，并成正比关系。在圆形的直径和方形的边长相等的前提下，方形和圆形辐射室内壁布置相同形式的炉管，其辐射管传热面积,FR,比值为,4:3.14,，,故采用矩形辐射室不仅能增加辐射段总吸收热量，提高热效率，还可以减小辐射段的尺寸，节省占地面积。,辐射段管束的四个水汽循环管路在出口汇入球形混合器，在压力设定值相等的情况下，两台柱塞泵可以通过变频器调节使四套水汽循环管路趋于平衡。因此，使用两台柱塞泵推动可以保证锅炉水汽系统的稳定运行。,（二）对流段,对流段是由光管和翅片管组成的矩形结构，在烟气入口端增加了几排光管作为温度缓冲管以降低烟温，为减少对流段的长度，采用了翅片管，这样可以缩小,2/3,的体积。对流段吸热量约占总吸热量的,40%,左右。,该型号注汽锅炉对流段为矩形，由两个独立的框架结构组成，总体尺寸为,4.94.26.12 m,，其对流段管束有光管,132,根，翅片管,484,根，平均长度为,4.4 m,。对应辐射段的四回路水汽循环管路，从左到右平均分布四个独立的高压水循环管路，这四回路循环管路的对流段出入口分别同四台水,-,水换热器的管程入口和壳程出口相连接，形成四个整体水循环系统。详见,100t/h,注汽锅炉流程图。经过热力计算，高温烟气流经对流段光管后为,860C,。为了防止对流段翅片管过烧和增强耐腐蚀性，在对流段光管上方设两排不锈钢翅片管，共计,44,根。,这种型式的四组对流段管束可以同辐射段的四组管束和四个水,-,水换热器相对应，进行共同吸热，分别水,-汽循环运行，保证四个水,-,汽循环系统的均衡受热，平稳运行。,（三）水,-,水换热器,水,-,水换热器是采用套管形式进行热交换，它主要用来加热对流段的入口温度，使入口水温提高并超过烟气的露点温度，从而避免烟气中的水蒸气在对流段翅片管上凝结而造成管子的低温腐蚀。,100,t/h,注汽锅炉使用四台水,-,水换热器相匹配，分别与相应的对流段和辐射段管路流程对应，安装在一个独立的撬座上，以保证水循环系统的稳定性。在两台柱塞泵出口和四个水,-,水换热器壳程入口之间设有混合集箱以保证压力均衡。水,-,水换热器管程出口和辐射段入口之间设有,U,型集箱进行混水及均压以保证四个辐射段入口压力达到一致，使四个水汽循环管路运行趋于相同工况。,（四）高压给水泵和燃烧器,1,、高压给水泵设,2,台，每台额定流量为,59T/H,，额定压力为,19,MPa,，功率为,375KW,，柱塞泵通过变频器调节流量及压力，使,4,个水汽循环管路趋于平衡。,2,、燃烧器选用德国进口的,SK550,型，燃料选为渣油，其额定发热量为,9790kcal/kg,，每小时燃料消耗量为,6200kg,，火焰直径为,3.15,米，火焰长度为,9.0,米，燃油入口压力为,0.35-0.40MPa,。,（五）给水分配器、出口集汽器及干度测试,1,、为了减小水阻力及高压管线的颤动，在两台高压给水泵的出口段设有两个给水球型分配器，每个球型分配器再分出两个出水口，为四个高压水汽循环系统提供动力，并保证其稳定运行。,2,、在每个水汽循环系统的出口段设有干度测试装置，并将四个蒸汽出口汇集在球型集汽器，由集汽器出去设大管径的锅炉蒸汽总出口，以满足油田大蒸汽量的使用要求。,三、,注汽锅炉控制系统,（同,50,吨注汽锅炉）,五,.,球型汽水分离器的原理及应用,一基本结构,根据用户使用条件（压力和流量不稳）的特点，经过对各种参数的校核计算，在取得最大分离空间的前提下，进行设计优化，选择了球形容器，直径为,DN1800,（,2200,）,mm,，筒内设置四个独立的旋风分离器，可根据负荷情况来增减旋风分离器的开、关数量。为使进入每个旋风分离器的流量均匀，在筒体外设置了分配器。在旋风分离器上部蒸汽出口处设置了两级二次分离元件,百叶窗分离器，可进一步分离蒸汽中的细小水滴。为测定蒸汽干度，在蒸汽出口处设置了饱和蒸汽取样装置。由于炉水含盐量很大，为防止分离出的炉水产生泡沫以影响分离效率，在炉水出口处特别设置了排污装置。在旋风分离器入口处为防止汽、水流速不均匀而影响分离效果，设置了均汽孔板。,二,.,工作原理,两相流体的分离过程相当复杂，往往是靠几种分离作用的综合效应来实现的。旋风分离器就是综合了离心分离、重力分离及膜式分离作用来进行汽水分离的。由锅炉出口来的具有很大动能的汽水混合物沿切线方向引入旋风分离器的筒体，使其由直线运动转变为旋运动，形成离心力（比重力大,17.9,47.5,倍），由于汽和水存在重度差，汽在旋风筒中螺旋上升,形成汽柱,而水则抛向筒壁并旋转下降,在筒内形成抛物面,;,还有少量水滴被汽流带入旋风筒中部的汽空间,.,这些水滴在随汽流螺旋上升的过程中，逐渐被推向壁面。当蒸汽通过旋风筒上部的百叶窗波形板顶帽时，又靠膜式分离使蒸汽进一步被分离。水则由下部经环形缝中的导流叶片平稳地导入水空间，为防止水流旋转而引起水位偏斜，在筒体底部安装一十字形挡板以消除筒内水流的旋转运动。,为进一步将蒸汽中的细小水滴分离出来，在蒸汽出口又安装水平式百叶窗波形板分离器经设置在汽、水空间的引出管道连续不断的将汽、水引出，最后达到将汽、水分离的目的。,锅内旋风分离器是一种非常有效的汽水分离装置，其一次分离效率高达,99%,左右，是目前大中型电站锅炉中应用最为普遍的一种汽水分离装置。,三,.,基本参数,根据油田使用条件（压力和流量），球形汽水分离器的基本参数如下：,a,）设计压力,21,MPa,b,）工作压力,5-21,MPa,c,）设计流量 ,22.5,t/h,d,）入口蒸汽干度,70%,e,）出口蒸汽干度,95%,f,）排水温度 ,80 ,g,）液位控制 全自动,四安全保护及控制系统,1,）、安全保护,汽水分离器在设备本体上设置一个安全阀,;,并与锅炉串联，且在锅炉后安装；在运行过程中有超压时，锅炉在控制系统中设置了超压联锁安全保护装置。,2,）、控制单元,为了保证汽水分离的质量，对分离器的液位高度有一定的限制，所以该系统设计一套分离器液位控制单元；它是由差压传感器、液位调节器、调节阀组成的。,利用液位差压信号间接的检测液位的高低是汽液两相同时存在检测液位的常用方法。,对于液位调节的关键设备,调节阀，我们选用了美国费希尔进口产品来满足工艺使用要求。该产品性能稳定；使用环境温度高；耐冲击（高差压）；使用寿命长；提高系统的稳定性和可靠性。对调节回路的其它仪表也采用了进口仪表。,五蒸汽流量的计量,为了较精确的计量分离后的蒸汽流量，该装置采用了计算机监控系统对分离蒸汽流量实现了实时计量、日报表打印和查询等功能。由于注井压力变化范围大；一般从,5MPa,21MPa,同时饱和温度也相应变化,蒸汽的密度也随之变化。所以采用常规的计量方法其误差远不能满足使用要求，而利用计算机可以进行复杂计算的功能，对蒸汽密度进行压力和温度校正计算，使计算误差在上面的压力变化范围条件下，最大误差小于,5%,。流量计量主要包括：蒸汽分离后的总计量；各个分支的计量；温度、压力检测和排污水计量。,六,.,干度的测量,由于饱和蒸汽随着压力的升高其性质逐渐接近于水，在高压时饱和蒸汽具有很强的溶盐能力且具有其选择性，因此，利用这一特性测量饱和蒸汽和炉水的钠离子含量就能在工作压力范围内比较精确地计算出蒸汽的干度。其原理是：当炉水中含有一定量钠离子时，蒸汽带出的炉水量越多，蒸汽中的钠离子含量也越多。因此，通过测量蒸汽及炉水钠离子含量按下式即可求出蒸汽干度。,X=100,（,Na+q/Na+ls,）,100%,式中：,Na+q,和,Na+ls,分别为蒸汽冷凝水和炉水的钠离子含量（,mg/kg,）。,七余热回收与利用,由汽水分离器分离出的饱和水具有很高的压力和热量，如果将其排放掉，会造成很大浪费，使整个注汽系统热效率降低，为回收这部分热能，在注汽锅炉水,-,水换热器前面又设置了另一套水换热器。其流程如下：由分离器出来的饱和水（,370,）先与锅炉给水（,20,）进行换热，经热量回收后的低温水（,60,左右）进入到扩容罐以泄放压力，最后作为污水排掉。而锅炉给水经加热后（,100,左右）再回到锅炉水,-,水换热器前面，由于水温升高，水,-,水换热器的旁通阀必须开大以调节对流段入口水温在规定的范围之内。,八饱和蒸汽测量系统,测量系统总体结构：,饱和蒸汽监测系统是由中央管理级、现场控制级及通信网络构成的两级集中供热监控系统。其中现场控制级，实现对现场的实时监控功能；上层的管理级，开发适用于系统管理的应用软件，该软件操作方便、人机界面友好、能够满足各种功能的需要。,整个系统由管理级和现场级两部分组成，其中的管理级选用工业控制计算机，确保工作的可靠性和抗干扰性；现场级则将由现场传感器将测量的标准信号通过,A/D,转换变为数字信号，经,RS485,总线进入计算机。,