相变技术在油气集输加热领域的应用

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1、相变技术在油气集输加热领域的应用国内油气集输加热技术现状据统计，目前我国油气田和长输管道中使用的加热炉有数万台，它是油气生产和输送中的主要耗能设备。常用的加热炉形式有：管式加热炉、火筒式直接加热炉、水套炉、有机热载体炉、相变加热炉等。按照加热方式的不同，可分为直接加热式和间接加热式。直接加热式加热炉管式加热炉：它通过火焰直接加热炉管中的原油、水、天然气及其混合物等介质。其优点是加热温差大，温升快，允许介质压力高，，肀台功率可以很大，能够以较小的换热面积获得较大的加热功率。缺点是在加热原油、易结垢介质时，易在管内壁结焦结垢，并因此阻碍管壁热量传递给被

2、加热工质，易造成管壁局部过热、失效。过热会加剧管壁局部结垢结焦，甚至导致爆管事故的发生。该炉型常用于原油外输及掺水加热。火筒式直接加热炉：其特点是被加热介质在壳体内由火筒直接加热。优点是当炉体采用较低的表面热负荷时，用于加热含油污水，由于加热温差大，即使受热面显著结垢，仍能保持较高的加热出口温度。将加热与缓冲功能结合后，可制成二合一加热炉，实现常压运行，安全性能好。因此该炉型常被用来作为掺水和热洗工艺加热。不足之处在于被加热介质在锅壳内流速缓慢，因此受热面上更易结焦结垢，不适合加热稠油、天然气、汕气混和物和压力超过0.6MPa的介质。为减轻因受热面

3、结垢导致的过热、过烧问题，受热面的表面许用热负荷较小，因此该炉型体积庞大，钢耗量大，表面散热损失大。当受热面结垢后，排烟热损失会显著上升，导致炉效降低。间接式加热炉水套炉：被加热介质在锅壳内的盘管换热器中，采用水浴加热，锅壳内的水与盘管之间为自然对流，传热系数较小，炉体钢耗量大。常压水套式炉运行中易失水，经常的补水易使锅壳内的受热面结垢，会因此出现排烟热损失增大等问题。有机热载体炉：该炉型的优势在于可以提供200°C〜300°C的高温导热油对被加热工质进行加热，因此可有效地缩小换热器的换热面积。但是导热油价格昂贵（8000-12000元/吨），导热

4、油因消耗或老化，需要定期添加和更换。该炉型运行中须依靠高温导热油泵使导热油快速流动，运行电耗较大，因此运行成本较高。另外该炉型系统较复杂，占地面积大。相变加热炉：相变加热炉是宁夏三新实业（集团）公司在1997年继真空相变锅炉后开发出的又一高新技术产品。该加热炉采用热管技术，利用水蒸气的相变换热，间接加热盘管换热器内的被加热介质。按锅壳内蒸气运行压力的不同，可分为真空相变加热炉和微压相变加热炉以及压力相变加热炉；按结构特点可分为一体快装式相变加热炉和分体式相变加热炉。相变加热炉的工作原理及特点相变加热炉是火筒式间接加热炉的一种。下图示出了相变加热炉的

5、工作原理。相变加热炉是一种依靠热媒介质的沸腾蒸发与冷凝换热而传递热量使原汕、汕水混合物、水等工质加热的换热设备，它是由蒸发换热器和冷凝换热器两部分组成。蒸发换热器中设存炉胆、回燃室和对流受热面，燃料燃烧放出的热量使受热面内热媒水产生相应压力下的饱和蒸汽。蒸汽上升至冷凝段在冷凝换热器内凝结放出汽化潜热，将热量传递给换热器内的原油、油水混合物、水等工质，将工质加热到一定的温度送出。冷凝后的凝结水又回到蒸发换热器中蒸发汽化，这样周而复始不断向外界共给热O真空相变加热炉是利用了单根热管的工作原理，这种加热炉由于中间热媒介质是封闭循环的，几乎无须补充，即使在

6、停运后再启动，适当排出少量水蒸汽而将筒体内少量空气带走时，因排除空气会带走一些蒸汽，筒体水位会有少量下降，待水位降至最低允许水位之前，才需补充中间热媒水。运行实践证明，由于采用了可靠的密封方式，正常运行时加热炉极少缺水。如果中间热媒水采用洁浄自来水，不采取排污措施，每次补水带入的钙镁离子含量十分有限，故与火接触的传热面不会结垢。在排气过程中已将筒体内空气排掉，外界空气又不会大量渗入，基本可将炉内看作是无氧状态，也就避免了氧腐蚀的发生。因此相变加热炉筒体内不会发生结垢、氧腐蚀的现象，最大限度的确保了加热炉的使用寿命。真空相变加热炉的安全性应该得到完全

7、信任，一方面其蒸发换热侧工作在负压状态，不承受压力，并且由于热超导技术的等温性质，决定了它金属壁面温度较低的特点，炉胆外壁温度只有140〜150°C左右，烟管外壁温度只有110〜120°C左右，几乎选用任何一种可焊性能较好的钢板或钢管，其许用应力、安全系数都远远高出规定要求，完全可满足使用要求。另一方面冷凝换热管一般采用优质的碳素钢制造，其承压能力非常之高，一般不会发生换热管的泄漏事故。相变加热炉采用湿背式结构、大直径炉胆辐射受热面、强化传热的螺纹烟管，以提高换热面积和换热系数，在保证加热炉热效率的同时，降低了加热炉的钢耗量。另一方面相变加热炉在实

8、际运行时是利用液体蒸发、冷凝过程中进行的热量传递，相对于水套式加热炉增加了一块汽化潜热的能量传递，蒸汽侧冷凝传热系数近似为