采用蒸汽辅助重力泄油技术汽包炉的给水水质研究.pdf
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1、23 02 化 工 进 展 C H E MI C AL I ND US T R Y A ND E NG IN E E R I NG P R O G R E S S 2 0 1 3年第 3 2卷第 1 O期 采用蒸汽辅助重力泄油技术汽包炉的给水水质研究 杨 建 平 ( 中国石油辽河油田公司 S AG D开发项 目管理部,辽宁 盘锦 1 2 4 0 1 0 ) 摘要 :为 了确定适合 采用蒸汽辅助 重力泄油技 术 ( S AG D)汽 包炉的给 水水质要 求,利用称重法研 究 了高温高 压条件下给水的硬度的含量对锅炉管内结垢的影响,给水中的油的含量对汽水共腾的影响,以及给水的 p H值、 02 和
2、 C O2 含量对锅炉管内腐蚀的影响,并结合现有水质标准进行对比最终确定了给水中铁、铜含量的要求,最 终确定了 S A G D汽包炉给水水质要求。结果表明:预定 S A G D汽包炉的运行压力为 l 0 b1 4 MP a时,给水中溶 解氧量、铜含量以及含油量与电站锅炉的指标一致;由于无需纳入汽轮机安全运行的影响,S A GD汽包炉给水中 p H值、C O 2 含量、 铁含量以及硬度可以在电站锅炉水质指标的基础上进行适当的放宽。 给水中C O2 含量无要求, p H值 在 8 _ 8 1 0 ,铁含量 3 0 g g L,硬 度 2 g mo l L ,可 以满足 S AG D 汽包炉安全稳定
3、运行 的要求 。 关键词:蒸汽辅助重力泄油技术;汽包炉;水质要求;结垢;腐蚀;汽水共腾 中图分类号:T K 2 2 4 9 文献标志码 :A 文章编号 :1 0 0 0 6 6 l 3( 2 0 1 3)1 02 3 0 20 6 D0h 1 0 3 9 6 9 J i s s n 1 0 0 0 - 6 6 1 3 2 0 1 3 1 0 0 0 8 Ex pe r i m e nt a l s t ud y o n f e e d wa t e r qu a l i t y o f S AGD s t e a m dr um b o i l e r J7v G Ji an pi n g (
4、 S A GD De v e l o p me n t P r o j e c t Ma n a g e me n t De p a r t me n t o f L i a o h e Oi l fi e l d C o mp a n y , P a n j i n 1 2 4 0 1 0 , L i a o n i n g , C h i n a ) Abs t r a c t : I n or d e r t o o bt a i n t he r e q ui r e me nt s i n f e e d wa t e r q u a l i t y i n t h e s t e
5、a m a s s i s t e d g r a vi t y d r a i n a g e( S AG D)s t e a m d r u m b o i l e r u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f h i g h t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e ,u s i n g we i g h t i n g me t h o d , t h i s r e s e a r c h i n v e s t i g a t e d t h e i n f l u e n c e s o f h a
6、 r d n e s s o n t h e f o u l i n g, t h e e f f e c t s o f o i l c o n t e n t s o n s t e a m a nd wa t e r pr i mi n g, t h e i n flue nc e s o f p H v a l ue a nd t h e 02 a n d COt c o n t e n t s o n t h e c o r r o s i o n o f t h e t u b e s i n b o i l e r T h e r e q u i r e me n t s o f
7、 F e a n d Cu i n t h e f e e d wa t e r we r e a l s o o b t a i n e d b a s e d o n t h e c u r r e n t f e e d wa t e r q u a l i t y c r i t e r i o n Th e o p e r a t i o n c o n d i t i o n s o f t h e f e e d wa t e r q u a l i t y r e q u i r e me n t s we r e o b t a i n e d a s we l 1 Re s
8、 u l t s d e m o n s t r a t e d t h a t wh e n t he e s t i ma t e d p r e s s u r e i n t h e S AGD s t e a m d ru m bo i l e r wa s a t l 0 1 4 M Pa ,t he c o n t e n t s o fd i s s ol ve d 02 ,Cu,a n d t h e oi l i n t h e f e e d wa t e r we r e c o n s i s t e n t wi t h t h e l a b e l e d r
9、e q u i r e me n t s o f t h e b o i l e r T h e v a l u e o f p H a n d h a r d n e s s , c on t e nt s o f CO2 a n d Fe c o u l d be r e l a xe d t o a c e r t a i n e x t e n d Th e S AGD bo i l e r c a n o pe r a t e s a f e l y a n d s t a bl y wh e n t h e pH v a l ue i s a t t he r a n ge o f
10、8 8 1 0, t h e a mo un t o fi r o n 3 0 L, a n d t h e h a r d ne s s 2 g m o l L Ke y wo r d s :s t e a m a s s i s t e d g r a v i t y d r a i n a g e ( S AGD ) ;s t e a m d rum b o i l e r ;w a t e r q u a l i t y r e q u i r e me n t ; f o u l i ng ; c o rros i o n; s t e a m a n d wa t e r p r
11、i m i ng 蒸汽辅助重力泄油技术 ( s t e a m a s s i s t e d g r a v i t y d r a i n a g e ,S AGD)是开发超稠油的一项前沿技术。 蒸汽干度是影响 S AGD 生产的重要因素, 蒸汽干度 越高,S AG D 生产效果越好 。目前使用的直流锅炉 产生的蒸汽干度仅为 7 5 8 0 ,不能满足 S AG D 的技术要求。 汽包炉可 以满足 S A GD的蒸汽品质要 收稿日期:2 0 1 3 0 4 1 0 ;修改稿 日期:2 0 1 3 0 5 1 5 。 基金项目:国家科技重大专项 ( 2 0 1 1 Z X0 5 0 1 2
12、)。 作者:杨建平 ( 1 9 7 l 一) ,男,高级工程师,博士,主要从事油气田开 发研究工作。E - m a i l y a n g j i a n p p e t r o c h i n a c o rnc n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 0期 杨建平 :S A GD汽包炉的给水水质研究 求 , 但 目前 S A GD汽包炉给水水质要求并没有相应 的国家标准 。目前行业内采用的相关水质标准如表 1 所示。其中 S Y o 0 2 7 9 4针对的是直流锅炉,而 非汽包炉所制定的标准, 也不适用于 S AG D汽包炉 。 电站锅炉给水标准
13、G B T 1 2 1 4 5 1 9 9 9 , 不仅仅针对 锅炉的安全运行 ,同时也纳入了对汽轮机安全运行 的影响因素 。 此标准相对于 S AG D汽包炉会过于严 格 ,增加水处理的费用,影响系统的经济性。 采油过程中会产生大量采出液,其水处理难度 比较大,处理费用比较高 。油 田采出液处理后 回用 于锅炉的研究得到大量关注【 卜 4 , 如果在满足锅炉正 常水质要求的前提下将部分软化污水进行处理后进 行循环利用,可 以大大降低整个采油成本。因此, 合理的水质指标是主要限制因素。 影响锅炉运行效果的进水水质因素主要有水中 的二氧化硅、各种金属离子 ( 铁 、铜 )、溶解氧、 硬度 、油、
14、 p H值等,以上污染物超标后主要会造成 锅炉的腐蚀和结垢 ,进而影响锅炉的正常运行L 5 J 。 本文作者利用高温反应釜模拟锅炉受热面在高温高 压条件下 的工作环境 ,研 究水 的硬度及金属离子 ( 铁 、铜 )含量对锅炉管 内结垢 的影响、水中含油 量对锅炉汽水共腾的影响以及水中p H值、 O2 和C O2 含量对锅炉管 内腐蚀的影响,根据实验结果并结合 相关的研究分析,初步确定 了 S AG D汽包炉的给水 水质指标要求 。 表 1 国内相关给水水 质指标对 比 1 实 验 1 1 实验方法 实验材料采用锅炉水冷壁常用钢材 T 2 2 作为研 究对象,其化学成分如表 2所示。 表 2 T
15、 2 2钢主要成分 单位 : 将材料加工成尺寸为 4 0 mm 1 5 mm 2 mlT l 的 长方体试片,并依次用 2 0 0目、4 0 0目、6 0 0目砂 纸进行打磨,换砂纸时改变打磨方向 9 O 。,每次都 打磨掉前一道痕迹 ,在异丙醇中用超声波清洗后 , 用分析天平进行称重, 实验方法与文献 6 中所述一 致。为了模拟 S A GD汽包炉的水质 ,实验过程中利 用分析纯化学药品按一定 比例配制而成。 1 2 实验设备 高温反应釜的容积为 0 5 L ,材质为 3 l 6 L不锈 钢,设计压力 3 2MP a ,设计温度 6 0 0,电加热 功率 3 5 4 k W。 本研究选用德国
16、生产的 S p e c t r o q u a n t 多参数水 质分析仪 NO V A6 0对溶液成分及指标进行分析。 2 数据处理方法 用高温反应釜模拟锅炉受热面在高温高压条件 下的工作环境。把实验用水倒入洁净的釜体内,用 镍铬丝将预先处理好 的试片分别悬挂在水中,充氮 气除尽水 中溶解氧 ,缓慢升温至设定温度,恒温一 定时间后冷却到室温。 实验后的金属试片在未用超声波清洗前,表面 会附着一些比较疏松的污垢,干燥并称重后可得出 污垢的质量。因而可 以通过测重,并结合污垢的密 度,预计出年结垢厚度。然后把实验后的金属试片 用超声波清洗后,放在干燥器 中 2 4 h后用天平称 重。用失重法计算
17、试片平均腐蚀速率,失重速度如 式 ( 1 )所示。 v: ( 1 ) A t 式中, 为试样面积 ,m2 ;t 为实验周期,h ; W 0 为试样原始质量,g ;W 2 为实验后不含腐蚀产物 的试样质量,g ;W 3为清除腐蚀产物时同样尺寸同 样材料空 白试样的校正失重 ,g 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 3 0 4 化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2卷 为 了方便比较,可以将试片的失重换算为腐蚀 深度,如式 ( 2 )所示。 vX2 4X36 5 8 76 v 2) 式 中,1 , L为 以腐 蚀深度 表示 的腐蚀 速度 , mm a ;P为
18、金属密度,g c m 。 3 结果与分析 3 1 结垢因素指标的确定 3 1 1 硬度的影响 锅炉水垢会黏附在锅炉受热面上,并随着锅炉 运行时间的增加,水垢沉积量越来越大, 垢层变厚, 这会导致锅炉系统压力增高,压差增大,降低锅炉 热效率,严重时还可能造成爆管事故。 实验溶液 以分析纯 C a C 1 2 、Na HC O 3 和 Na 2 S O 4 按 2: 1: 1 摩尔比例混合以模拟水中的硬度变化 , 把金属试片放入溶液中, 设定的工作环境为压力 1 O MP a ,温度 3 0 0 ,在持续运行 4 8 h后,用称重 法测量其试片质量变化,并结合污垢的密度,计算 预测出金属表面的年结
19、垢厚度随硬度变化曲线,如 图 1 所示。 图 1 金属表面 的年结垢厚度随硬度变化 曲线 对 电站锅炉 、注 汽锅炉和 S AGD 汽包 炉而 言 ,硬度 是影 响锅 炉受 热面 结垢 的主要 因 素 。 G B T 1 2 1 4 5 -1 9 9 9规定:当汽包炉过热蒸汽压力范 围为 5 9 1 2 6 MP a时,硬度标准为2 p mo l L ;当 汽包炉过热蒸汽压力范围为 1 2 7 1 5 6 MP a时,硬 度标准为1 t mo l L ;直流锅炉水质的硬度标准为 0 。而 S Y o 0 2 7 9 4注汽锅炉的硬度标准为 0 1 mg L ( 以 C a C O3 计) ,可
20、 以换算为 2 t mo l L ,与电 站锅炉相差不大。 由于 S AGD 汽包炉预定的运行压力为 1 0 1 4 MP a ,因而根据实验结果,并结合锅炉运行的相关 理论经验, 可 以初步确定 S AG D汽包炉水质的硬度 指标为2 mo l L。 值得注意的是,本研究过程 中实验 的时间较短 ( 4 8 h ) , 较短的时间内可能与实际工业运行过程中 结垢厚度有偏差,为了更加准确地说明给水硬度对 S AG D汽包炉结垢的影响,会在中试装置中进行更 长时间的实验研究。另外,给水中的杂质会促进锅 炉结垢的形成。为了保证锅炉的安全运行,还需要 确定金属离子 ( 铁 、铜 )对炉管 的腐蚀和结
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- 采用 蒸汽 辅助 重力 技术 汽包 给水 水质 研究
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