油气集输加热设备中相变换热技术的应用

张 汉

（新疆石油工程设计有限公司，新疆克拉玛依 834000）

油气集输加热设备中相变换热技术的应用

张 汉

（新疆石油工程设计有限公司，新疆克拉玛依 834000）

基于油气集输加热设备中相变换热技术的应用，阐述了相变换热技术的优势，并详细分析了其应用特点，主要有：改进传统加热炉、真空加热炉与分体加热炉的运用、相变加热炉的优化设计，由此结合油田企业的实际环境进行选择，更好地提升油气集输效率，降低整体资源的不必要消耗。

油气集输；加热设备；相变换热技术

1 相变换热技术优势

相变换热是利用液体蒸发或气体冷凝过程中热量传递现象的过程，有真空相变和压力相变两种换热形式，其技术优势如下：

油气集输过程中，相变锅炉的应用，为了节约资料，通常使用压力较低的中间热媒体，可以减少换热管的传热面积，这种方式汽化潜热比较大。因为换热管外部主要是冷凝换热，内部会形式热力对流，所以传热系数较大。

如果相变锅炉经过停运再次启动，需要排放少量蒸汽，从而带走意外进入的空气。但是排放空气的过程会带走水蒸气，导致锅炉水位下降。应随时关注水位线，及时补充中间热媒水，增加水位线[1]。

经过实践研究，中间热媒水的类型选择，会影响排污效果，如果选择洁净自来水，就不需要排污。在一个采暖期中，中间热媒水的性质变化不大，不容易产生水垢。相变锅炉如果在水质较差的环境下，要与高温烟气接触的受热面直接接触，安全性有所保证。注意选择洁净的水质，减少水垢的产生，提升加热炉效率。

2 相变换热技术的应用

2.1 改进传统加热炉

针对传统加热炉的不足之处，使用相变换热技术能够得以改进，现以某公司为例，分析其相变换热技术的加热设备中的运用。主要具有代表性的真空加热炉，产于1998年底，在油气集输中得到有效应用。实际使用中，真空加热炉在稠油加热中受到制约，又研制出压力相变换热原理，从而设计出多种装置与系列产品，促使这项技术在油气集输中得到有效应用与认可，与传统加热炉性能改进前相比，有明显的优势。

2.2 真空加热炉与分体加热炉的运用

真空加热炉的基本工作原理是将燃气、燃油充分燃烧，燃烧器通过辐射或是传导方法，将热量传递给中间介质（不同性质的水），水在受热后会沸腾产生水蒸气，然后与低温的管壁接触换热，冷凝成水，热量又传递给盘管换热器内流动的介质[2]。最后这些介质水被加热，形成一个完整循环，实现加热炉的换热，体现相变换热技术的特点。

工人应用分体相变加热装置，通过自动燃烧器后，得到能量，然后讲热量传递给锅筒内的中间介质，使其沸腾产生水蒸气。水蒸气进入换热器壳层，与低温换热管外壁接触，释放大量汽化潜热，导致热管内介质吸热升温。由此水蒸气与管壁换热后，会冷凝成水，气相变为液相，回落到热换器底部，返回锅炉内，再次被加热蒸发，形成循环。

2.3 相变加热炉的优化设计

相变加热炉可以结合锅壳锅炉的结构分析，并实现加热炉结构和受热面布置的优化设计，以下从几个方面进行详细分析。

首先火筒采取的是波型炉胆，锥形炉胆以及回燃室组合件，从而替代传统加热炉中的火筒。利用波型炉胆后，能够较好的扩大受热面，增加热量的传递效果，提升整个炉胆的柔性，更好地防治炉胆在高温条件下，出现膨胀量过大的情况，破坏烟油的加热炉结构。工程使用中，应布置足够换热面的烟管，可以提升燃烧效率，保证得到充分燃烧、燃料利用率和加热炉的热效率。由此，为提升整体效果，实际运用中，要减少加热炉外径100～200mm。

其次是炉胆和对流烟管在实际使用中，需要轴对称结构布置，能够保证烟气流动均匀且稳定，更好的利用钢材，节省能量消耗。如果考虑到烟管与管板连接处的热应力，或是机械应用，需要重点参考其管板裂纹[3]。在实际设计中，应结合燃烧机火焰长度与直径确定炉胆的结构尺寸，从而有效控制回燃室的烟气出口温度。一般情况下，要将烟气出口温度控制在1 000℃以内，有效保护烟管与管板连接处的焊接效果，降低整体设备出现管板裂纹的几率，延长加热炉的使用年限，更好的体现加热炉的整体效率。另外，进入烟管及其壳体焊接处的烟气，也需要实时监控，控制温度，降低其带来的危害。

最后是燃烧室的结构布置，主要选用全湿背式结构，在加热炉燃烧室设计中，选取低位设计，其他全部浸于中间介质中，有效保证燃烧室安全，降低燃烧室温度，还能提升加热炉水位的可控性，及时调整。

3 结束语

在油气集输加热设备中应用相变换热技术，能够有效改进金属热量的消耗以及热传递效率，改进传统加热炉的使用，使油田地面集输系统油气水及其混合物的加热，更加快速，能够适合油气集输过程，保证公司整体的生产水平和经营管理要求。主要有两种相变换热技术形式，真空相变换热技术与分体相变换热技术，此时要结合实际情况进行合理选择，增加加热效率，改进操作效果。本次研究的油田公司主要采用真空加热炉，运用其高效、经济、占地面的较小等优势，赢得较高的支持。在实际利用中，这种加热设备热效率高、安全稳定性高，易于管理，目前已在该城市的其他大型油田中得到推广。

[1] 金光浩.超导热管加热炉在油气集输系统中的应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2013，（19）：161.

[2] 马强，娄银环.相变加热式水蒸气导入技术在矿场油气集输系统的应用 [J].节能，2013，（5）：55-57.

Application of Phase ChangeHeat Transfer Technology in Oil and Gas Gathering and Transportation Heating Equipment

Zhang Han

Based on the application of phase change heat transfer technology in oil and gas gathering and transportation equipment，the advantages of phase change heat transfer technology are expounded firstly.Then，the characteristics of phase change heat transfer technology are analyzed，including：improving traditional heating furnace，vacuum heating furnace and split heating The use of furnace，phase change furnace optimization design，which should be combined with the actual environment of oil field enterprises to choose，to better improve the efficiency of oil and gas gathering and transportation，reducing the overall consumption of the necessary resources.

oil and gas gathering and transportation；heating equipment；phase change heat transfer technology

TE977

A

1003–6490（2017）10–0165–02