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[摘 要]本文从产汽、输汽、注汽全过程分析，加强瓶颈技术攻关和引进成熟工艺技术，通过提升注汽锅炉热效率，降低输汽沿程热损失，提高井底注汽干度来实现提高油汽比、降低注汽系统节能的目标，并详细地阐述了注汽锅炉变频配风改造技术、注汽锅炉辐射段强化传热技术、注汽干度提升技术、注汽管网保温改造技术的工艺原理，并对技术应用的成果进行了分析。
[关键词]注汽 节能 技术 效益
中图分类号：TE357.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0047-01
1 概述
1.1 目前注汽系统现状
滨南采油厂稠油热采注汽系统主要担负着单家寺、王庄等油田稠油井的热采注汽任务，现有20座固定注汽站及9座活动注汽站，在用湿蒸汽发生器及配套水处理设施四十套，平均使用年限达到7.5年。固定注汽管线115千米，平均使用年限达到8.5年。年注汽能力288.5×104t。
1.2 存在的主要问题及原因分析
1.2.1 注汽锅炉热效率较低
目前部分注汽锅炉热效率较低，平均热效率仅为84.7%，锅炉热效率较低主要有以下原因：
1.2.1.1 空气燃料比调整不及时，调整精度低，造成燃烧不充分或空气过剩系数大，残氧量超出3%-5%的合理范围。
1.2.1.2 锅炉炉膛传热系数较低，由于注汽锅炉热量传递以辐射为主，注汽锅炉现有耐火材料高温下发射率只有0.4～0.5，从而导致注汽锅炉热吸收率较低，浪费了能源。
1.2.1.3 部分锅炉排烟温度上升较快，烟温高，一般在220～260℃。
1.2.2 注汽管线热损失较大
固定注汽管网散热损失较大，平均散热损失为8.39%，主要有以下原因：
1.2.2.1 目前采油厂固定注汽管线保温材料主要以硅酸铝为主，存在不抗压、易变形、有效保温时间短等问题，导致注汽管线保温层破损较严重，沿程热损失较大；
1.2.2.2 固定注汽管网阀体均没有设置保温，散热损失较大，经测试，阀体热损高达4260W/m2，阀体热损失占每千米管网热损失中的4%。
1.2.2.3固定注汽管线均采用传统保温管托，热损失较大，浪费严重，经测试，管线管托热损为355W/m2，注汽管線管托热损失占每千米管网热损失中的20%。
2 注汽系统节能综合配套技术
2.1 技术工艺及基本原理
2.1.1 注汽锅炉变频配风改造技术
该技术是对锅炉燃烧器配套鼓风机变频控制系统，在注汽锅炉运行过程中，随着负荷的变化，烟气量也随之变化，烟气含氧在线分析仪根据测量到的烟气含氧量的变化，通过变频器驱动鼓风机，对鼓风机的风量进行PID调节，实现最佳空气—燃料比，把残氧量控制在3%-5%的合理范围，降低排烟热损失。同时新增模拟量输入和输出模块以及开关输入模块，并对输入、输出模块采用隔离技术提高系统运行的稳定及可靠性。主要优点是锅炉出口含氧量降低、锅炉热效率得到提升、锅炉出口污染物含量降低。
2.1.2 注汽锅炉辐射段强化传热技术
该技术是通过对炉膛的耐火材料表面喷涂RLHY-2型黑体辐射节能涂料，使炉膛形成一层坚硬的陶瓷釉质硬壳，全面提升炉膛耐火材料的表面物理和化学特性，提高锅炉受热面的传热能力，同时可改善炉膛结焦现象，使注汽锅炉在安全性、燃料适应性、吸热能力、生产负荷能力、温度均匀性、管道寿命等方面有显著的提高。RLHY-2型黑体辐射节能涂料由黑体辐射材料与耐高温粘结剂组成，是一种物体表面辐射性能的改性材料，在防氧化和高温腐蚀方面表现优异，可提高锅炉受热面热传导能力，具有施工简便、成本低廉的特点和强化辐射传热过程、保护基体材料的优点。
2.1.3 注汽干度提升技术
该技术是在注汽锅炉过渡段和对流段之间增加过热段管圈，在对流段下部布置了两排的光管用来吸收辐射段出口烟温，将从辐射段出来的蒸汽再进入对流段加热，提高进锅炉对流受热面的给水温度及蒸汽干度。由于高干度的蒸汽吸热是在对流段内进行，不形成结垢，使注汽锅炉在安全性、热量利用方面都有显著的提高。
2.1.4 注汽管网保温改造技术
目前注汽管线主要以硅酸铝为主，2014年在分公司技术支持上应用3km钛陶瓷绝热保温材料，解决了硅酸铝不抗压、易变形、有效保温时间短的问题，但钛陶瓷绝热保温材料采用硬质、块状结构，注汽高温状态下，由于注汽管线受热膨胀，保温材料（80cm/节）对接处缝隙增大，热量散失骤增，同时该材料仅表层喷涂憎水剂，因施工等原因易造成表层破损，防水性能失效，亟待经济、高效、全面防水新型保温材料以提高输汽能效。经过市场调研，对目前管道主要保温材料性能进行对比分析如下：
结合采油厂注汽管线现状与市场保温材料性能，现有注汽管线保温材料不具有高效、节能的工艺技术，故将注汽管网进行保温改造。气凝胶绝热毡技术特点：气凝胶主要成份是二氧化硅，材料密度最小仅为3.55kg/m3，是目前已知的最轻的固体，具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折射率的特性，是一种新型轻质纳米多孔材，也是目前已知的保温性能最好的材料。2002年，美国开始工业化生产，因轻量化和高性能绝热保温特点，主要应用于航天领域；2004年国内开始引进，因价格高昂，仅用于航天、高铁、新能源等高端保温领域；2006年，国内开始气凝胶产品的研发，2009年开始工业化生产与应用，并经过三代技术升级，价格仅为进口产品的40%，2016年国家发改委将气凝胶列入国家重点节能低碳技术推广项目（第229号，蒸汽节能输送技术）。2017年，经过局能源监测站现场测试分析，气凝胶综合性能和经济评价都为最优。
2.2 技术应用效果
2.2.1技术指标得到优化
通过对注汽站内的3台锅炉进行变频配风、辐射段强化传热、干度提升等三个技术改造，使注汽锅炉热效率全部达到锅炉设计值，热效率由目前的84.7%提高到88%。
通过对注汽站外的15.56km注汽管网进行保温改造技术，热损失目前的7.5%降低到5%。
2.2.2节能效果明显
按照目前技术改造的项目来看，改造的3台锅炉平均热效率由84.7%提高到88%，15.56km注汽管网平均散热损失由7.5%降低为5%，锅炉年节约原油消耗量为1859.4t，折合标煤2656.3tce，年CO2减排量为6534.6t。
2.3 效益评价
2.3.1 注汽锅炉
项目实施前，3台锅炉年注汽量20.0×104t，其中吨汽耗油62kg/t，计算年消耗原油12400t，原油折标系数为1.4286kgce/kg，折合标煤17714.7t。
项目实施后，改造的3台锅炉热效率可由84.7%提高到88%，锅炉年节能量12400t×（88%-84.7%）=409.2t，原油折标系数为1.4286kgce/kg，折合标煤861.7tce。
2.3.1 注汽管网
项目实施前，15.56km注汽管网年注汽量69.0×104t，其中吨汽耗油62kg/t，计算锅炉年消耗原油42780t，原油折标系数为1.4286kgce/kg，折合标煤611115.5t。
项目实施后，15.56km注汽管线输汽热损失可由8.39%降低为5%，计算管网年节能量为42780t×（8.39%-5%）=1450.2t，折合标煤2071.8t。
该项目总投资878万元。项目实施后，年节约燃油消耗1859.4t，原油价格按50美元/桶，折合人民币2161.41元/吨，年节约燃油费用约401.89万元。
3结论
通过本文中介绍的几种注汽系统节能技术，基本可以解决目前注汽系统存在的锅炉效率低于额定值，注汽管网热损失大，注汽系统监测控制系统不完善等问题，可达到节能降耗的目的。
[关键词]注汽 节能 技术 效益
中图分类号：TE357.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0047-01
1 概述
1.1 目前注汽系统现状
滨南采油厂稠油热采注汽系统主要担负着单家寺、王庄等油田稠油井的热采注汽任务，现有20座固定注汽站及9座活动注汽站，在用湿蒸汽发生器及配套水处理设施四十套，平均使用年限达到7.5年。固定注汽管线115千米，平均使用年限达到8.5年。年注汽能力288.5×104t。
1.2 存在的主要问题及原因分析
1.2.1 注汽锅炉热效率较低
目前部分注汽锅炉热效率较低，平均热效率仅为84.7%，锅炉热效率较低主要有以下原因：
1.2.1.1 空气燃料比调整不及时，调整精度低，造成燃烧不充分或空气过剩系数大，残氧量超出3%-5%的合理范围。
1.2.1.2 锅炉炉膛传热系数较低，由于注汽锅炉热量传递以辐射为主，注汽锅炉现有耐火材料高温下发射率只有0.4～0.5，从而导致注汽锅炉热吸收率较低，浪费了能源。
1.2.1.3 部分锅炉排烟温度上升较快，烟温高，一般在220～260℃。
1.2.2 注汽管线热损失较大
固定注汽管网散热损失较大，平均散热损失为8.39%，主要有以下原因：
1.2.2.1 目前采油厂固定注汽管线保温材料主要以硅酸铝为主，存在不抗压、易变形、有效保温时间短等问题，导致注汽管线保温层破损较严重，沿程热损失较大；
1.2.2.2 固定注汽管网阀体均没有设置保温，散热损失较大，经测试，阀体热损高达4260W/m2，阀体热损失占每千米管网热损失中的4%。
1.2.2.3固定注汽管线均采用传统保温管托，热损失较大，浪费严重，经测试，管线管托热损为355W/m2，注汽管線管托热损失占每千米管网热损失中的20%。
2 注汽系统节能综合配套技术
2.1 技术工艺及基本原理
2.1.1 注汽锅炉变频配风改造技术
该技术是对锅炉燃烧器配套鼓风机变频控制系统，在注汽锅炉运行过程中，随着负荷的变化，烟气量也随之变化，烟气含氧在线分析仪根据测量到的烟气含氧量的变化，通过变频器驱动鼓风机，对鼓风机的风量进行PID调节，实现最佳空气—燃料比，把残氧量控制在3%-5%的合理范围，降低排烟热损失。同时新增模拟量输入和输出模块以及开关输入模块，并对输入、输出模块采用隔离技术提高系统运行的稳定及可靠性。主要优点是锅炉出口含氧量降低、锅炉热效率得到提升、锅炉出口污染物含量降低。
2.1.2 注汽锅炉辐射段强化传热技术
该技术是通过对炉膛的耐火材料表面喷涂RLHY-2型黑体辐射节能涂料，使炉膛形成一层坚硬的陶瓷釉质硬壳，全面提升炉膛耐火材料的表面物理和化学特性，提高锅炉受热面的传热能力，同时可改善炉膛结焦现象，使注汽锅炉在安全性、燃料适应性、吸热能力、生产负荷能力、温度均匀性、管道寿命等方面有显著的提高。RLHY-2型黑体辐射节能涂料由黑体辐射材料与耐高温粘结剂组成，是一种物体表面辐射性能的改性材料，在防氧化和高温腐蚀方面表现优异，可提高锅炉受热面热传导能力，具有施工简便、成本低廉的特点和强化辐射传热过程、保护基体材料的优点。
2.1.3 注汽干度提升技术
该技术是在注汽锅炉过渡段和对流段之间增加过热段管圈，在对流段下部布置了两排的光管用来吸收辐射段出口烟温，将从辐射段出来的蒸汽再进入对流段加热，提高进锅炉对流受热面的给水温度及蒸汽干度。由于高干度的蒸汽吸热是在对流段内进行，不形成结垢，使注汽锅炉在安全性、热量利用方面都有显著的提高。
2.1.4 注汽管网保温改造技术
目前注汽管线主要以硅酸铝为主，2014年在分公司技术支持上应用3km钛陶瓷绝热保温材料，解决了硅酸铝不抗压、易变形、有效保温时间短的问题，但钛陶瓷绝热保温材料采用硬质、块状结构，注汽高温状态下，由于注汽管线受热膨胀，保温材料（80cm/节）对接处缝隙增大，热量散失骤增，同时该材料仅表层喷涂憎水剂，因施工等原因易造成表层破损，防水性能失效，亟待经济、高效、全面防水新型保温材料以提高输汽能效。经过市场调研，对目前管道主要保温材料性能进行对比分析如下：
结合采油厂注汽管线现状与市场保温材料性能，现有注汽管线保温材料不具有高效、节能的工艺技术，故将注汽管网进行保温改造。气凝胶绝热毡技术特点：气凝胶主要成份是二氧化硅，材料密度最小仅为3.55kg/m3，是目前已知的最轻的固体，具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折射率的特性，是一种新型轻质纳米多孔材，也是目前已知的保温性能最好的材料。2002年，美国开始工业化生产，因轻量化和高性能绝热保温特点，主要应用于航天领域；2004年国内开始引进，因价格高昂，仅用于航天、高铁、新能源等高端保温领域；2006年，国内开始气凝胶产品的研发，2009年开始工业化生产与应用，并经过三代技术升级，价格仅为进口产品的40%，2016年国家发改委将气凝胶列入国家重点节能低碳技术推广项目（第229号，蒸汽节能输送技术）。2017年，经过局能源监测站现场测试分析，气凝胶综合性能和经济评价都为最优。
2.2 技术应用效果
2.2.1技术指标得到优化
通过对注汽站内的3台锅炉进行变频配风、辐射段强化传热、干度提升等三个技术改造，使注汽锅炉热效率全部达到锅炉设计值，热效率由目前的84.7%提高到88%。
通过对注汽站外的15.56km注汽管网进行保温改造技术，热损失目前的7.5%降低到5%。
2.2.2节能效果明显
按照目前技术改造的项目来看，改造的3台锅炉平均热效率由84.7%提高到88%，15.56km注汽管网平均散热损失由7.5%降低为5%，锅炉年节约原油消耗量为1859.4t，折合标煤2656.3tce，年CO2减排量为6534.6t。
2.3 效益评价
2.3.1 注汽锅炉
项目实施前，3台锅炉年注汽量20.0×104t，其中吨汽耗油62kg/t，计算年消耗原油12400t，原油折标系数为1.4286kgce/kg，折合标煤17714.7t。
项目实施后，改造的3台锅炉热效率可由84.7%提高到88%，锅炉年节能量12400t×（88%-84.7%）=409.2t，原油折标系数为1.4286kgce/kg，折合标煤861.7tce。
2.3.1 注汽管网
项目实施前，15.56km注汽管网年注汽量69.0×104t，其中吨汽耗油62kg/t，计算锅炉年消耗原油42780t，原油折标系数为1.4286kgce/kg，折合标煤611115.5t。
项目实施后，15.56km注汽管线输汽热损失可由8.39%降低为5%，计算管网年节能量为42780t×（8.39%-5%）=1450.2t，折合标煤2071.8t。
该项目总投资878万元。项目实施后，年节约燃油消耗1859.4t，原油价格按50美元/桶，折合人民币2161.41元/吨，年节约燃油费用约401.89万元。
3结论
通过本文中介绍的几种注汽系统节能技术，基本可以解决目前注汽系统存在的锅炉效率低于额定值，注汽管网热损失大，注汽系统监测控制系统不完善等问题，可达到节能降耗的目的。