油气田加热炉危险因素辨识与风险评价

油气田加热炉危险因素辨识与风险评价作者：杨沭侯建鑫李小峰来源：《价值工程》2018年第14期摘要：加热炉在油气田生产工艺中的作用是给原油天然气加热，使原油温度升高，防止输送过程中凝结，减少结蜡，降低动能损耗。

对天然气加热可以有效防止天然气中水化物的形成对集气站内设备、管道的堵塞。

随着加热炉设备技术的改进和更新，加热炉存在的危险因素也有所变化。

本文针对加热炉在生产过程中的一些危险危害因素进行辩识，风险评价，并针对日常生产中存在的一些问题提出了一些防范措施。

一方面可以使员工提高对加热炉风险的辨识能力，增强风险防控能力，另一方面又排除了故障，提高了加热炉的使用效果。

Abstract： The role of heating furnace in the oil and gas field production process is to heat crude oil and natural gas， increase the temperature of crude oil， prevent condensation during transportation， reduce wax formation， and reduce kinetic energy loss. The heating of natural gas can effectively prevent the formation of hydrates in natural gas and blockage of equipment and pipelines in gas gathering stations. With the improvement and update of heating furnace equipment technology， the risk factors in the heating furnace have also changed. In this paper， some dangerous factors in the production process of heating furnace are identified and risk assessment，and some preventive measures are put forward for some problems in daily production. On the one hand， employees can increase their ability to identify risk of heating furnaces， enhance risk prevention and control capabilities， and on the other hand， eliminate failures and improve the use of heating furnaces.关键词：加热炉；危险因素；风险评价；改进措施Key words： heating furnace；risk factors；risk assessment；improvement measures中图分类号：TG155.1+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0284-05对于油气集输而言，给原油、天然气加热是一项重要的基本工艺技术。

原油集输的各个环节都需要将原油加热到所需温度。

对天然气加热可以有效防止天然气中水化物的形成对集气站内设备、管道的堵塞。

加热油气必然需要热能，而热能的来源途径和方法多种多样。

加热炉是一种常见的加热设备，主要用于给原油等介质加热，对于油气田来说，它是一种重要的生产设备，随着加热炉设备技术的不断更新，加热炉潜在的风险也发生了一定改变。

油气田常用加热炉的种类：用来加热石油和天然气的加热炉随着石油工业的发展而不断发展和改进。

目前已经有多种炉型，其中有简单的方箱炉、斜顶炉、立式炉、圆筒炉及无焰炉、水套炉等。

1.1 输油管道上使用的几种加热炉当前输油泵站中常用的加热炉主要有方箱炉、圆筒炉、中间介质加热系统等，具体包括以下几种：1.1.1 方箱炉方箱炉在输油管道的泵站应用较多。

同时在结构方面作了改，按烟气在对流室的流动方向，又分为对流上行加热炉（如图1）和对流下行加热炉（如图2）两种。

这种炉易点火、不易灭火、炉墙耐热损失小。

在输油管道上使用的外形为圆筒的加热炉有立式和卧式两种结构。

1.1.2 圆筒炉①立式圆筒炉。

如图3所示，立式圆筒炉的辐射管排在两侧，炉膛是长方形的，火嘴在炉底，并且会在两排火嘴间砌筑一道花墙，起到提高辐射能力的作用。

该炉具有结构紧凑的特点，不仅能源消耗低，而且占地面积小，烟气流向合理（由下向上流动）。

这种炉加热效率高，在炼油厂广为应用。

②卧式圆筒炉。

卧式圆筒炉内的炉管主要有两种：一是按螺旋式的炉管；二是沿炉管水平排列的炉管。

1）快装炉沿圆筒内壁水平排列炉管，设两管程辐射管在圆筒形外壳内，辐射室即为辐射管中间的圆柱形空间。

圆筒内有轻质耐热衬里层。

辐射室后面的方形对流式，其中有对流管，燃料油预热管和空气预热管如图4所示。

这种炉热效率比较高，投产时不用烘炉。

2）热媒炉它是一种间接加热系统，其输送原油的加热介质为热媒，热媒具有凝固点低、导热系数大、沸点高、分子大等特点，如图5所示，用热媒在换热器中加热原油。

热媒走换热器管程，原油走换热器壳程，热效率可达到90%以上。

1.2 井站上使用的几种中小型加热炉加热炉被广泛应用在原油、天然气生产、集输中，常用的有水套加热炉、盘管式加热炉等，本文重点介绍了水管式水套加热炉和火筒式水套加热炉。

1.2.1 水管式水套加热炉其组成部分主要包括水管、火嘴、沸腾管、炉膛、炉膛等。

具体结构如图6所示。

它是一种以水管蒸汽为传热媒介的间接加热设备，与直接加热的设备相比，其优点是：①因为不是用火直接去烧走油盘管，所以避免了将走油盘管烧弯、烧裂、烧刨皮等损坏现象，同时也比较安全。

②走油盘管内通过的油、气等油井产物不直接接触高温的管壁，这样就不会造成结焦的不良现象。

1.2.2 火筒式水套加热炉火筒式水套加热炉，又称火管式水套加热炉，它是基于水管式水套加热炉不断更新和完善而形成的。

火筒式水套加热炉组成部分主要包括烟囟、水管、火管、盘管、火嘴及其附件等，其具体结构如图7所示。

水管式水套加热炉和火筒式水套加热炉两者之间存在明显区别，在火筒式水套加热炉中，装在水套内的“U”形火管代替了炉膛，“U”形火管的一端装有火嘴；另一端和烟囟相通。

火焰喷入火管内燃烧给水套内的水加热，使之沸腾将热量传递给走油盘管中通过的油、气等油井产物，并从水套的侧上部出口流出，沿所设的循环管线给井站上的设备加热保温后，又由回水管线从水套下部时回水口进入水套内被重新加热。

这样，水套就像一个大的沸腾管，加之“U”形火管在水套内，所以热损失很小，热效率很高。

2.1 腐蚀穿孔通常情况下，我国油气田石油、天然气的集输采取的工艺都是多井同时加热、节流降压后进行处理，在该工艺中，采用水套炉加热方式进行天然气加热。

加热炉的使用寿命和热传递效率直接决定了天然气是否能够安全平稳的生产，若加热炉未严格依照相关规范标准进行加热操作，比如加热炉用水未经处理，水中含有的腐蚀离子、成垢离子等会在高温的作用下形成腐蚀或者CaCO3的垢质，最终沉积在加热炉的内表面或盘管外壁，如此势必会影响到加热炉的热传递，甚至导致安全事故发生。

2.1.1 内腐蚀穿孔及原因分析从油气井中开采出的原油、天然气中含有多种杂质，比如S和P等，这些杂质一旦遇到水，很容易形成酸性物质，而酸性物质对金属具有较强的腐蚀性，尤其是对于气相空间部分来说，腐蚀程度最为严重。

此外，加热炉、管道酸洗后，若残留了酸液，也会腐蚀加热炉内壁。

常见气田加热炉内腐蚀的部位主要有：烟火管与介质接触侧腐蚀穿孔、火筒内侧腐蚀穿孔。

2.1.1.1 烟火管与介质接触侧腐蚀穿孔原因分析①造成加热炉腐蚀的主要原因是洗井液中酸性介质；②金属管材和加热炉中的溶解氧出现了严重电化学腐蚀，从而形成了以铁的氧化物为主的产物，这些产物在盘管及烟管上会形成绣瘤和锈蚀坑；③虽然井站的加热炉用水水质较好，为生活用水，但未经处理的水中存在的腐蚀离子会对设备造成腐蚀。

2.1.1.2 火筒内侧腐蚀穿孔原因分析①天然气成分中含有一定量的h2s、氨和有机硫化物，这些成分在氧气充足的情况下会生成硫酸，从而对火筒造成硫酸露点腐蚀，即使在氧气不足的情况下，这些成分也会对火筒造成高温硫化物腐蚀；②炉管面临严重的高温氧化问题，在570℃以下高温条件下，氧气与碳钢炉管直接反应形成的铁皮，尽管生成的氧化物存在一定的高温抗氧化能力，但无法形成致密膜层，很容易出现腐蚀问题，而在570℃以上高温条件下形成的铁皮由于结构疏松，其抗腐蚀性较弱；③在结垢严重的情况下，若加热炉火嘴发现偏移，导致受热不均，很容易出现烧穿火管问题。

2.1.2 外腐蚀穿孔及原因分析在排烟温度较低的情况下，烟囱产生的露水不能从烟箱及时排出，如此天然气燃烧产物中的硫化物、氮氧化物等很容易和露水发生相互作用形成酸性溶液，从而腐蚀烟箱、烟箱侧封头、烟囱等，露点腐蚀加热炉烟箱侧封头，使得烟箱和封头连接处壁厚减，严重的出现穿孔。

究其原因如下：①我厂由于安装了节能火嘴，使得部分加热炉冬季排烟温度较低，导致凝析水较大，容易对加热炉的烟箱、烟囱、封头造成较大腐蚀；②现阶段采用的加热炉外保温层都是铠装（铁皮）保温层，大量的保温物质被填充在内，如此其透气性势必会受到影响，而在透气性较弱的情况下一旦雨、雪进入，无法在短时间内将其排出，很容易造成管壁腐蚀；③加热炉若运行年限太长，会导致主体材质老化，再加上自然氧化等原因，极易造成罐壁、管壁减薄，强度降低，部分附件焊道已腐蚀。

另外，还存在制造原因、修理质量差和内部管理等因素。

2.2 火管烧损及原因分析火管烧损是火筒炉及水套炉使用过程中常见的问题。

一般情况下若出现火管烧损问题，经常表现为火管近火焰处的鼓包变形，且该变形会逐渐加大，进而减薄变形部位的金属厚度，如此一来变形部分不仅要承受自身的应力集中，还需要应对外部压力，及其造成火管烧损问题，而该问题的出现通常伴随着事故发生。

2.2.1 介质中的杂质影响由于通常加热炉中加热采用的介质仅仅经过简单的处理，并未在加热操作前对其进行彻底的净化分离，那么介质中难免残存一些泥沙和矿物质，而介质中存在的这些异物一旦遇到高温，就会在火管、烟管及筒体内壁结垢，并且硬垢上层还会附着一层软垢，在这种情况下很容易出现事故。

2.2.2 结垢结焦的影响由于结垢、结焦导热系数较低，很容易在烟火管表面形成致密隔热层，而在这种情况下无法及时将热量排出。