蒸汽电加热器

截至3月20日，在曙采超稠油蒸汽驱杜84-33-69井现场，辽河油田采油工艺研究院井下大功率电加热提干装置，自1月11日成功投运，已连续平稳运行70天，加热功率突破1兆瓦，在每小时5.5吨的注汽速度下，井底蒸汽干度提高36%。超稠油蒸汽驱杜84-33-69井现场这标志着世界首台套1兆瓦井下大功率电加热蒸汽提干装置试验成功，迈出了辽河油田实现能耗及碳排总量双控降的坚实一步，在国内外稠油热采领域开辟出一条崭新的绿电消纳、降碳减排之路。研究背景作为国内陆上最大的稠油生产基地，辽河油田主要通过蒸汽锅炉实现注蒸汽热采开发，期间产生的热损失会极大增加能耗和碳排放量，严重制约油田绿色低碳转型发展。油田生产现场为实现国家“碳达峰、碳中和”目标，辽河油田围绕集团公司“清洁替代、战略接替、绿色转型”发展战略，加大清洁能源替代和控碳减碳力度，油田公司加大了井下大功率电加热技术攻关力度，按照 400千瓦、1兆瓦、3兆瓦“三步走”战略部署开展技术攻关与应用，助力辽河油田实现绿色转型发展。井下大功率电加热技术采油院企业高级专家张福兴表示：“以往稠油注汽都是在井口烧天然气，这套装置通过电加热器实现井口内外转换，可以在井下对蒸汽进行二次加热，相当于一个地下的清洁锅炉，大大提高了加热效率，可以通过降低锅炉出口干度的方式减少天然气用量，与此同时通过电加热达到提升井底蒸汽干度的效果。”井下大功率电加热技术工作原理看似简单，但每次技术升级难度极大。十三年的攻关历程，才带来了井下大功率电加热技术的成功突破。2011年：率先研发出150千瓦、450℃电点火装备，在多个油田推广应用90余井次，增油降本效果显著。2021年：成功研发出国内领先的400千瓦井下大功率电加热提干技术。2022年：着手研究1兆瓦井下大功率电加热技术。2023年：成功研发出世界首台套1兆瓦井下大功率蒸汽提干装置。从400千瓦到1兆瓦，意味着什么？张福兴表示，这是革命性、颠覆性的突破。科研人员多次深入现场在没有任何成熟经验借鉴参考下，科研团队通过成百上千次理论计算、仿真模拟及室内试验，历时15个月研发，成功突破450℃高温、4千伏高电压绝缘、每米5000瓦高功率密度、外径38毫米极限预制工艺、井口长期高温高压密封技术等7大行业性难题，总体技术达到国际领先水平。项目组计划在深层SAGD、超稠油蒸汽驱开展包括杜84-33-69井在内的3口井先导试验3年，试验期内预计总节约天然气36.75万方，累增油1.2万吨。下一步，项目组将依托集团公司科技专项《稠油大幅度提高采收率关键技术研究》及板块公司先导试验项目《稠油开发井下大功率电加热技术研究与试验方案》，推动传统地面燃气锅炉向新型井下清洁蒸汽发生器转变，在规模推广1兆瓦大功率电加热技术的基础上，加快攻克3兆瓦井下蒸汽发生技术，全面提升电气化率，完成能耗结构调整、实现绿色转型发展。到2030年，井下大功率电加热技术将在辽河油田超稠油蒸汽驱、深层SAGD等领域实现规模应用。从世界首座电热熔盐储能注汽试验站到世界首台套1兆瓦井下大功率电加热蒸汽提干装置，永攀科研高峰的辽河人不惧失败不畏挑战再次攻克难关创造奇迹。

澳大利亚XRF Scientific Ltd公司2009年最新推出高性价比电加热熔样机SC32A，每批可同时制备2个样品。 专为XRF制备样品的新一代电加热熔样机SC32A在继承其一贯的坚固耐用、高效安全的优点基础上，采用清洁安全的固态电路控制系统。并选用新的耐高温合金材料和坩埚支撑系统，从而彻底解决了电加热熔样机对吊兰易变形需频繁更换的依赖，减少了耗材费用。采用全固态电源控制采用JM23 (1260°C / 2300°F)耐火砖热面绝缘，带有陶瓷纤维垫板隔热，确保最少的热量损失。同时，每批2个样品的处理量和极具竞争的高性价比是广大X-荧光光谱仪实验室的理想选择。 关于XRF Scientific Ltd 澳大利亚XRF Scientific Ltd公司是世界领先的激光诱导击穿光谱仪（LIBS）、熔样机、高纯助溶剂、铂金/铂合金器皿制造商。 它生产的熔样机以坚固耐用、安全易操作、高效高通量著称。在世界钢铁行业内被广泛的大量的使用，已成为钢铁企业先进化验室的标准配置之一。 关于上海凯来实验设备有限公司 总部设在中国上海，成立于2004年。作为德国Haver & Boecker公司、Bϋ rkle公司、英国Optical Activity公司和Index Instruments公司、美国Ahura公司、Inorganic Venture公司、Reichert公司和W.S. Tyler公司、澳大利亚XRF Scientific 公司、瑞士SONOSWISS公司等在中国的总代理，以及作为德国Hirschmann、HosokawaAlpine的南方区总代理和Dionex液相产品上海区总代理。凯来公司致力于为生命科学和化学分析实验室用户提供优质的科学仪器及服务，同时希望不断完善自身，为客户提供更多更好的解决方案。 更多信息请登录www.chemlabcorp.com了解。

高纯度水和由此产生的蒸汽构成大多数工艺装置的生命线。设备故障和由于水/蒸汽问题而导致的减产，每年可能会花费数十万美元或更多的费用。更糟糕的是，有些故障会造成人身伤害或人员死亡。因此，本文我们将讨论与蒸汽发生器有关的水处理和化学控制的几个重要问题。让我们从一个案例开始。几年前，我和一位同事参观了美国中西部一家有机化学品厂，由于内部结垢，这家工厂的四台550 psig机组锅炉中的蒸汽过热器管束，不得不每两年左右进行一次更换。我们首先察看了一根最近拆卸的管束，其内管表面上有大约¼英寸厚的沉积物。然后我们检查了锅炉，立刻注意到饱和蒸汽取样管线上流出泡沫。随后的调查显示，锅炉冷凝液回流中的总有机碳TOC浓度有时达到200 ppm，ASME指南[1]要求在这种压力下的锅炉，TOC的最大浓度为0.5 ppm。因此，很容易看出为什么锅炉水中存在大量泡沫，以及为什么杂质会持续地被带到到过热器。杂质的影响杂质会引起腐蚀、结垢等问题。随着锅炉压力和温度的升高，这些情况变得更加严重。幸运的是，电力行业已经吸取了一些直接应用于化工装置的经验教训，特别是那些因工艺需要或发电而产生高压蒸汽的装置。例如，表1和表2总结了电力研究所（Electric Power Research Institute，EPRI）为热回收蒸汽发生器的补给水排放和冷凝液泵排放制定的指导方针[2]。热回收蒸汽发生器补给水的一般化学限值*热回收蒸汽发生器冷凝液泵排放的一般化学限值*氢损伤资料来源：ChemTreat。图1氢气分子渗入金属壁——注意这里的厚唇故障对其中一些杂质影响的研究，揭示了为什么限值如此之低。考虑氯化物。即使是从冷凝器管泄漏或受污染的冷凝液回流少量进入蒸汽发生器，如果长期存在且未被锅炉水处理程序中和，将集中在锅炉内部构件的沉积物之下。高温锅炉环境中的氯盐可根据以下条件与水发生反应：所产生的盐酸本身可能会造成一般腐蚀——更糟糕的是，酸会在沉积物之下积聚，在那里会与铁发生反应生成氢。氢气分子渗入金属壁，然后与钢中的碳原子结合生成甲烷（CH4）：形成的气态甲烷和氢分子会造成钢出现裂纹，这会大大削弱钢的强度（图1）。氢损伤是非常麻烦的问题，因为不容易检测到。发生此类损坏后，工厂可能会更换管道，但会发现其他管线继续破裂。我曾经是一个必须处理1250 psig公用工程锅炉氢损伤问题的团队中的一员。在知道冷凝器泄漏的情况下，运行人员坚持将设备运行了数周。尽管我们团队尽了最大努力保持足够的锅炉水的化学性质，但最终结果是大范围的氢损伤，要求对整台锅炉重新更换管线。电导率和钠的测定非常简单，对于检测污染物是否进入蒸汽发生器非常好。当然，这种监测只有在化学专家或操作人员迅速采取补救措施时才具有实际价值[3]。正如已经指出的，有机化合物会造成蒸汽发生器出现问题，并在高温下分解形成短链有机酸和二氧化碳，这可能会对蒸汽和冷凝液回流的化学性质产生重大影响。满足补给水指南需要有可靠的高纯水处理系统。一种非常常见的方法是采用二级反渗透（RO），其中包括精制混床离子交换装置或进行最终的电极电离。由于RO膜非常容易受到颗粒物质污染，因此需要在上游进行过滤，这其中微滤或超滤越来越受欢迎[4]。化学处理问题几十年前，人们普遍认为，所有的氧都应该从锅炉给水中去除，否则会造成严重的腐蚀。当一台设备停工且空气会进入系统时，的确如此。然而，在正常运行期间，除非冷凝液/给水系统含有铜合金，否则这种想法已被证明是错误的。不管怎样，这种信念催生一个给水调理的化学程序，称之为还原性全挥发处理（All-Volatile Treatment Reducing，AVT（R）），用氨或胺进料建立了一个适度基本的pH值和还原剂（氧清除剂）注入，以去除从机械除氧器中逸出的氧气。对于高压设备，常用的还原剂曾经是肼，但现在已经用更为安全的化学物质取代了。壁厚变薄资料来源：ChemTreat。图2 单相FAC导致壁厚大幅变薄现在已经知道AVT（R）化学过程会导致给水系统的流体加速腐蚀（FAC）；这会导致壁厚变薄（图2），并最终导致灾难性故障。过去30年，美国几次流体加速腐蚀导致的故障曾导致人员死亡。简而言之，蒸汽发生器投入使用时，碳钢形成了一层薄的磁铁（Fe3O4）。流体扰动和还原环境结合在一起会导致铁离子从钢/磁铁基体中浸出，从而引起壁厚变薄。温度和pH值影响溶解程度，通常在150℃左右达到峰值，并且随pH值（如9及以下）的降低而升高。因此，最容易发生这种腐蚀的区域是传统蒸汽发生器的给水/节能器系统，以及热回收蒸汽发生器的低压，有时是中压节能器和蒸发器。对于给水系统中不含铜合金的设备（如热回收蒸汽发生器），推荐的给水处理已变成氧化性全挥发处理（All-Volatile Treatment Oxidizing，AVT（O））。这一程序允许（正常）通过冷凝器泄漏的少量氧气得以保留，甚至可能注入一点补充氧气，从而使给水中溶解的氧气浓度保持在5-10 ppb范围内。氨或胺的加入使pH值维持在中间至上限9的范围内。在这些条件下，磁铁层散布其中并被一层水合氧化铁（FeOOH）覆盖。随着还原环境的消除，其保护作用非常显著。但该程序仅在阳离子电导率小于0.2 μS/cm的高纯水中有效。否则，会导致氧腐蚀。因此，冷凝液回流可能产生高电导率升高的装置不应采用AVT（O）。推荐的热回收蒸汽发生器锅炉水监测点关于给水的化学监测，表2中引用的冷凝液泵排放阳离子电导率、pH值和钠的一般限值均适用。这是可以理解的，因为许多现代工业蒸汽发生器和几乎所有的热回收蒸汽发生器都没有给水加热器；因此，在蒸汽发生器的通道中，冷凝液的化学性质变化很小。但是，热回收蒸汽发生器给水的建议溶解氧范围为5–10 ppb。还建议采用总铁监测，最好使用腐蚀产物取样器，以确保程序（无论是AVT（O）或替代程序）充分保护冷凝液和给水管线。在适当的化学条件下，给水中的总铁含量应保持在2 ppb以下。如果出于某种原因，需要AVT（R），腐蚀产物取样器也会收集铜腐蚀产物，这为铜腐蚀控制提供了关键数据。锅炉水处理八十年来，蒸汽发生化学专家一直利用磷酸钠化合物对汽包锅炉水冷壁回路进行腐蚀控制并防止固体物沉积。目前，对于高压装置，磷酸三钠（TSP-Na3PO4）是唯一推荐的种类，可能会补充少量的苛性碱（NaOH）以提高开车时的pH值。三磷酸钠通过以下方式在锅炉中产生弱碱性：碱性在一定程度上会减轻等式2中的影响。三磷酸钠的优点还有通过与硬性离子（钙和镁）反应，形成可被排出的软淤泥。三磷酸钠的一个缺点是，当温度超过300︒F时，其溶解度大大降低。因此，在满负荷的高压装置中，大部分磷酸盐沉淀在水冷壁管和其他内件上。这种现象通常被称为“隐藏”。许多装置化学专家现在运行装置的散装水磷酸盐浓度约为1–2 ppm，是因为知道大部分原来的磷酸盐已隐藏，并将在锅炉负荷降低或停工时重新溶解。在很大程度上，给水和锅炉水化学性质的化学指南旨在防止过量杂质带入蒸汽，如果蒸汽驱动一台或多台汽轮机机，这一点尤其重要。汽轮机是精密机械，需要仔细的安装、平衡和操作。（有关汽轮机的更多信息，请参阅：“依靠汽轮机”。）表4详细说明了最重要的指导原则。