摘要:本文分析了傳統(tǒng)稠油儲罐罐壁加熱盤管結(jié)構(gòu)形式的一些缺陷,介紹了一種新的加熱盤管結(jié)構(gòu)形式及其優(yōu)點,并應(yīng)用于具體工程設(shè)計中。
一、罐壁壁掛式加熱器介紹
儲罐是油田生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備,在遼河油田分公司的油氣集輸工程項目中應(yīng)用廣泛,而且其中大多數(shù)都是稠油儲罐,由于遼河油田地處嚴(yán)寒地區(qū),而且稠油粘度較大,因此罐壁加熱器應(yīng)用的非常普遍,傳統(tǒng)的罐壁加熱器采用壁掛式結(jié)構(gòu),加熱介質(zhì)首先通過進(jìn)口流入分配總管,然后分別流入多組壁掛式加熱管組,再流入回流匯管并通過出口流出儲罐,多組壁掛式加熱管組并聯(lián)在分配總管和回流匯管之間,主要通過多組壁掛式加熱管組對稠油進(jìn)行加熱。
這種結(jié)構(gòu)有很多弊端,首先是存在加熱不均勻的問題,壁掛管組豎向排列,與罐內(nèi)介質(zhì)自然對流方向一致,由于稠油粘度較大,因此自然對流在水平方向的作用較弱,而相鄰兩組壁掛式加熱盤管組之間的距離一般都有3-5m左右,分配總管和回流總管之間的距離也有4-5m,所以存在一個加熱盲區(qū),采用這種加熱結(jié)構(gòu)的儲罐,有時會發(fā)生取樣不暢的問題,經(jīng)開罐檢驗,這些取樣口的取樣部位正好位于加熱盲區(qū)內(nèi),這也從生產(chǎn)實踐中證實了壁掛式加熱器確實存在加熱盲區(qū)。
其次是存在偏流的問題,由于多組壁掛式加熱管組呈并聯(lián)布置,分配總管入口到每個管組的距離不可能相等,同理回流匯管的出口到每個管組的距離也不可能相等,在介質(zhì)相同、罐壁摩阻、壓降相同的情況下,流動距離不同則流量必然不同,導(dǎo)致偏流。同時每個管組由多個支管并聯(lián)構(gòu)成,由于制造質(zhì)量等因素的影響,各個支管之間也會有偏流現(xiàn)象產(chǎn)生。偏流的存在,使得罐內(nèi)稠油的加熱變得不均衡,影響加熱效果。
此外加熱器內(nèi)的介質(zhì)溫度較高,罐內(nèi)稠油的溫度較低,存在溫差。而加熱器每次啟停時,加熱介質(zhì)與加熱器之間也存在溫差。以上溫差的存在,必然導(dǎo)致加熱器本身熱膨脹變形,加熱器分配總管和回流匯管均為封閉圓環(huán),而且他們之間焊接著多組剛性很大的壁掛式加熱管組,同時又都有固定支架固定,限制了加熱器的自由變形,這種結(jié)構(gòu)處理不好,存在安全隱患。
最后在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造方面,壁掛式加熱器每個壁掛管組的匯管兩端的堵板處是角焊縫,鋼管之間的焊縫絕大部分也是角焊縫。由于壁掛管組又是由短的支管組成,導(dǎo)致焊縫的數(shù)量非常多。角焊縫的焊接難度較大,同時又不能進(jìn)行射線和超聲波探傷,焊接質(zhì)量相對不太好保證,大量的焊縫又增加了施工難度,影響施工進(jìn)度,增加施工成本。
二、罐壁彈簧管式加熱器的優(yōu)點
由于壁掛式加熱器存在以上的一些缺點,在遼河油田分公司曙四聯(lián)合站改造工程中,罐壁采用了新的加熱器布置方式----彈簧管式加熱器。加熱介質(zhì)首先通過進(jìn)口管流入彈簧形加熱管螺旋上升,再從出口管流出罐外,主要通過彈簧形加熱管對罐內(nèi)稠油進(jìn)行加熱。
彈簧形加熱管為單管程結(jié)構(gòu),首先解決了偏流問題(當(dāng)然,經(jīng)過熱力與水力計算,整個加熱器的壓降控制在工藝允許的范圍內(nèi))。由于彈簧形加熱管的布置方向為水平方向,與罐內(nèi)介質(zhì)自然對流方向垂直,而且每圈彈簧管之間的距離控制在0.7-0.8m之間,所以不存在加熱盲區(qū)。每圈加熱器都不是一個封閉的結(jié)構(gòu),他們之間也沒有鋼管豎向剛性連接,加熱器具有較大的自由度,不存在安全隱患。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造方面,罐壁彈簧式加熱器鋼管之間的焊縫全部是對接焊縫,有幾根鋼管就是幾道對接焊縫,焊縫的數(shù)量僅僅取決于鋼管的長度。以曙四聯(lián)改造工程中5000m3稠油儲罐為例,設(shè)計結(jié)果表明,實際工程中采用的彈簧式加熱器一共有100多道對接焊縫,而采用相同規(guī)格的壁掛式加熱器卻有近300道焊縫,而且大多是角焊縫,去掉了60%以上的焊縫。由于對接焊縫可以采用射線和超聲波探傷,焊接質(zhì)量容易保證。儲罐的組裝采取的是倒裝法,既首先是焊接罐底板,再組焊罐頂,然后焊接最上一層罐壁,焊接完畢后,通過鉸鏈提升,再焊接下一層罐壁,直到焊完最下層壁板,再焊罐壁與罐底之間的角焊縫。由于彈簧式加熱器從上到下一層層水平布置,在罐體組焊過程中就可以同時進(jìn)行焊接和探傷檢驗,非常方便,大大簡化施工工藝。很明顯彈簧式加熱器具有施工難度低、進(jìn)度快、成本低的優(yōu)勢。
三、結(jié)束語
綜上所述,彈簧管式加熱器與壁掛式加熱器相比,具有很大的優(yōu)越性,歸納起來有以下幾點:
1.消除了加熱不均勻的現(xiàn)象;
2.解決了偏流的問題
3.改善了結(jié)構(gòu)受力情況
4.降低而施工難度,加快了施工進(jìn)度,降低了施工成本,提高了施工質(zhì)量。
對于今后類似的工程設(shè)計提供了一些經(jīng)驗,具有借鑒作用。
作者簡介:
錢媛(1980-)女,漢,遼寧盤錦人,中油遼河工程有限公司,工程師,本科學(xué)歷,現(xiàn)從事化工設(shè)備與機械設(shè)計工作。