水套炉是油气田生产和集输过程中不可缺少的主要设备，它主要担负着油气田产品的升温与集输系统能量供给的任务。同时它也是油气田最大的自耗燃料设备之一，其技术水平、热效率的高低直接影响油气田地面工程建设的技术水平、节能减排与经济效益。据调查，目前国内正在使用的水套炉约为20000多台。随着油田建设的不断发展，水套炉的用量也越来越大。因此探讨其应用中存在的问题及其工艺技术的改进方案，具有重要的作用与意义。

　　一、水套炉应用存在的问题

　　水套炉在应用中存在的问题，归纳起来有三个方面。

　　1.加热效率不高

　　目前油田大部分水套炉的热效率不高，平均热效率为52%～60%。低效率意味着天然气高消耗量，直接影响油田的生产成本与效益。产生加热效率不高的主要因素有三方面：一是水套炉自身燃烧器效率不高造成的，常用的负压引射蜗壳式燃烧器炉膛火焰温度不高，辐射强度低，降低了燃烧效率；二是常用水套炉选用水作为热媒，工作压力较低，操作温度不高，造成水套与加热介质之间的温压差较小，传热效率不高；三是水套炉自身结构的缺陷造成的，主要影响烟气与烟管的对流换热和被加热介质与加热盘管的换热，从而影响到加热炉效率。

　　2.水套炉燃烧系统寿命不长

　　使用寿命短，燃烧不好是水套炉燃烧系统的主要问题。其特点是烟火管与炉膛的连接弯头处的焊缝发生泄漏。造成泄漏的原因主要有两方面：一是天然气中凝析水的腐蚀。大部分水套炉由于自用气温度不高，存在于天然气中的饱和水蒸气易凝析成液态水，电离成H+和OH-。H+与天然气、H2S燃烧后的产物CO2和SO2分别生成H2CO3和H2SO3，在高温、高压下，加剧了烟火管通道以及焊缝的腐蚀，缩短了水套炉寿命。若天然气中的饱和水蒸气保持在较高温度不凝析成液态水，则不易发生电离腐蚀，水套炉使用寿命会较长。水套炉壳程水温度低，易造成饱和水蒸气易凝析成液态水，同时水套炉自用天然气出口温度至节流阀之间的散热面积较大，致使节流阀处温度较低，导致天然气节流降压时产生凝析水或形成水合物。另一方面，焊接质量问题造成的泄漏致使燃烧系统寿命减少。这种情况不多，但在实际的生产过程中确实存在，应引起相应的重视。

　　3.水套炉烟火系统易腐蚀穿孔泄漏

　　目前的水套炉烟管一般为多回程设计方案，目的是为了增加烟管对流换热面积，从而提高加热炉效率。水套炉烟火系统易在烟管、前后管板及烟管连接管板处的焊缝发生腐蚀穿孔泄漏。造成腐蚀穿孔的原因主要还是凝析水的电化学腐蚀。此处的凝析水主要由天然气燃烧后产生。该处焊缝还位于温差大区段，容易对焊缝产生金属疲劳破坏和焊接残余应力破坏。同时，焊缝又处于高温气冲刷和含硫介质的强腐蚀环境下，极易造成腐蚀泄漏。此外，烟囱也易发生腐蚀穿孔致使水套炉无法使用。另一原因是焊缝的焊接质量问题造成，例如哈萨克斯坦北部扎奇油田CPF站中2300kW水套炉因烟管和管板角焊缝质量问题，发生泄漏，致使水套炉无法正常使用。

　　二、改进方案

　　针对水套炉在应用中存在的问题，其解决方案归纳有四。

　　1.采用新型高效燃烧器

　　燃烧器是水套炉的核心部件，水套炉热效率的高低，直接取决于燃烧器燃烧性能的好坏。燃烧器燃烧性能好，天然气与空气混合越充分，燃烧效率越高。因此，采用新型高效燃烧器能从根本上解决目前水套炉效率不高的问题。可新型采用全自动比例调节燃烧器，在加热管出口及壳体水浴设置温度变送器，使燃烧器根据所需的热负荷自动调节燃烧器的输出负荷；采用烟气氧含量分析仪检测加热炉烟气残余氧含量，控制空燃比，使燃料充分燃烧，减少烟气量，从而减少烟气带走的热量，降低燃料消耗，提高燃烧器效率。

　　2.采用合适的新型热媒、高效换热管以及提高其操作温压

　　根据所设计的工程需要，经过技术、经济的比较，选定新型高效热媒作为水套炉的新型热媒，以适应自然条件和工艺的要求。新型热媒一般具有高比热容，高热传导系数，良好的化学稳定性，不腐蚀设备、管道及其他附件的特点，比目前常用的热媒（水）具有明显的优势。同时，可根据水套炉结构、换热方式及其工况要求，采用高效换热管传热，并适当提高水套炉壳体工作压力，以提高温压增加传热效率。采用新型高效热媒、高效换热管，提高操作温压，都是从热力学能量传递原理出发，减少能量损耗，提高水套炉加热炉效率。

　　3.对水套炉结构进行优化

　　水套炉结构的优化主要从研制新型的火筒、烟管结构，改进换热盘管结构和布置方式，以及增设附属设备进行整体结构优化等方面来进行。结构优化主要目的是强化火筒的辐射换热和烟管对流换热，降低排烟温度，提高水套炉热效率，同时改善炉体结构和整体配置性，降低水套炉设计压力和金属耗量，简化制造工艺。结构优化的方法主要有以下几种。（1）采用三回程的加热结构代替目前的两回程结构，增加烟管管束的长度，即增大换热面积，可以大幅度提高水套炉热效率。（2）应用新型三维内肋管替代光管作为水套炉的烟管，提高对流换热系数，提高水套炉的热效率，同时可以减小水套炉的火筒烟管长度，有利于降低水套炉的金属耗量。（3）增设附属设备进行结构优化，可增设小型气液分离设备除去天然气中的凝析水，减少水套炉的电化学腐蚀。可在烟管与烟囱之间增设小型的余热回收装置，以降低加热炉排烟温度，提高热效率。（4）对水套炉进行整体结构优化，将新型高效火筒烟管布置在壳体的内下部，减少水套炉结构尺寸，提高壳体的空间利用率；采用多管程变径管束作为换热盘管，在降低流通阻力的同时，提高了换热系数，增加单位筒体体积内换热盘管的面积，从而提高水套炉加热炉效率。

　　4.采用新型材料并保证其制造质量

　　采用新型保温结构及材料，以降低由于加热炉表面散热造成的热损失。开发并利用新型耐腐蚀材料制造水套炉，并保证水套炉制造过程中的焊缝质量。这其中包括合理选择焊接程序和焊接位置及焊枪角度，克服因焊接问题造成的泄漏等，从而保证整个水套炉的制造质量。

　　三、结束语

　　通过采用高效燃烧器、新型优质热媒、高效换热管、提高操作温压、应用新型三维内肋管等手段，可以而且能够有效地提高水套炉的加热效率。通过对水套炉结构进行整体优化，添加水套炉配套设备，从而能够实现水套炉设备小型化、高效化，并延长设备使用寿命。同时，在水套炉生产制造过程中研制、开发、利用新型材质，严格控制生产质量和焊缝焊接质量，从而克服水套炉泄漏问题，这些措施亦能延长水套炉的使用寿命。