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摘要：针对辽河油田所使用的炉前燃油加热器随使用年限增加，传热效率降低的问题，在不增加加热器体积的前提下，通过在炉体内部焊接折流板的方法增加燃油受热时间，结合Comsol Multiphysics仿真软件确定折流板最优安装位置及长度，以达到增加传热效率、节约成本的目的。按照数值模拟结果实装折流板后将加热器投入运行并记实时温升，再与优化前结果进行对比。结果表明，优化后燃油加热器温升效率提高约25%，单台加热器年均节省资金约为16464元。

关键词：稠油油藏;燃油加热器;数值仿真;温升效率;结构优化

蒸汽吞吐热采技术做为目前最成熟、最普遍的开采重油方法，被广泛应用于各大稠油油田。由于稠油具有很高的温度敏感性，油田上通常采用燃烧原油的方法来加热蒸汽。然而，从供油泵直接送出的原油粘度较高，无法满足锅炉对燃油流动性及雾化的要求。因此，须将燃油在加热器中预加热到一定温度使其达到雾化效果。油田上使用的燃油加热器普遍采用电加热管对各类燃料介质进行直接加热，即燃料从入口进入加热腔，经过加热后由出口流出。但是，这种单流程式的燃油加热器加热不均匀，且燃油加热器所使用的加热用电阻丝会因自身寿命、人为操作、环境等因素，在加热电阻丝表面结焦积碳、氧化腐蚀（图1、2），使其传热效率降低，无法满足出口油温达标的要求，造成无法及时启动锅炉的后果。

图1 因氧化腐蚀断裂的加热电阻丝          图2 在表面结焦、积碳的加热电阻丝

因此，在不增加燃油加热器体积和出口油温满足生产要求的前提下，对加热器进行优化设计，通过在加热器内加装折流板的方式使介质以迷宫式路线运动（图3），增加介质在加热器内流动时间来提高传热效率，对保障生产流程畅通、节约投入成本都具有重要意义。

图3 迷宫式构造燃油加热器结构

1确定折流板规格

由于折流板的安装位置和长度会影响加热器的加热效率。因此，需要利用软件模拟的方法确定折流板最优安装位置和长度使加热器在特定环境下传热效率达到最高。软件在稳态流动的状况下，Comsol Multiphysics软件无法通过控制相同的出口温度来模拟最优变量（折流板的位置与长度），但可以模拟相同时长内，不同变量（折流板的位置与长度）下得到的温升值来确定最优参数值。以BZYJR-7型燃油加热器的规格参数进行模拟，分别设置折流板安装位置与长度（表1、2）。

通过参数化扫描计算得到折流板处于不同位置和长度时域探针（域探针位置设置在加热介质出口处）处的温度表及对应曲线示意图（图4、5）。由结果图可以看出，应用于BZYJR-7型燃油加热器的折流板最佳安装位置（直径）应为0.34m，长度应为1.86m。

图4 不同折流板位置下探针温曲线度图

图5 不同折流板长度下探针温曲线度图

2现场实装及测试

考虑到工业电压为380V，为了使电压均匀分配，我们设计使用3组每组4根加热电阻丝的规格进行实装（图6），加装全部热阻后，按照模拟结果的尺寸制作折流板并焊接（图7），与内部热阻共同形成加热室，最后再安装外部壳体并完成接线。

图6 加装热阻                           图7 焊接折流板

将组装完毕的新型电加热器通过打压试验合格后，投入运行试用。对新型电加热器出、入口介质温度和加热器电流测试。测试方法如下，将传统电加热器与新型电加热器并联在供油流程中，使被测试的两种电加热器处于同等测试条件下（图8），通过测试新旧两种电加热运行中的电流及出、入口温升得出对比结果如下所示（表3）（图9）。

图8 新、旧两型加热器测试接线图

3结论

原有电加热器工作电流为38A，而新改进的电加热器在相同工作环境中的工作电流仅28A。考虑到炉前油温达到101℃时即满足要求，因此，记录温度达到101℃的时间为21分钟，而同样时间下，旧型燃油加热器的油温仅为96℃，且随时间增加热效率持续降低，继续加热使其达到101℃所需时间达到26分钟。计算可得，温升效率提高约25%，按照大功率用电价格计算，单台加热器每年節约成本超1.5万元。因此，结果表明结构优化后的燃油加热器完全符合初始所设定的各项目标值。

作者简介：黄琪（1992—），男，硕士研究生，石油与天然气工程领域，油气田开发方向.