引言
孤東油田九區注汽站G101、G102溼蒸汽發生器（專業術語，習慣上也稱注汽鍋爐）近兩年因多種原因造成8根爐管鼓包、爆管等安全事故隱患，造成了較大的經濟損失，影響注汽開發的正常進行。現場實踐經驗表明，火焰偏燒是造成爐管局部過熱導致鼓包、爆管的根本原因。但目前無徹底的解決辦法，鍋爐因火焰偏燒造成爐管爆管已成為制約注汽安全生產的瓶頸問題。事實上，鍋爐爐管鼓包、爆管在油田注汽鍋爐中非常普遍，且是危害極大的事故。據初步統計，全國油田熱採行業因鍋爐爐管爆管每年造成的經濟損失上千萬元。因此，解決鍋爐爐管爆管的問題成為注汽熱採行業亟待解決的問題。
1 火焰偏燒產生的原因分析
1.1 溼蒸汽發生器制汽主要工作原理
溼蒸汽發生器的構造主要分為混合霧化段、燃燒輻射段、對流段三部分。混合霧化段將空氣與燃油混合霧化後進入燃燒輻射段燃燒腔燃燒，爐管中的高壓軟化水先經過對流段傳導升溫，再進入輻射段通過熱輻射方式，將燃油燃燒產生的熱量傳遞給進入爐管中的高壓軟化水，使爐管內的低溫水成為設計溫度的飽和蒸汽，並進入外輸注汽幹線中。
爐管中的高壓軟化水在爐膛內部的輻射段達到最高溫度，即達到設計溫度。爐膛內部輻射段爐管由56根每根長約13m的爐管串聯後緊貼爐膛壁盤繞而成。
1.2 火焰偏燒產生的原因
當溼蒸汽發生器燃燒器的火焰燃燒控制器因振動和溫差變化等原因造成火嘴易偏離爐體中心線，進而造成火焰偏燒（圖1）。
但是，由於燃燒器中的燃燒槍在爐內，火嘴因振動等原因偏離中心線後無調整裝置。解決火嘴偏離中心線後火焰偏燒是解決爐管局部過熱的根本途徑（圖2）。
燃燒器火焰在爐膛內狀態以居中為最佳，鍋爐經長期運行，使火嘴因振動和溫差變化，而造成火嘴偏離中心線。正常情況下，火焰最寬部距離火嘴6.5m，寬為2m，單側火焰最寬高度為h，火焰夾角（α）為8.7°，查23t/h溼蒸汽發生器燃燒器技術規範得知，火焰外緣離爐管壁允許距離為0.4m。
計算表明，火焰偏燒時，火焰夾角變化對單側火焰高度h的變化影響很大。
h＝6.5tgα
＝6.5tg8.7°
≈1.0m
當α變化1°，即△α＝1°時，根據微分原理可計算火焰夾角出現小角度（1°）偏移時，則單側火焰高度的變化△h：
△ h≈6.5(tgα)′ · △α
＝6.5sec2α·△α
＝6.5sec28.7°·π/180
＝0.116m
就是說，只要火嘴夾角偏移1°（π/180）角，則火焰向另一側偏移11.6釐米。此時，火焰外緣一側與爐管壁距離為0.384m，即產生火焰偏燒現象。當火焰偏離中心2°時將嚴重偏燒，即所謂的燎烤爐管，使局部爐管過熱，從而造成爆管事故。
2 火焰偏燃調節器的研製
2.1 火焰偏燒調節器設計思路
火焰燃燒控制器因振動和溫差變化等原因火嘴易偏離爐體中心線，進而造成火焰偏燒。針對上述造成火嘴偏離中心線的問題,如果將火嘴運用合理的方法回覆中心線，則能從根本上解決火焰偏燒問題。由於三角形的穩定性高於其它結構的形狀支撐，並且調節方便。鑑於以上設想，設計出了以三腳支撐為主導結構的火焰偏燒調節器。
2.2 火焰偏燒調節器的工藝製作
經過反覆討論，研究設計出了火焰偏燃調節器（簡稱調節器）設計圖（圖3、圖4）。
調節器製作辦法是,火嘴固定端選用5毫米厚不鏽鋼板製作六稜套桶形狀及焊接固緊螺帽，緊固於混合段。對稱3根梭型支撐杆，減少對配風的影響並能有效支撐住火嘴。調節螺杆為雙向細螺紋杆，加固緊備帽，以達到精確調節固定的作用，三根調節杆以圓桶型鑄件外殼為支撐。根據觀察火焰偏燒方位，定位3個支撐位置，進行調節。23t/h注汽鍋爐火嘴卡直徑尺寸65mm、支撐杆200mm、調節螺紋杆120mm、支座65mm。
3 現場應用效果分析
3.1 現場試驗
2006年3月初，調節器工藝圖紙繪製完成後，委託加工出一套調節器在九區G101鍋爐試驗，跟蹤觀察火焰燃燒狀態，細緻調整火焰偏燒角度（圖5）。
第1次調節，火焰向中心線移動，但仍有點一定程度的偏燒，第2次調整後，火焰基本居中，第3次調整達到較理想狀態，比調整前有了很大的改善，完全解決了鍋爐偏燒問題。
在G101＃爐應用火焰偏燃調節器取得成功後，又在九區G102＃爐及其它2座注汽站上推廣應用，均取得了很好的效果，徹底解決了鍋爐火焰偏燒的技術難題。
火焰偏燒調節器研製推廣的實踐表明,主要有以下兩項優點:
(1)火嘴不再偏離中心線,偏燒問題得到徹底解決,且穩定性好。
(2)降低了操作工人勞動強度,只須定期校定燃燒器配風、燃油、霧化參數，使其合理匹配即可。
2.4 推廣應用效果分析
成功研製並推廣火焰偏燒調節器，它能在不破壞燃燒器布局、不損壞燃燒器件、不影響燃燒效果的情況下，達到精確定位調節偏燒問題的目的，因而適應於油田溼蒸汽發生器的調偏，未再出現火焰偏燒情況的出現，在注汽鍋爐上推廣後均取得了很好的效果。現場鍋爐爐管壁厚測試表明，鍋爐爐管使用完好，未出現局部變薄、鼓包、產生脆化現象，實現了預期的目的。
通過研製推廣火焰偏燒調節器，大大降低了鍋爐因偏燒而造成的爆管事故發生機率，延長了爐管使用壽命。經初步計算安裝火焰偏燒調節器後，一年每臺鍋爐節約維修費用10餘萬元，在8臺注汽鍋爐上推廣應用，一年節約維修費用80萬餘元，並保障了注汽的正常運行。通過研製推廣火焰偏燒調節器，徹底杜絕了因火焰偏燒造成的安全隱患，降低了操作工人的勞動強度，減輕了工作壓力，受到了操作工人的歡迎。
參考文獻
[1] 張琪等.採油工程原理與設計，2000年3月
[2] 溼蒸汽發生器技術規範－勝利石油管理局採油技術規範彙編，1998年
作者單位為勝利油田孤東採油廠三採中心