集氣站水套加熱爐燃燒系統(tǒng)改造及效果分析

侯亞龍 ，張成虎 ，史福軍 ，薛永強 ，顏 龍 ，李 軍 ，趙文軍

（1.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

集氣站水套加熱爐燃燒系統(tǒng)改造及效果分析

侯亞龍1，2，張成虎2，史福軍2，薛永強2，顏 龍2，李 軍2，趙文軍2

（1.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

榆林氣田集氣站安裝的天然氣加熱爐為630 kW的八井式和400 kW的四井式天然氣負壓加熱爐，該加熱爐為快裝水套式加熱爐，可同時加熱8口井或4口井的氣體盤管，產(chǎn)量可達50萬方／天。它在常壓下運行，以天然氣為燃料，配備先進的負壓型火嘴、進口的溫度控制器及控制氣閥，可實現(xiàn)溫度自動調(diào)節(jié)和母火熄滅保護功能。系統(tǒng)堅固耐用，可在無電條件下正常運行，熱效率達84%。加熱爐在生產(chǎn)運行過程中由于使用燃燒功率低、水蒸汽無法排出而造成加熱爐爐膛結(jié)碳結(jié)垢嚴重，水蒸汽冷凝結(jié)冰嚴重的現(xiàn)象，對此進行加熱爐燃燒器的改造，排除了故障，提高了加熱爐的使用效率。

負壓加熱爐燃燒功率水蒸氣 冷凝水

榆林氣田用的加熱爐是為HJ630-Q/25-Q型八井負壓天然氣加熱爐。其工作過程是:將自用氣燃燒產(chǎn)生熱能，通過加熱殼程的水浴傳遞給換熱盤管，加熱盤管中流動天然氣的過程。殼程設(shè)計壓力為常壓，是將天然氣加熱盤管置于水浴中，利用溫度高的水浴，將盤管內(nèi)的天然氣直接加熱。該類型加熱爐的水浴溫度可以在50～100℃范圍內(nèi)變化，特點是加熱負荷彈性大。目前在長慶、四川氣田得到廣泛使用，在大慶的部分氣田區(qū)塊也得到應(yīng)用

1 加熱爐在運行中出現(xiàn)的問題

氣田加熱爐在運行過程中由于燃燒功率低、水蒸汽無法排出而造成加熱爐爐膛結(jié)垢嚴重，水蒸汽冷凝結(jié)冰嚴重等問題。

1.1 燃燒器回火，燃燒不充分造成爐膛結(jié)碳嚴重

由于1#加熱爐設(shè)計進入天然氣管線為8井式，實際進入榆1、榆2、榆3井三口氣井分別最大產(chǎn)氣量為18×104m3/d、5×104m3/d、1×104m3/d，造成加熱爐實際運行處理氣量為額定流量的50%，加熱溫度為設(shè)計工作溫度的25%，加熱爐在低功率下運行。

根據(jù)加熱爐的燃燒功率及計算參數(shù)得知，加熱爐其設(shè)計要求能完全滿足其生產(chǎn)需要，但實際運行功率低、燃燒不充分，在調(diào)節(jié)加熱爐的一、二級風(fēng)門后故障依然存在的情況下，出現(xiàn)加熱爐爐膛結(jié)碳嚴重、堵塞煙道造成加熱爐燃燒功率降低的現(xiàn)象。

分析其產(chǎn)生的原因由于燃燒調(diào)整不合理，一次風(fēng)壓過低，風(fēng)速過低，主火壓力低，著火早，二次風(fēng)速過大，四角風(fēng)量分配不均勻，四角燃燒器進氣量不均勻等原因，若鍋爐運行中配風(fēng)不合理或風(fēng)量不足，氧量低，會使爐內(nèi)產(chǎn)生還原性氣氛造成局部爐溫高，達到灰熔點，導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。

氣田生產(chǎn)工藝屬于低溫分離工藝，在生產(chǎn)過程中需要控制天然氣加熱爐的出口溫度，所以在控制加熱爐的水域溫度時要控制加熱爐主火壓力，由于加熱爐燃燒器設(shè)計功率與實際運行燒功率不相符，一次風(fēng)與二次進風(fēng)進氣量過低，而且一、二次風(fēng)在運行中可調(diào)節(jié)的開度很小，而燃燒器的燃燒火嘴深度過長，進風(fēng)量不足這就使得燃燒器區(qū)域壁面熱負荷增高，天然氣在燃燒過程中燃燒不完全在燃燒低熔點煙氣的時候就很容易結(jié)焦

1.2 加熱爐煙囪因排風(fēng)不足導(dǎo)致水蒸氣冷凝嚴重

由于HJ630-Q/25-Q八井負壓天然氣加熱爐在設(shè)計上沒有在煙囪安裝風(fēng)門擋板。由于燃燒器本身存在問題，加熱爐在低負荷下運行，一、二級風(fēng)門調(diào)節(jié)較小，進風(fēng)量小，由于煙囪上沒有設(shè)計風(fēng)門擋板，無法調(diào)節(jié)流通面積，這造成排氣過程中煙囪抽風(fēng)力不足，大部分水蒸氣冷凝，冷凝水與爐內(nèi)結(jié)焦形成結(jié)垢，甚至堵塞火嘴及煙道。

由于大量的冷凝水的存在就會造成加熱爐內(nèi)壁的腐蝕,并且冷凝水和爐膛內(nèi)的灰垢混合又加大了清理的難度。

因此，建議改造燃燒器，滿足低功率下的燃燒，解決燃燒器回火，燃燒不充分造成爐膛結(jié)碳的問題，同時對加熱爐煙囪進行填加風(fēng)門擋板，這樣減少了水蒸氣流通的的面積，加大了煙囪的的抽風(fēng)力，避免由于煙囪的抽風(fēng)不足，造成大量水蒸氣冷凝的問題。

表1 NW100型燃燒器技術(shù)參數(shù)表

2 加熱爐燃燒器的改造

2.1 NW100型燃燒器燃燒得性能特點及技術(shù)參數(shù)

針對榆1集氣站1#加熱爐存在的問題，2011年在加熱爐上更換了由唐山金沙工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的NW100型的燃燒器，其主要的性能特點及技術(shù)參數(shù)如下:

（1）能使20 t/h(14 mw)以下的負壓鍋爐、加熱爐燃燒器無鼓風(fēng)高效燃燒。

（2）能在設(shè)計出力10%～150%范圍內(nèi)穩(wěn)定高效燃燒，滿足極限工況需要。

（3）可配置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制。

2.2 NW100型燃燒器結(jié)構(gòu)及原理

NW100型燃燒器由內(nèi)混燃燒器和外混燃燒器組成，內(nèi)混燃燒器由內(nèi)混噴氣裝置、內(nèi)混引射器和內(nèi)混風(fēng)門組成；外混燃燒器由旋轉(zhuǎn)噴氣裝置和調(diào)節(jié)風(fēng)門組成。多頭內(nèi)混燃燒器安裝在外混燃燒器中間，內(nèi)混引射燃燒器自成引射力，可抵消外混燃燒形成的通風(fēng)阻力，并提高火焰中心溫度，外混燃燒器一方面補充燃燒，穩(wěn)定火焰，另一方面可通過自身旋轉(zhuǎn)，促進燃燒完全，同時又可在關(guān)閉內(nèi)混燃燒時滿足微負荷要求。

2.3 NW型燃燒器使用方法及操作要點

2.3.1 點火 按照操作規(guī)程要求，排盡爐膛內(nèi)可燃氣體，檢查各安全附件。開動點火開關(guān)，先點燃點火燒嘴，慢慢打開外混閥門，再慢慢打開內(nèi)混閥。如手動點火可把火把直接放到燃燒器前，按以上步驟完成點火過程；無點火燒嘴可直接點燃內(nèi)混或外混。

2.3.2 調(diào)整 除總氣閥1外，閥2、閥3分別控制內(nèi)混和外混燃燒，可根據(jù)不同需要調(diào)整閥2、閥3開度。當(dāng)負荷低于設(shè)計出力20%時，可觀察內(nèi)混引射管是否有回火現(xiàn)象，如出現(xiàn)回火可適當(dāng)關(guān)外混閥2，開大內(nèi)混閥3，使其正常燃燒；當(dāng)負荷低于設(shè)計出力50%時，如關(guān)死外混閥2仍出現(xiàn)內(nèi)混回火，則可關(guān)死內(nèi)混，只開外混，可滿足微負荷要求。

3 加熱爐燃燒系統(tǒng)改造效果分析

3.1 加熱爐燃燒器改造效果

2011年安裝NW100燃燒器后，通過半年多運行，取得了明顯的效果。改造燃燒器前，在小功率運行中爐內(nèi)回火嚴重，燃燒不充分，燃燒器區(qū)域壁面熱負荷高，熱效率利用率低，爐內(nèi)嚴重結(jié)碳，甚至堵塞火嘴及煙道，加熱爐點火困難且頻繁熄滅。

改造燃燒器后，在小功率燃燒的過程中，通過調(diào)節(jié)內(nèi)混燃燒的壓力，提高燃燒器中心火焰的引射力，而外混燃燒又對燃燒不完全情況進行補充，避免了回火現(xiàn)象，提高了小功率燃燒的效率。半年多的現(xiàn)場應(yīng)用表明，解決了燃燒不充分，回火，加熱爐結(jié)焦積碳問題。

3.2 加熱爐煙囪改造效果分析

改造前：由于加熱爐煙囪在設(shè)計上沒有風(fēng)門擋板，并且燃燒器本身存在著問題導(dǎo)致煙道堵塞，造成煙氣排放過程抽風(fēng)力不足，冷凝水嚴重。

改造后：改造后增加了風(fēng)門擋板，通過風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)煙道流通面積，提高了加熱爐煙囪的排風(fēng)力，減少水蒸汽的冷凝量。

4 結(jié)論與建議

（1）通過對加熱爐燃燒系統(tǒng)的改造，取得了較好的效果，基本解決了加熱爐在小功率運行中的燃燒不充分、回火、結(jié)碳、爐內(nèi)冷凝結(jié)水等問題，解決了加熱爐頻繁熄滅問題。

（2）使用的新型NW100燃燒器可調(diào)節(jié)范圍大，能在設(shè)計出力10%～150%范圍調(diào)節(jié)，高效燃燒，滿足了氣田小負荷燃燒的需求。

（3）新型NW100燃燒器實現(xiàn)電子自動點火，現(xiàn)場運行點火成功率100%。

（4）通過燃燒器的改造基本解決了加熱爐回火，燃燒不充分結(jié)碳等問題，建議下步對煙囪改造，增設(shè)煙囪擋板，提高煙囪排氣抽力，徹底解決冷凝水的問題。

[1] 王福強.加熱爐燃燒不佳的原因及分析[M] .北京：工業(yè)出版社，2009.

[2] 宋彬.氣田天然氣加熱爐類型選擇[J] .油氣田地面工程，2007.

TE985

A

1673-5285（2012）07-0085-04

2012－05-22

侯亞龍，男（1981-），2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為中國石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)工程專業(yè)在讀工程碩士，主要從事氣田開發(fā)管理及技術(shù)研究工作，郵箱：houyl1_cq@petrochina.com.cn。