熱媒爐油改氣前后運行狀況對比分析

陳寧婷

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海金山 201500)

熱媒爐油改氣前后運行狀況對比分析

陳寧婷

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海金山 201500)

熱媒爐是聚酯、長絲、短絲三套裝置的主要供熱設備，是聚酯裝置的關鍵設備。由于運行時間較長、設備老化，熱媒爐在實際運行中出現許多故障。這些故障嚴重影響了熱媒爐的平穩運行。為了解決這些問題，對熱媒爐進行了油改氣改造。油改氣后，熱媒爐的抗風險能力得到很大的提高，效率也由之前的89%提高到了90.5%以上。油改氣改造解決了影響熱媒爐平穩運行的隱患，為三套裝置的平穩運行打下了堅實的基礎。

熱媒爐;油改氣;分析

0 前言

熱媒爐是聚酯、長絲、短絲三套裝置的主要供熱設備，它們的運行狀況對三套裝置的平穩運行起到關鍵的作用。由于運行時間較長，設備老化，熱媒爐在運行中故障較多，嚴重影響了裝置的平穩運行。為了解決這些問題，筆者原工作單們中石化洛陽分公司利用2011年設備大檢修的機會，對熱媒爐進行了油改氣改造。2012年5月，天然氣引入熱媒站，熱媒爐投用天然氣一次點爐成功。

1 熱媒爐的介紹

聚酯裝置三臺熱媒爐1811-H01A/B/C是由瑞士Bertrams公司制造，熱負荷為13.9 MW，燒重油時熱效率為90%，燃燒器為上點火式圓筒結構加熱爐，爐體型號1054BNFV。燃燒器采用燃料油霧化燃燒，爐內、外兩層盤管形成輻射段和對流段，將爐管內流動的液相熱媒加熱到所需的工藝溫度，進入閃蒸罐閃蒸成氣相熱媒后送至各個用戶。經換熱后的氣相熱媒重新冷凝成液相，根據凝液溫度的不同分別進入高、低溫凝液槽，再經循環泵輸送至爐區進行循環加熱。熱媒爐的工藝流程如圖1所示。

2 油氣改造前情況

熱媒爐在油改氣前，故障較多。以下是油改氣前熱媒爐運行中存在的主要問題:

圖1 熱媒爐流程圖

2.1 抗風險能力差

在正常運行時，三臺熱媒爐平均分配負荷，如其中一臺出現故障或需要停爐維修時，其余二臺提高負荷滿足生產需求。由于所使用燃料油中雜質含量較高，爐管和預熱器積灰嚴重，換熱效率差，造成爐膛出口煙氣溫度升高。在正常運行時，爐膛出口煙氣溫度應在380℃以下，由于積灰嚴重現已達到400℃(聯鎖停爐溫度438℃)，為了保證設備安全運行和生產平穩，熱媒爐只能在低負荷運行(設計最高負荷的28%～35%)。當停下一臺爐后，提高其余兩臺爐負荷時，爐膛出口煙氣溫度會升至430℃左右，稍有波動就會聯鎖停爐。原設計無法實現三臺爐兩用一備，無法實現。這種情況造成三臺爐子只能在低負荷下運行，無法停爐檢修。隨著運行時間的增加，三臺熱媒爐爐膛出口煙氣溫度還在逐漸上升。這些情況，已影響了熱媒爐的正常運行，成為聚酯車間平穩生產的巨大隱患。

2.2 熱效率低

三臺熱媒爐的熱效率僅86%～89%，最差時侯1811-H01B熱效率甚至會降至84%。經過認真分析和總結后，分析熱媒爐效率低的原因有三:①使用燃料油作為燃料，造成爐管表面積灰嚴重，為了保證將熱媒加熱到閃蒸的溫度，需要加大燃料油的使用量。②長時間燒油造成換熱器的換熱面積灰嚴重，進爐空氣交換不到應有的熱量，增加了燃料油的消耗量，同時造成排煙溫度高。③由于燃料油黏度高、雜質含量大、霧化效果不好，熱媒爐的燃燒狀況稍有變化，煙囪就會冒黑煙。為了減少冒黑煙，操作人員只能提高助燃風風量。熱媒爐1811-H01A/C爐的氧含量不得不控制在5%～9%，造成了熱媒爐效率大幅下降。

針對爐管和換熱器積灰，在不停爐的情況下，曾多次對熱媒爐進行了在線吹灰，反復改變供風量，利用風量的變化將爐管和換熱器上的積灰吹掉帶走。在線吹灰吹去的是浮灰，效果不明顯。

2.3 點爐成功率低

根據Bertrams公司設計，熱媒爐采用微正壓操作，燃燒器和爐體處于全封閉狀態，點爐由PLC程序全自動控制。點爐能否成功主要受點火時的空燃比和燃料油霧化效果的影響。點火位的空燃比是根據經驗預先設定的。由于受燃料油性質、溫度、霧化介質(蒸汽或壓縮風)的壓力、溫度、含水量及油槍噴嘴磨損程度等多方因素的影響，點爐時燃料油的霧化效果很不穩定，嚴重影響點爐的成功率。特別是在冬季點爐時，由于氣溫對油溫和黏度的影響較大，經常造成不能一次點爐成功(一般均需多次點爐)，按照程序點爐一次需要10 min左右，如果一次不能成功，長時間停爐將對主裝置平穩生產造成影響。

2.4 熱媒爐PLC控制的狀況

熱媒爐的風量和油量配比的控制是根據熱媒爐總管的壓力來控制調節的。手動可調節的參數為熱媒爐的負荷，而典型負荷下的各參數(包括風門開度、燃油閥開度、變頻頻率等)都是開工時調試好的(在平時操作中該調節畫面被屏蔽掉了，為不可調節畫面)。但是隨著爐子運行時間的增加，重油系統的壓力變化和燃油閥不暢通的情況時有發生，操作人員只有通過改變風機的輸出對風量進行調節。由于熱媒爐原設計沒有風量計及氧含量在線分析儀表，操作人員只能根據經驗和爐子是否冒黑煙，對爐子進行調節。這種調節方式很不精確，容易引起風量不足或風量過剩等問題。

3 改造方案

為了保持聚酯裝置和長、短絲裝置的生產平穩運行，減少非計劃停工，提高熱媒爐效率，減少聚酯裝置的能耗。經研究決定對熱媒爐進行油改氣改造。針對以上問題，我們制訂了油改氣改造方案:①對燃燒器進行重新設計，將只能燒油的燃燒器改為燃油、燃氣燃燒器。②燃油系統利舊。利舊部分從供油管道直到油燒嘴處，這樣保證油系統的工作特性不變。③增加燃氣調節閥組，保證燃氣在使用過程中穩定和安全。④控制柜更新。新的控制柜完成對原燃油系統和新燃氣系統的控制。⑤對PLC控制系統進行了重新設計。控制程序可滿足雙燃料(天然氣或燃料油)使用，燃油部分按老系統設計，燃氣部分燃氣流量和風量既可單回路調節，也可進行串級比例雙交叉限制調節。煙氣殘氧信號引入燃燒控制系統，有效地控制熱媒爐實施“低氧燃燒”。

4 改造后的情況

分公司利用2011年檢修的機會對熱媒爐進行了油改氣的改造。2012年5月，天然氣被引入熱媒站，熱媒爐投用天然氣，一次點爐成功。以前熱媒爐運行中的大部分問題得到了很好的解決。

4.1 抗風險能力大大增強

天然氣進燃燒器前的壓力較低，只有20 kPa左右。燃燒器的8支燃氣噴槍均布在喉部組件與穩焰器間的直流風通道內。這些設計特點使天然氣在爐膛內燃燒時，火焰長度短，火焰體積大，燃燒在短距離內完成。燃燒產生的高溫煙氣在對流室和輻射室停留的時間相對燒油時長。新燃燒器的設計特點使爐管換熱效果大幅提高。三臺熱媒爐的爐膛出口煙氣溫度從改造前的400℃降到了350℃左右，降低了50℃，實現了熱媒爐的兩用一備，為熱媒爐逐臺檢修創造了條件，熱媒爐的抗風險能力得到了大幅提高。

4.2 熱媒爐效率有顯著提高

燃料改用天然氣后，熱媒爐的效率由之前的86%～89%，提高到了89.5% ～90.5%。尤其在2012年的5-9月分別對三臺爐子的爐管、換熱器進行全面清灰后，三臺爐子的效率更是達到了90.5%～91.5%。熱媒爐效率的提高主要有下面四方面原因:①天然氣的火焰較燒油時的火焰短，且體積大，這造成了高溫煙氣在對流室和輻射室停留的相對時間長，爐管換熱效果提高。②天然氣是清潔能源，在燃燒過程中不會產生積灰，引起爐管和換熱器換熱效果變差。③由于煙氣換熱器和爐管的換熱效果提高，造成了排煙溫度的大幅降低。④由于天然氣是清潔能源，壓力穩定，不存在霧化黑煙問題，所以氧含量可以控制較低。經過研究改造，氧含量最低控制到了2.5%。

4.3 提高點爐成功率

天然氣投用后，由燃料油霧化問題造成的點爐難已解決。天然氣供應穩定且易引燃，所以只要設定合適的空燃比，爐子就很容易點火成功。

油改氣改造后，影響熱媒爐點爐的成功問題得到了解決，隨即也產生了新的問題。由于是依托原有熱媒爐爐體進行的改造，新燃燒器上的火焰檢測器位置稍有偏差。在點小火的過程中火檢經常檢測不到小火(實際小火正常燃燒)，造成點爐時出現失敗。火焰檢測器檢測不到小火成了影響熱媒爐點爐成功率的主要原因。為了解決這個新出現的問題，經過與設計廠家協商，廠家在小火的燃氣噴嘴附近設計加裝了電離火檢。只要小火有火焰，電離火檢就能立刻檢測到小火。經過這些改造，熱媒爐點爐難的問題基本得到了解決。

4.4 熱媒爐PLC控制的改造

改造過程中，對PLC控制系統進行了重新設計。控制程序可滿足雙燃料(天然氣或燃料油)使用，燃油部分按老系統設計。供風管路在檢修中增加了空氣流量計，煙氣出口處增上了氧含量分析儀，做到了風量的精確控制，同時將煙氣殘氧信號引入燃燒控制系統，有效地控制熱媒爐實施“低氧燃燒”。燃氣部分燃氣流量和風量即可單回路調節，也可進行串級比例雙交叉限制調節。

4.5 有效降低了裝置能耗

4.5.1 有效節約了燃料

在相同負荷下，改造前每月使用燃料油平均為920 t標油/月，投用后使用燃料氣折標油后平均為840 t標油/月，平均減少使用燃料80 t標油/月左右，每噸PET裝置能耗降低2 kg標油。

4.5.2 有效節約了蒸汽和霧化風

改造投用前加熱燃料油消耗1.0 MPa蒸汽大約0.5 t/h，冬天給燃料油系統伴熱消耗1.0 MPa，蒸汽大約0.5 t/h，霧化燃料油大約用工業風300 Nm3/h (這個數值不清楚，是大概估計的)，改造投用后節約了這部分蒸汽和風，折合每噸PET裝置能耗實際降低2 kg標油/t左右。

4.5.3 有效節約了電能

改造投用后停用了燃料油供給泵、燃料油增壓泵和燃料油輸送泵。實現熱媒爐兩用一備后停掉了一臺風機和一臺熱媒循環泵，大約節電260 kW/h，折合每噸PET裝置能耗實際降低2.3 kg標油/t左右。

4.6 避免了燃料油系統的堵塞和設備故障，實現了爐子的環保高效

由于燃料油的性質，原有的燃油系統經常出現堵塞和設備故障。維修中燃料油的處理一直是一個難題。天然氣投用后，燃料油系統停用。燃料油泵停用，減少了設備維護及備件費用。改造前熱媒爐煙囪冒煙嚴重且爐灰較多，對裝置周圍造成一定環境污染，改造后熱媒爐煙囪不再冒煙，實現了爐子的環保高效運行。

5 結語

2012年5月，油改氣改造投用后，熱媒爐的抗風險能力得到了很大的提升，實現了熱媒爐的“兩用一備”。天然氣投用后，解決了由于燃料油引起的爐管和換熱器積灰問題。新燃燒器熱和新PLC系統的投用，使熱媒爐的燃燒狀況得到了精確控制。熱媒爐的效率也隨之得到了大幅的提高。現在三臺熱媒爐的效率都在90.5%以上。熱媒爐的油改氣改造解決了長期困擾熱媒爐平穩運行的隱患，為三套裝置的平穩運行打下了堅實的基礎。

TQ050.7

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1003-3467(2014)05-0042-03

2014-03-02

陳寧婷(1971-)，女，工程師，從事設備管理工作，電話:(021)57941941。