加裝煙氣旁通管路提高加熱爐排煙溫度的效果分析

劉國豪 張廣超 許琛琛 趙乾坤 董林虎 張軒 張巍

（1.中國石油管道研究中心；2.中國石油西部管道新疆輸油氣分公司；3.中國石油管道公司技術服務中心；4.中國石油管道公司濟南輸油分公司；5.中國石油西部管道酒泉輸油氣分公司）

加熱爐是長輸熱油管道輸送系統主要的耗能設備之一，單臺設備功率大、能耗多，安全經濟運行與否對企業有重要影響。輸油管道加熱爐的燃料有原油和天然氣兩種，其中天然氣在價格、燃燒產物污染少等方面的優勢使燃氣加熱爐具有經濟、環保等優點，在氣源有保證的前提下建議優先選擇燃氣加熱爐。目前多個站場進行了燃油改燃氣的改造，目的是減少能耗成本，提高運行水平。燃油改燃氣主要是更換燃燒器和輔助燃燒系統，對爐膛內及煙囪處結構一般不做改動。燃油改燃氣后節省了燃料油預熱需要的能量，如果改造后沒有考慮到天然氣燃燒后硫化物、水汽比較多的情況，就會存在排煙溫度偏低、硫化物和水蒸氣多，易產生酸化物，對預熱器、煙道等產生腐蝕甚至穿孔，影響設備正常運行，造成設備壽命下降且運行風險增加。為防止這種情況發生，需要采取措施提高燃氣加熱爐排煙溫度，降低酸露點腐蝕風險。

1 站內加熱爐運行現狀

該站內有3 臺同型號的加熱爐，型號為YYW-8000Y，額定容量為8 MW，主要用于主管道原油加熱，屬于燃油改燃氣的加熱爐，燃料氣為上游油田提供的管道天然氣，燃料系統單臺計量。運行中發現3 臺燃氣加熱爐排煙溫度過低，煙氣中液態水多，煙道及對流室管路腐蝕比較嚴重。

2 技術改造主要內容與原理

改造主要內容是在加熱爐爐體尾部煙氣出口處加裝一直徑φ300 mm 旁通管路，一端裝在對流室上部的空氣進風管路上，另一端接到對流室進輻射室的空氣進氣管路上，兩端都安裝閥門和擋板，根據需要可以把空氣進氣管路不經過對流室，直接通過旁通管路進入燃燒室與天然氣混合，通過調節閥門和擋板的開度大小可以調節旁通管路空氣量，達到調節排煙溫度的目的。主要的原理就是通過旁通管路減少煙氣熱交換，使冷空氣不經過空氣預熱器加熱，直接進到燃燒室與天然氣混合燃燒。

運行操作人員根據現場安裝的儀表顯示，在排煙溫度過低時打開旁通管路進出口閥門，同時根據需要調整進空氣預熱器的擋板閉合度，使部分或全部冷空氣經過φ300 mm 的旁通管道繞開空氣預熱器直接進入加熱爐，減少或停止煙氣熱交換損失來提高排煙溫度，排煙溫度可以由最低時的20 ℃提高到全部打開后的90 ℃左右。

3 節能效果對比測試要求

為考察加裝煙氣旁通后排煙溫度提升效果，同時觀察對設備運行性能的影響，制定相應的測試方案進行對比測試。首先測試加熱爐正常運行不打開旁通管路的情況，然后在保持加熱爐負荷不變的情況下，測試打開旁通閥門開100%后的主要運行指標變化情況，主要指標包括熱效率、排煙溫度、過剩空氣系數。

測試及計算采用標準SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》 ，結果評價按照SY/T 6837—2011《油氣輸送管道系統節能監測規范》、 Q/SY GD0199—2009《加熱爐鍋爐大修節能效果評價方法》執行。按照SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》的要求，應同時進行正平衡法、反平衡法，以正平衡法結果為準，且兩種方法的結果誤差不超過±2%。測試用儀器見表1。

表1 測試用儀器

4 測試結果與分析

3 臺加熱爐經常運行在90%左右的負荷下，因此本次測試主要考察正常運行負荷下的相關數據，測試結果見表2。

表2 加熱爐主要運行指標測試結果

由表2 可知，3 臺加熱爐在90%熱負荷下，與關閉空預器旁通狀態相比，全部開通空預器旁通狀態下煙氣熱交換減少，排煙溫度從40 ℃提高到85 ℃，提高了45 ℃，排煙溫度提高效果明顯，達到了改造的目的，同時其他主要參數熱效率略有2%的下降，因為煙氣熱損失增加，但是降低后的熱效率數值仍然滿足標準SY/T 6837—2011《油氣輸送管道系統節能監測規范》的要求，且運行的安全系數大大增加。

測試結果表明，3 臺加熱爐在測試工況下煙氣的過剩空氣系數均過大，均未達到評價標準SY/T 6837─2011《油氣輸送管道系統節能監測規范》中限定值的要求，其他項評價指標熱效率、排煙溫度等均達標。綜合評價，該加熱爐達到了改造的目的，但同時運行中存在空氣系數偏大等問題，需要調節風門擋板，調整燃料氣和空氣的配比，減少過剩空氣系數，進一步提高熱效率。

5 結論

排煙溫度過高或者過低都對加熱爐的運行有不良影響。排煙溫度過高時說明爐膛燃燒效果差，排煙損失高，熱效率偏低；排煙溫度過低時熱損失少、熱效率高，但存在著酸露點腐蝕設備的運行風險。運行中必須將排煙溫度維持在一個合理區間內，以高于酸露點溫度同時低于標準規定的溫度區間最為合理。這就需要日常運行中定期吹灰、調整燃料氣與空氣的燃燒配比等，保證加熱爐維持在高效率區運行。通過在空氣預熱器前后加裝旁通管路，使冷空氣直接與天然氣混合燃燒，減少煙氣在對流室的熱交換熱量損失，達到了提高排煙溫度的目的，減小了設備的運行風險。該改造方法簡單、實用，對設備的影響小，可以為相關設備改造提供參考。