淺析油氣田加熱爐能效現狀與提效對策

徐寶珠(遼河油田公司油氣集輸公司技術監督中心, 遼寧 盤錦 124010)

集輸工作者應根據油田開發設計和采油工藝確定集輸系統的規模、工藝流程和總體布局,使油田開發、開采和集輸系統互相協調、生產平穩，促進油田的開發和開采。不同的油田根據特點選擇不同的開采模式。油氣田在開發、生產過程中，需要大量熱量用于油氣的開采、集輸和處理，這些熱量主要依靠加熱爐和鍋爐提供。油氣田加熱爐是油氣田地面集輸、處理與輸送各個環節中必不可少的重要生產設施之一。油井井口加熱、摻水、熱洗、轉油站含水油外輸、原油脫水、聯合站凈化油外輸、原油穩定、成品油輸運、氣田的集輸與處理以及地面設施的供暖和伴熱等環節都離不開這一設施。

1 油氣田加熱爐用途及分類

(1)火筒式加熱爐 主要由燃燒器、火管、煙管、殼體構成。燃料燃燒產生的高溫煙氣通過火管壁、煙管壁來加熱殼內的被加熱介質。由于殼體內被加熱介質流通截面積大，介質流動緩慢，煙火管外壁面易結垢。火筒爐一般置于油氣集輸工藝的泵前，設備壓降較低。

(2)水套式加熱爐 主要由燃燒器、火管、煙管、殼體和被加熱介質盤管構成。燃料燃燒產生的高溫煙氣通過火管壁、煙管壁來加熱熱媒，熱媒受熱后以對流的形式把熱量傳遞給盤管內的被加熱介質。由于火管不直接與被加熱介質接觸，安全性好。

(3)相變式加熱爐 相變式加熱爐是近十多年來推廣應用的一種新型加熱爐，其原理與水套爐類似，只是其內部熱媒分為氣液相兩部分，被加熱介質受熱面位于氣相空間，依靠相變換熱來加熱介質。按蒸汽運行的壓力不同，可分為真空相變和正壓相變加熱爐。

相變式加熱爐換熱技術優于其他加熱爐，單位熱負荷耗鋼量得到減少，換熱面溫度梯度降低，結垢減緩。

(4)管式加熱爐 主要有立式和臥式兩種，由燃燒器、爐膛、煙箱和煙囪等部分組成。在爐膛內部，火焰以熱輻射方式直接加熱介質盤管；煙箱內部布滿蛇形盤管，高溫煙氣以對流方式加熱介質盤管。加熱溫差大、溫升快、允許被加熱介質壓力高，但介質盤管內壁易結焦、易結垢。

2 油氣田在用加熱爐能效現狀

油氣田在用加熱爐數量多、爐型多(水套式加熱爐、相變式加熱爐、火筒式加熱爐、熱煤爐和管式加熱爐等)、裝機容量低、加熱介質溫度低、負荷率低、爐效低，平均爐效近80%。

油氣田在用加熱爐單體功率偏低，尤其是井口加熱爐，平均功率在150kW左右，爐效一般為40%～60%，直接影響了油氣田加熱爐平均熱效率。油氣田在用加熱爐平均運行熱效率為80%；而資料數據顯示，國內石化行業加熱爐平均運行熱效率為90%以上，而在國際上，先進國家的油氣田加熱爐平均運行熱效率為88%以上。

3 油氣田加熱爐低效原因剖析

(1)裝機容量 油氣田的生產特點決定了油氣田加熱爐點多、面廣,單機容量小。油氣田加熱爐單機容量多在2.5MW以下。裝機容量小于0.4MW的加熱爐占大多數。小容量加熱爐熱效率明顯低于大容量加熱爐。

(2)運行負荷 一是油氣田供熱需求具有顯著的季節性，即冬季高春秋低，夏季部分加熱爐停運。運行負荷季節性波動較大。二是加熱介質即采出液產量，尤其是井口產量波動較大。遼河油田平均熱負荷率僅32%。三是加熱爐的建設相對分散。所服務的集油系統一般以轉油站或脫水站為單位獨立存在。在油田生產中，服務于油氣集輸網絡的加熱爐相對服務于注水網絡的注水泵來說，互相備用協調調度可用性差，加熱爐一般無法在多個站之間備用，導致加熱爐備用系數大，運行負荷率低且調整難度大。四是隨著生產運行時間的延長，區域性產量遞減，部分加熱爐無法達到原設計負荷，加熱爐“大馬拉小車”問題凸顯。

(3)工況條件 油氣田加熱爐主要用于井場、站場，被加熱介質油水泥沙混雜，工況條件惡劣，加速加熱爐的老化程度，極易在換熱面介質側結垢、淤積，阻礙熱量傳遞，影響傳熱效果，使其熱效率降低。根據開發方式，有些被加熱介質中含有驅油用化學劑，粘稠度高，介質側換熱面淤積嚴重。目前油氣田多采用人工清垢和化學清垢，這兩種清垢方式費時費力。

(4)燃燒器自控水平 加熱爐燃燒器智能化，會有效提高加熱爐熱效率。燃燒器是加熱爐的核心部件，當前國內針對油氣田燃料情況的專用高效燃燒器很少。加熱爐廠家多直接采用工業鍋爐燃燒器。

(5)運行管理 加熱爐運行管理工作不到位，一方面基層單位日常監測對設備運行指導不夠；另一方面，加熱爐運行參數沒有隨著負荷量、氣候及燃燒情況的變化而及時動態調節，設備不能始終在經濟高效工作區運行；此外設備出現問題沒能及時維修，也有一定影響。

4 結語

油氣田加熱爐的煙氣氧含量是監測加熱爐熱效率的重要指標，煙氣氧含量主要通過過剩空氣系數來衡量，過剩空氣系數過大會對加熱爐的熱效率造成一系列的影響。

排煙溫度越高，熱損失越大，爐效越低。如排煙溫度為200℃時，空氣系數每增大0.1,全爐熱效率將下降約0.75個百分點。排煙溫度越高,過剩空氣帶走的熱量越多,對熱效率的影響越大。

通過降低爐外壁溫度來減少散熱損失。但爐外壁溫度降到多少才是合理的，需要通過技術經濟分析才能確定。經濟合理的爐外壁溫度主要取決于耐火隔熱材料的價格和燃料價格，過于追求太低的爐外壁溫度是不經濟的。

[1]李清方.油田新型高效水套爐的開發研究[J].石油規劃設計，2006,17(5):12-14.