加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術的研究

鄧壽祿　范　路　鄭煒博　楊秀麗　胡曉峰（中國石化勝利油田分公司技術檢測中心）

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加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術的研究

鄧壽祿范路鄭煒博楊秀麗胡曉峰（中國石化勝利油田分公司技術檢測中心）

目前各大油田運行著大量的原油加熱爐，其運行狀況無法進行實時判斷，通常要通過定期監測才能知道，這給現場管理帶來諸多不便。鑒于此，研究了加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術，給出了加熱爐正平衡熱效率實時在線測量的技術理論。同時，研究了測量系統構成，分析了它的工作原理。研究表明，要測量加熱爐正平衡熱效率只需要采集6個參數的量：被加熱介質的體積流量，含水率，被加熱介質的進、出口溫度，加熱爐的燃料量，燃料的溫度。該技術的推廣應用能夠實現加熱爐熱效率在線測量，解決現場管理缺陷的問題。

加熱爐正平衡熱效率測量技術

引言

用熱設備經常需要進行熱工測試，熱工測試能夠確定被測試對象是否符合設計要求，是否違反自然科學規律、國家法律和行業標準；熱工測試還能對被測試對象進行量的評估，通過具體數據描述被測試對象的狀態，并且能為管理者和操作人員提供依據［1］。

油田的原油開采、處理、輸送、儲運過程中運行著大量的加熱爐。加熱爐作為油田的重要耗能設備，其用能管理顯得尤為重要。在加熱爐的整個使用過程中，需要對加熱爐采集數據、建立檔案和實施管理措施，并且對加熱爐進行調試、操作和維護，這些過程都需要借助于加熱爐的熱工測試，需要了解加熱爐的運行狀況才能完成。以往對加熱爐運行狀況的了解，判斷加熱爐的運行效率如何，通常要通過定期監測才能知道，這給現場管理帶來諸多不便。

傳統的加熱爐正平衡熱效率測量方法采用定期的非在線人工方法。該方法的缺點主要表現為：測量需要多人配合；測量時間長；不能實現在線實時測量；受人為因素影響，準確性差。鑒于此，從加熱爐的管理現狀出發，對油田原油加熱爐正平衡熱效率的實時在線測量技術進行研究。

1　加熱爐正平衡熱效率實時在線測量原理

加熱爐正平衡熱效率是指加熱爐有效利用熱量與單位時間內所消耗燃料的輸入熱量的百分比。它表明燃料輸入加熱爐的熱量被有效利用的程度。

根據加熱爐正平衡熱效率的定義，其計算公式［2］可表示為：

式中：η1為加熱爐正平衡熱效率，%；Qy為加熱爐的有效熱量，kJ/h；Qr為加熱爐輸入的熱量，kJ/h。

其中，加熱爐的輸入熱量為燃料的化學能和燃料的顯熱，通常加熱爐的助燃空氣未經預熱，在此助燃空氣的輸入熱量即為零。燃料的化學能即為燃料的低位發熱量Qdw；燃料的顯熱Qrx為燃料的比熱容與其溫度的乘積。加熱爐的輸入熱量可由下式表示：

式中：B為燃料的消耗量，kg/h或m3/h；Qdw為燃料的低位發熱量，kJ/kg或kJ/m3；Qrx為燃料的顯熱，kJ/kg或kJ/m3；cr為燃料的比熱容，kJ/（kg·℃）或kJ/（m3·℃）；tr為燃料溫度，℃。

加熱爐的有效熱量為加熱爐的熱負荷，可由下式求得：

式中：D為被加熱介質流量，kg/h；h1、h2分別為被加熱介質進、出口質量焓，kJ/kg；V為加熱爐被加熱介質的體積流量，m3/h；w為被加熱介質的含水率，%；ρw、ρo分別為水和油的密度，kg/m3；cw2、co2分別為水和油在溫度t2下的比熱容，kJ/（kg·℃）；cw1、co1分別為水和油在溫度t1下的比熱容，kJ/（kg·℃）；t1為加熱爐中被加熱介質的進口溫度，℃；t2為加熱爐中被加熱介質的出口溫度，℃。

把式（2）和式（3）帶入式（1）中，可得加熱爐正平衡熱效率的計算公式

由式（4）可見，要測量加熱爐正平衡熱效率需要采集6個參數的量：被加熱介質的體積流量V，被加熱介質的含水率w，被加熱介質的進、出口溫度t1、t2，加熱爐的燃料量B，燃料的溫度tr。

2　實時在線測量系統的構成及其工作原理

加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統［3］如圖1所示。該系統包括被加熱介質體積流量計、含水測量儀、進口溫度計、出口溫度計、燃油（燃氣）流量計、燃油（燃氣）溫度計、數據采集及積算儀。

在該系統中，被加熱介質體積流量計選擇渦輪流量計或靶式流量計；被加熱介質含水測量儀選擇FKC01型在線含水率分析儀；被加熱介質進口溫度計選擇熱電偶溫度計；被加熱介質出口溫度計選擇熱電偶溫度計；燃油（燃氣）流量計測量燃油時，可選擇橢圓齒輪流量計或腰輪流量計，如果測量燃氣時，選擇渦街流量計；燃油（燃氣）溫度計選擇熱電偶溫度計；數據采集及積算儀具備信號轉換、存儲、數據處理、顯示和輸入/輸出功能。

上述的6種儀器儀表具備電信號遠傳，首先電信號輸入數據采集及積算儀中，電信號通過信號轉換模塊轉換成數字信號，數字信號被儲存模塊實時儲存，然后數字信號輸入數據處理模塊進行實時處理計算出正平衡熱效率，顯示模塊能夠實時顯示各個參數及計算結果，輸入/輸出模塊能夠實現外部參數的設定及內部參數的輸出。

圖1　加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統

3　實時在線測量技術的優勢

油田原油加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術具有如下優點：

1）能夠對油田原油加熱爐正平衡熱效率進行實時在線測量。

2）實時顯示油田加熱爐熱負荷，燃料消耗量。

3）給現場操作人員調爐提供實時數據。由加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統工作原理可知，該系統能夠實時采集被加熱介質體積流量、含水率、進口溫度、出口溫度和燃油（燃氣）流量，通過這些數據的采集，積算儀能夠實時計算加熱爐的運行負荷并加以顯示。現場操作人員可以根據實時采集的數據對加熱爐的運行參數進行及時的調整；根據積算儀計算顯示的運行負荷，可以根據現場負荷需求狀況對加熱爐的運行負荷進行調整。

4）給現場管理人員實時判斷爐況提供依據。

5）無需人工操作，測量結果準確可靠。

4　結論

1）通過加熱爐正平衡熱效率實時在線測量理論表明，要測量加熱爐正平衡熱效率只需要采集6個參數的量：被加熱介質的體積流量V，含水率w，進、出口溫度t1、t2，加熱爐的燃料量B，燃料的溫度tr。

2）加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統具有數據采集、存儲、數據處理、顯示和輸入/輸出功能。

3）加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術的推廣應用能夠實現加熱爐熱效率在線測量，解決現場管理缺陷的問題。

［1］唐經文.熱工測試技術［M］.重慶：重慶大學出版社，2007：6-7.

［2］鄧壽祿，王貴生.油田加熱爐［M］.北京：中國石化出版社，2011：245-249.

［3］鄧壽祿，寇瑋，馬景樹，等.油田原油加熱爐正平衡熱效率實時在線測量裝置：中國，201220051919.X［P］.2012-09-12.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.002

2015-08-01）

鄧壽祿，高級工程師，1991年畢業于石油大學（華東）（熱能工程專業），從事能源檢測及利用研究，E-mail：sljc16888@126. com，地址：山東省東營市濟南路2號技術檢測中心，257001。