長慶油田加熱爐提效措施分析

張慶峰　周學軍　王軍民　周　杰（長慶油田環境與節能監測評價中心）

?

長慶油田加熱爐提效措施分析

張慶峰周學軍王軍民周杰（長慶油田環境與節能監測評價中心）

隨著長慶油田對伴生氣利用和回收的重視，加熱爐節能提效成為不可回避的現實需求。從能量平衡原理出發，分析了加熱爐熱能體系的構成，指出減小空氣系數與降低排煙溫度是加熱爐提效的兩條主要路徑。依據長慶油田加熱爐節能監測結果，針對不同生產場站加熱爐自身特點，提出減少漏風、改造燃燒器、監測煙氣、清灰除垢、淘汰高耗能設備及提高運行管理等一系列措施。

加熱爐能耗分析提效措施

1　加熱爐熱效率現狀

2013年，長慶油田環境與節能監測評價中心抽測各采油廠不同生產場站的加熱爐496臺，熱效率平均值為79.20%（表1），低于中石油集團同期熱效率80.0%的平均值，實現加熱爐提效任務面臨著極大的壓力。

2　加熱爐能耗分析

根據加熱爐體系輸入熱量、有效輸出熱量和各種熱量損失，列出加熱爐熱平衡方程式：

式中：

Qnet，var——燃料低位發熱值，kJ/m3；

Qrx——燃料的物理顯熱，kJ/m3；

Qwl——加熱燃料的外部熱量，kJ/m3；

Qa——助燃空氣的顯熱，kJ/h；

Q1——有效輸出熱量，%；

Q2——排煙損失熱量，%；

Q3——氣體未完全燃燒損失熱量，%；

Q4——固體未完全燃燒損失熱量，%；

Q5——爐體未完全燃燒損失熱量，%；

Q6——灰渣未完全燃燒損失熱量，%；

B——燃料消耗量；kg/h或m3/h；

式中：——修正系數，燃油或燃氣加熱爐近似取q4=0；

Qr——供給熱量，kJ/h；

Vgy——排煙處干煙氣容積，m3/kg或m3/m3；

cgy——排煙處干煙氣平均定壓比熱容，kJ/（m3·℃）；

tpy——排煙溫度，℃；

VH2O——排煙處水蒸氣容積，m3/kg或m3/m3；

cH2O——水蒸氣定壓比熱容kJ/（m3·℃）；

αpy——排煙處空氣系數；

V0——理論空氣量，m3/kg或m3/m3；

clk——入爐助燃空氣的定壓比熱容，kJ/（m3·℃）；

tlk——入爐助燃空氣的溫度，℃。

由式（2）可知，Vgy、VH2O、tpy越高，排煙熱損失越大，燃料消耗量就越多。而排煙處空氣系數大小決定Vgy、VH2O的大小，因此影響加熱爐排煙熱損失大小的關鍵參數為tpy、αpy，tpy、αpy越高，排煙熱損失就越大、熱效率就越低。

表1　2013年長慶油田不同生產場站加熱爐節能監測匯總

3　加熱爐提效措施

根據2013年長慶油田加熱爐節能抽測結果，空氣系數平均值2.75，合格率僅44.6%，空氣系數過大是加熱爐熱效率偏低、能耗過大的主因，其次是排煙溫度過高。

3.1優化運行參數

3.1.1降低空氣系數

1）加強立式水套爐配風裝置維護。長慶油田井組和增壓站多采用小型立式水套加熱爐來加熱介質，受爐膛高溫的影響，配風裝置與爐體連接法蘭容易變形，密封不嚴導致漏風增大。一些煤氣兩用加熱爐，沒有安裝配風裝置，助燃空氣由爐底出渣口進入爐膛，進爐空氣量不受控制。減少漏風或確保配風裝置可用，是井組和增壓站加熱爐降低空氣系數宜采取的主要措施。

2）對簡易燃燒器進行升級改造。長慶油田油井伴生氣比較充足，開發早期對伴生氣回收利用不多，800 kW及以下部分燃氣加熱爐多數配置引射式燃燒器或簡易燃燒器，助燃空氣量主要由操作人員憑經驗調整風門開度來控制，一般以煙囪不冒黑煙為準，往往是實際空氣量遠大于理論空氣量。從經濟性和節能管理雙方面考慮，宜對400 kW及以上臥式水套爐安裝智能燃燒器，合理控制空氣系數。

3）大型加熱爐安裝煙氣含氧量檢測儀表。空氣系數可由煙氣含氧量按簡易公式求得，因此若檢測到煙氣含氧量就可把空氣系數調整到合理水平，計算公式如下：

式中：

αpy——空氣系數；

O2——排煙處氧氣濃度，%。

長慶油田楊山輸油站2#加熱爐為額定功率4000 kW的管式燃油加熱爐，由于燃燒器老化，助燃空氣量偏大，導致能耗增加、熱效率降低。2013年，第一輸油處對楊山輸油站改加熱爐送風部分進行了自動控制改造，安裝氧化鋯含氧量傳感器、可編程序控制器、變頻調速器各1套，由可編程序控制器根據輸入煙氣含氧量設定值控制進入爐膛的助燃空氣量，對排煙含氧濃度進行閉環控制，改造后2#加熱爐自動送風控制原理見圖1。

圖1　加熱爐自動送風控制示意圖

2#加熱爐改造后，空氣系數由1.72下降到1.29，熱效率提高了4.81%。節油量為5.5%。加熱爐改造前后運行數據見表2。

表2　2#加熱爐自動送風控制改造前后運行數據

由于安裝煙氣含氧量監測儀表，有助于現場及時掌握空氣系數，根據負荷大小及時調整風門開度，減少燃料消耗量。

3.1.2降低排煙溫度

1）重視立式水套加熱爐煙道擋板檢修維護。立式水套加熱爐煙道擋板及調節系統的作用是控制一定的抽力，保證爐膛內合適的負壓。由于擋板長期承受煙氣高溫，易出現高溫氧化、脫落等問題，現場也有極少數加熱爐不安裝煙道擋板，這些情況都會使爐火外撲，排煙溫度升高、排煙熱損失增大。現場測試表明，沒裝煙道擋板加熱爐的排煙溫度可達400℃以上。因此，應重視加熱爐煙道擋板的檢修維護，并能根據負荷大小合理調節開度。

2）及時清理煙管或火管受熱面積灰。加熱爐煙管、火管受熱面積灰后，煙氣與傳熱介質的換熱能力下降，致使排煙溫度升高、熱效率降低，增加了燃料消耗量。設備運行管理應做好排煙溫度記錄，根據排煙溫度變化情況，及時清理煙管或火管受熱面積灰。

3）定期對盤管內外壁除垢。加熱爐加熱的油水氣混合物里含有各種礦物質，在長期使用過程中，爐管內部容易結垢。另外，水套爐殼體內的水沒有經過軟化處理，也含有各種礦物質和固體顆粒，在長期運行過程中，在盤管和煙管外壁結垢。由于水垢的導熱系數約為鋼板的1/50～1/30［2］，結垢導致加熱爐傳熱效率降低，大量熱能隨煙氣排入大氣，增大了燃料消耗量。因此，現場宜根據排煙溫度和進爐井液壓力變化，及時清理加熱爐內的水垢。

3.2淘汰能耗高的老化智能燃燒器

智能燃燒器故障頻次隨使用年限增長而增加，比如啟動困難、熄火、燃油霧化效果變差、風門控制不到位等，在安全性、可靠性降低的同時，能耗卻逐漸增加，此種燃燒器在節能改造中應優先予以淘汰。

3.3應用高效節能型加熱爐

建新站或加熱爐升級改造宜采用高效節能型加熱爐，如真空相變爐、冷凝式加熱爐等。2013年，長慶油田設備處先導性投用5臺半冷凝式加熱爐，采用熱管技術回收煙氣余熱，排煙溫度大為降低，平均排煙溫度僅114.6℃，平均熱效率達到86.09%，運行狀態全部符合節能運行標準。

3.4控制燃料氣含油量

長慶油田原油集輸場站加熱爐燃料多采用石油伴生氣，伴生氣由氣液分離器從井液中分離，一些場站氣液分離不徹底，致使伴生氣含油超標，一方面堵塞燃燒器電磁閥氣路，造成啟動困難；另一方面導致燃料成分不穩定，空氣系數難以控制。此類場站宜改進油氣分離工藝，控制伴生氣含油量。

3.5減少燃煤加熱爐的漏煤量

少數伴生氣產量不足的井組或增壓站采用小型手燒式燃煤加熱爐，在添加燃煤或清理爐渣時極易產生漏煤，從而致使燃煤消耗量增加，操作時應盡量減少漏煤。

3.6加強生產單位節能自查能力

當前，長慶油田節能工作主要由質量管理與節能處領導，環境與節能監測評價中心執行具體監測任務，由于能耗設備數量眾多，無論是人員配置，還是儀器配置均顯不足。各生產單位可自行配置電能綜合測試儀和煙氣分析儀等常用檢測儀器，增強節能自檢、自查能力，及時掌握重點耗能設備能耗狀況。

3.7加大節能培訓力度

加熱爐耗能狀況與操作方法、維護保養有直接關系，節能管理首要任務是提高人員操作技能、增強節能意識，提升員工節能的自主性和技能。

4　結束語

如何使用好、管理好加熱爐，已成為油田節能管理乃至生產技術水平上臺階的重要環節。依據長慶油田加熱爐節能監測結果，針對不同生產場站加熱爐自身特點，提出減少漏風、改造燃燒器、監測煙氣、清灰除垢、淘汰高耗能設備及提高運行管理等一系列措施。為同類其他油田加熱記提效提供借鑒。

［1］余伯炎，吳照云，孫德剛.石油工業節能技術［M］.北京：石油工業出版社，2000：151.

［2］石油工業節能節水專業標準化技術委員會.SY/T 6381—2008加熱爐熱工測定［S］.北京：石油工業出版社，2009.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.020

2015-06-17）

張慶峰，1995年畢業于大慶油田供電職工中專（電力網專業），從事油田節能監測工作，E-mail：zhangqf1_cq@petrochina.com.cn，地址：陜西省西安市經開區鳳和路長慶油田技術監測中心，710018。