提高轉油站加熱爐運行效率技術研究

張宏英 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

提高轉油站加熱爐運行效率技術研究

張宏英 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

加熱爐提效是油田公司節能重點工作，為提高加熱爐運行效率，喇嘛甸油田開展加熱爐提效技術研究，通過研究相關規范及資料，確定加熱爐各項參數的合理界限。通過開展加熱爐效率測試工作，錄取相關數據，研究加熱爐空氣系數、排煙溫度、負荷率與效率之間的關系，定量分析負荷率、排煙溫度、過剩空氣系數對效率的影響程度，用于指導加熱爐技術管理工作。針對加熱爐的運行特點，確定了以源頭匹配供給，過程提高換熱效能，末端控制排煙熱損失的技術思路，實施相應提效措施，加熱爐效率達到85.76%，平均效率提高3.38個百分點。

加熱爐；空氣系數；負荷率；排煙溫度；熱效率

喇嘛甸油田建有加熱爐303臺，總設計能力412 MW。目前，采油六廠加熱爐以二合一、高效爐為主，另有少量水套爐、真空爐，單臺加熱爐功率一般在0.35～3.6 MW之間；夏季運行加熱爐（含摻水、熱洗、脫水、采暖）121臺，冬季運行加熱爐（含摻水、熱洗、脫水、采暖）221臺。油田公司要求各單位進一步提高天然氣開發利用效益，將天然氣產量變成銷售量、銷售量變成效益，各生產單位要合理利用天然氣資源，通過開展加熱爐提高效率技術研究，降低喇嘛甸油田天然氣消耗量。

1 研究加熱爐運行參數合理界限

通過開展加熱爐運行參數合理界限研究,從理論角度確定運行參數合理界限,為加熱爐優化運行提供技術支撐。

1.1空氣系數合理界限

空氣系數是實際供給燃料燃燒的空氣量與理論空氣量的比值。過剩空氣系數過大，屬于富氧狀態燃燒，增大排煙量，排煙損失增加，熱效率降低；空氣系數過小，屬于缺氧狀態燃燒，增加不完全燃燒損失，燃燒不穩定，容易出現熄火現象。在合理控制燃燒的條件下，燃氣時空氣系數應為1.2[1]，其限定值是1.6～2.0[2]，因此空氣系數合理界限為1.2～2.0。

1.2排煙溫度合理界限

排煙溫度是加熱爐換熱后排出的煙氣溫度。排煙溫度過高，排煙熱損失大，效率降低。燃料含硫量為0.05%～1%時，煙囪不保溫時排煙溫度限定值為150～205℃[3]。根據喇嘛甸油田天然氣含硫量確定煙氣露點為135℃，低于此溫度會導致煙囪根部腐蝕，所以預留10℃裕量，排煙溫度不能低于145℃。排煙溫度限定值是180～220℃[3]，因此排煙溫度合理界限為145～220℃。

1.3負荷率合理界限

負荷率是加熱爐的輸入端參數。當燃氣量增加時，介質吸收的熱量多，出口溫度上升，負荷率提高；當燃氣量減少時，介質吸收的熱量減少，出口溫度下降，負荷率降低。低負荷運行時，爐膛溫度低，會造成不完全燃燒，加熱爐效率會下降。加熱爐運行負荷達75%～100%時其效率比較高[4]，因此負荷率合理界限為75%～100%。

2 加熱爐運行參數與效率關系研究

通過調節加熱爐運行參數，錄取加熱爐運行數據，研究分析過剩空氣系數、排煙溫度、負荷率與效率之間的關系，定量給出負荷率、排煙溫度、空氣系數對效率的影響程度。

2.1空氣系數、排煙溫度與加熱爐效率關系

調節喇4703#加熱爐空氣系數，錄取加熱爐運行數據。從測試數據可以看出，當調節加熱爐過剩空氣系數時，排煙溫度也發生變化；隨著過剩空氣系數增大，排煙溫度隨著升高，加熱爐效率呈現下降趨勢。過剩空氣系數、排煙溫度與加熱爐效率呈現線性關系。測試數據見表1。

表1 喇4703#加熱爐測試數據

過剩空氣系數、排煙溫度與效率關系見圖1、圖2。

圖1 喇4703#加熱爐過剩空氣系數與效率關系

圖2 喇4703#加熱爐排煙溫度與效率關系

應用線性回歸方法對喇4703#加熱爐測試的5組過剩空氣系數、排煙溫度與效率的數據進行線性回歸，得到過剩空氣系數、排煙溫度與效率的關系式，即

式中：η——效率，%；

α——空氣系數；

T——排煙溫度，℃。

因此，喇4703#加熱爐過剩空氣系數變化0.16，效率變化1個百分點；排煙溫度變化15.7℃，效率變化1個百分點。

2.2負荷率與加熱爐效率關系

加熱爐低負荷運行時，爐膛溫度低，燃燒反應速度減小，爐管換熱能力低于設計值，加熱爐散熱損失增加，運行效率下降。喇5111#加熱爐負荷率變化時，測試加熱爐不同負荷的運行效率。加熱爐測試數據見表2，負荷率與效率關系見圖3。

表2 喇5111#加熱爐測試數據

圖3 喇5111#加熱爐負荷率與效率關系曲線

線性回歸后，得到負荷率與效率關系式，即

式中：η——效率，%；

x——負荷率，%。

因此，5111#加熱爐負荷率變化6.06個百分點，效率變化1個百分點。

3 提效措施及效果

負荷率及過剩空氣系數是加熱爐輸入端參數，爐管換熱系數決定加熱爐獲取的熱量值，排煙溫度屬于加熱爐的輸出端參數。加熱爐提效工作按照源頭匹配供給，過程提高換熱效能，末端控制排煙熱損失的技術思路，實施了以下節能措施。加熱爐能量利用示意圖見圖4。

圖4 加熱爐能量利用示意圖

3.1提高加熱爐熱負荷

目前喇嘛甸油田摻水加熱爐出口溫度在40～55℃之間，最低負荷率僅為34%，散熱損失達到8.52%，合理散熱損失為2.9%～3.62%。喇140轉油站現有4臺摻水加熱爐，停運其中1臺摻水爐，只運行3臺摻水加熱爐，加熱爐熱負荷率由39%增加到48%，加熱爐年節氣9.37 m3。

3.2調節過剩空氣系數

2015年，對47臺加熱爐合風開度作了調節，對燃燒器空氣系數進行優化，降低加熱爐過剩空氣系數，減少排煙熱損失，47臺加熱爐平均爐效提高2.6個百分點，年節氣71.3 m3。

3.3控制排煙溫度

加熱爐涂刷節能涂料，提高爐管輻射吸收率，降低排煙溫度。加熱爐受熱面上涂刷遠紅外線節能涂料，增強了受熱面的輻射吸收率，并且紅外線波被涂層反復多次吸收轉化為內能傳遞，增強了受熱面吸收輻射熱量的能力。喇6411#等40臺加熱爐涂刷節能涂料，爐效提高4.5個百分點，年節氣113.6 m3。

煙道擋板需要根據負荷進行及時調節。煙道擋板的作用是通過控制加熱爐的負壓，調整加熱爐的進入空氣量，調節燃燒器的火焰燃燒情況。中石油集輸工（技能鑒定）教程規定：加熱爐運行時，通過調節合風、擋板開度，使火焰呈明亮的藍色為目標。通過調節喇1301#等6臺加熱爐煙道擋板，加熱爐平均效率提高2.3個百分點，年節氣8.26 m3。

4 結論

1）負荷率、過剩空氣系數是影響加熱爐效率的主要因素，治理加熱爐應該優先從負荷率、過剩空氣系數入手。

2）加熱爐通過涂刷節能涂料，可提高爐管輻射吸收率，降低排煙溫度，提高加熱爐運行效率。

3）加熱爐煙道擋板應根據負荷進行及時調節，通過合理調節配風量，能夠提高加熱爐運行效率。

[1]石油化學工業部石油化工規劃設計院.管式加熱爐工藝計算[M].北京:石油化學工業出版社.1976:6.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.油田生產系統節能監測規范：GB/T 31453—2015[S].北京:中國標準出版社,2015:5.

[3]國家能源局.火筒式加熱爐規范：SY 5262—2009[S].北京:石油工業出版社,2009:6.

[4]油氣田節能監測工作手冊編寫組.油氣田節能監測工作手冊[M].北京：石油工業出版社,2013:207.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.006

2016-03-09

（編輯 李發榮）

張宏英，1994年畢業于大慶六廠技工學校，從事轉油站管理，E-mail:zhanghongying1239@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第六采油廠第二油礦209隊，163000。