加熱爐分級測試與經濟運行研究綜述

王東張洪江　馬強（.中國石油天然氣集團公司東北油田節能監測中心；.中國石油遼河油田分公司質量節能管理部）

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加熱爐分級測試與經濟運行研究綜述

王東1張洪江馬強2
（1.中國石油天然氣集團公司東北油田節能監測中心；2.中國石油遼河油田分公司質量節能管理部）

摘要：針對加熱爐、注汽鍋爐分級測試與評價方法及相關標準部分缺失等問題，開展了加熱爐、注汽鍋爐測試評價方法研究，編制加熱爐、注汽鍋爐經濟運行操作規程；同時，給出加熱爐經濟運行的評判指標及考核方法，對提高加熱爐運行效率，降低能源消耗以及實現加熱爐經濟運行具有指導意義。

關鍵詞：加熱爐；分級測試；評價方法；經濟運行

目前，國內常用加熱爐主要包括水套加熱爐、相變加熱爐、火筒加熱爐和管式加熱爐4種類型。其中，按功用可分為井口加熱爐、外輸加熱爐、摻油（水）加熱爐、熱洗加熱爐、采暖加熱爐、脫水加熱爐、天然氣加熱爐等；按燃料可分為燃氣加熱爐、燃油加熱爐、燃煤加熱爐。據統計，目前油氣田共有加熱爐超過2萬臺，其中以大慶、長慶、遼河和新疆4家油田居多。隨著油田開發進入中后期及難動用儲量規模的擴大，能耗水平逐年上升，節能減排任務艱巨，這給節能監測工作提出了新的要求。

1　加熱爐測試

目前，現有的加熱爐測試方法在實際應用中存在諸多不足：根據測試目的、測試性質的不同，其測試方法要求也是不同，但現行測試標準沒有明確不同目的、性質測試所對應的具體方法，缺失對現場測試工作的指導；其次，目前部分測試儀器、方法不能滿足所有級別測試要求，現場測試過程中，受現場條件和測試儀器及方法等因素的制約，不同儀器和方法的測試精度有差別。因此，有必要根據現場操作難易程度、測量精度和測試成本等諸多因素綜合考慮，對測試方法進行補充完善，合理劃分測試的類別，并給出相應的測試儀器及方法。

此外，由于現場應用的加熱爐型號繁多，且沒有統一的分級標準可供參考，在保證科學性和先進性的前提下確定相應的分級測試方法，需要大量的現場測試及統計分析工作，難度較大。因此，同樣需要開展加熱爐分級測試方法的研究，找到符合油田現場實際設備情況的分級測試方法，并進行相應設備效率的計算方法研究。在合理的測試分級基礎上，滿足實際測試復雜度及準確度的要求，盡量減少不必要的工作量，實現加熱爐測試工作的高效率、低成本。

2　加熱爐經濟運行

隨著油田開發進入中后期及難動用儲量規模的擴大，能耗水平逐年上升，節能減排任務艱巨，這給節能監測工作提出了新的要求。國內現行的評價加熱爐運行狀況的指標限值的界定方法不夠合理，其主要原因是在設備的實際監測過程中，沒有考慮到裝置負荷率對設備運行狀況的影響。一方面，同種型號的加熱爐在不同負荷率的情況下，其所能達到的最大熱效率是不同的；另一方面，隨著運行負荷、氣候及燃燒情況的變化，加熱爐等設備運行工況會隨之發生變化，導致設備偏離高效運行區。但現行標準中沒有考慮負荷率因素的影響，將不具有可比性的監測結果以相同基準進行對比分析和評價，致使評價結果對現場的生產無法起到指導作用。此外，在現場管理過程中，由于缺乏相應的運行操作規程，會出現工況調節不及時而影響設備運行效率等問題。

目前，尚未檢索到國內外有關加熱爐經濟運行的標準和規范，雖然有相應的鍋爐經濟運行規范可供參考，但仍需要對加熱爐和鍋爐的差異進行分析。此外，目前油田中在用加熱爐型號繁多，不同種類型號加熱爐的經濟運行區間界定受諸多因素的影響，要制定出能協調一致的經濟運行標準較為困難；因此，急需開展加熱爐經濟運行的相關研究工作。在已有可參考的經濟運行標準的基礎上，明確加熱爐經濟運行所對應的技術要求以及操作管理規程，研究可以表征加熱爐運行狀況的技術指標及其經濟運行區間的界定，同時給出加熱爐經濟運行的評判指標及考核方法。

通過對加熱爐經濟運行的技術要求、管理規程及評價考核方法的統一規范，指導現場操作人員合理地調節設備運行工況，提高加熱爐運行效率，降低能源消耗，為實現加熱爐經濟運行打下良好基礎，促進了加熱爐經濟運行評價考核的規范化開展。

3　國內外技術水平

3.1分級測試

目前，石油行業對于加熱爐的測試主要包括正平衡法和反平衡法2種，具體的測試方法主要依據現行標準SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》，同時參照GB/T 31453—2015《油田生產系統節能監測規范》等標準的有關內容[1-5]。

對于加熱爐的分級測試而言，SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》是針對油氣田或長輸管道所使用的固體、液體、氣體為原料的加熱爐的熱工測試及計算方法。該標準中引用了GB/T 6422—1986《企業能耗計量與測試導則》，并在5.1中指出分級方法應符合標準規定[6]，而GB/T 6422—2009《企業能耗計量與測試導則》于2009年修訂后取消了關于測試分級的條目，致使加熱爐的熱工測試的分級方法無依據可循。

經查詢，TSG G0003—2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》中對工業鍋爐能效分級測試評價給出了建設性的意見和方法。雖然該標準主要適用于工業鍋爐，但對于加熱爐的測試分級也具有一定的參考價值。

目前，國外關于熱力設備（鍋爐等）的測試方法及試驗規范等主要有以下4項標準：英國BS 845—1987《蒸汽、熱水和高溫熱載流體鍋爐的熱工性能評定》；德國DIN 1943—1996《蒸汽鍋爐驗收試驗規范》；日本JIS B 8222—1993《陸用鍋爐熱工測試方法》；美國ANSI/ASHRAE 103—1993《集中式采暖爐和鍋爐季節熱效率的測試方法》。

3.2經濟運行

目前，尚未檢索到國外有關加熱爐經濟運行方面的資料。國內對于加熱爐的經濟運行及管理的相關標準及規范[7-12]如下所述。

3.2.1經濟運行規范

目前國內已發布實施了GB/T 17954—2008《工業鍋爐經濟運行》，該經濟運行規范中明確了經濟運行的概念，規定了壓力小于3.8 MPa的蒸汽鍋爐經濟運行的基本要求、管理原則和技術指標。此外，發布實施的還有GB/T 18292—2009《生活鍋爐經濟運行》及GB/T 19065—2011《電加熱鍋爐系統經濟運行》2項標準。該3項標準雖然不是針對加熱爐提出的，但鍋爐與加熱爐具有一定的相似性，可以此為基礎和參考，開展加熱爐經濟運行規范的研究工作。

3.2.2操作管理規程

目前國內有關加熱爐的操作管理規程主要有SY/T 0031—2012《石油工業用加熱爐安全規程》、SY/T 6086—2012《熱力采油蒸汽發生器運行技術規程》、TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》及Q/SY LH 0161—2006《火筒加熱爐操作規程》等。其中，SY/T 6086—2012中給出了注汽鍋爐（濕蒸汽發生器）正常運行的主要參數區間范圍；TSG G0002—2010在結合鍋爐的安全性與經濟性的同時，從設計、制造和安裝及使用管理、能效測試及監督管理等方面提出了具體要求。這些標準主要涉及了設備的啟停操作、事故處理、保養維護以及運行安全檢查等內容，還有待于針對設備運行過程參數提出相應的要求，以實現動態調整設備運行參數，定期保養，按質維護，確保加熱爐的經濟運行。

國內有關熱力設備（鍋爐等）經濟運行的相關標準和規范主要有3項：GB/T 17954—2008《工業鍋爐經濟運行》，GB/T 18292—2009《生活鍋爐經濟運行》，GB/T 19065—2011《電加熱鍋爐系統經濟運行》；國內有關熱力設備（加熱爐等）的管理規程主要有4項：SY/T 0031—2012《石油工業用加熱爐安全規程》，SY/T 6086—2012《熱力采油蒸汽發生器運行技術規程》，TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》，Q/SYLH 0161—2006《火筒加熱爐操作規程》。

4　主要研究內容

4.1測試分級標準

根據加熱爐的測試目的，并結合爐型、運行工況、能耗水平等現場錄取的數據，采用聚類、判別分析方法進行分類、分級，確定出合理可行的設備測試級別劃分方法：一級測試、二級測試、三級測試。其中，加熱爐產品的鑒定測試宜采用一級測試；新安裝或經大修、改造后，應用節能產品加熱爐的驗收或對比測試宜采用二級測試；加熱爐的普查和定期檢測可采用三級測試。

4.2測試項目及測試方法

根據不同的測試等級及測試對象的要求，列項表示相應的測試項目，如燃料元素分析、氣體燃料的組成成分、燃料消耗量、被加熱介質的流量、加熱爐進/出口介質溫度、壓力，排煙溫度、散熱損失、爐體外表面溫度，環境溫度等參數。根據國內現有的測試及計算方法，通過開展有針對性的測試，并對數據采用對比、統計、試驗、回歸分析等方法，查找不足，對測試及計算方法進行修訂和完善；通過對測試的項目、基本要求的分析，合理選擇相應的測試儀器：對測試方法中涉及到的測試項目給出相應的計算方法和計算熱效率（包括正反平衡效率、綜合效率）。

4.3經濟運行的基本要求及運行管理原則

明確加熱爐在正常生產運行時需要滿足的基本要求及需要遵守的運行管理原則。其中，基本要求主要包括：加熱爐的設計、安裝、水質要求、相關設備的絕熱保溫等，以及監測系統能耗（電量、流量、壓力、溫度）的計量儀表的安裝要求等。運行管理主要指在日常生產運行過程中對加熱爐的管理原則及要求，包括對操作人員以及生產單位在加熱爐的使用、日常管理、監測、維護等方面的原則和要求。

4.4經濟運行的技術指標

根據現場的實際生產操作情況，給出可以表征加熱爐運行狀況的技術指標，主要包括熱效率、排煙溫度、過量空氣系數、爐體外表面溫度4項指標。在明確技術指標的基礎上，將各項技術指標的經濟運行劃分為3個運行級別（一級、二級、三級），對加熱爐經濟運行的綜合評判也同樣分為3個運行級別，其中三級運行是達到經濟運行的基本要求。

4.5經濟運行的模擬優化

依據相應監測標準中的監測方法對上述技術指標進行測試和計算，得到大量現場測試數據。通過對測試數據的分類匯總，同時綜合考慮負荷率對各項技術指標的影響，采用數學建模、回歸分析的方法對測試數據進行負荷率歸一化處理，進而得出經濟運行的合理區間以及區間內各項技術指標的限值，即確定了不同運行級別的區間劃分及各級別的經濟運行限值；由此開發了加熱爐經濟運行評價軟件，確定了相應的經濟運行范圍。

4.6編制經濟運行規范

編制《加熱爐經濟運行規范》，在規范中明確相應的技術要求以及運行的操作管理規程，特別是針對運行工況變化現場操作人員合理調節設備運行的操作規程以及設備維護保養技術規程；同時，給出加熱爐經濟運行的評判指標及考核方法。

5　結論

針對加熱爐、注汽鍋爐分級測試與評價方法及相關標準部分缺失，加熱爐和注汽鍋爐運行工況變化大等問題，開展加熱爐、注汽鍋爐測試評價方法研究及注汽鍋爐在線監測技術研究，編制加熱爐、注汽鍋爐經濟運行操作規程，對提高加熱爐、注汽鍋爐運行效率，降低能源消耗以及實現加熱爐、注汽鍋爐經濟運行具有指導意義。

參考文獻：

[1]石油工業標準化技術委員會石油工業節能節水專標委.加熱爐熱工測定：SY/T 6381—2008[S].北京：石油工業出版社，2008：3-5.

[2]全國石油天然氣標準化技術委員會.油田生產系統節能監測規范：GB/T 31453—2015[S].北京：石油工業出版社，2015：1-16.

[3]石油工程建設專業標準化委員會.火筒式加熱爐規范：SY/ T 5262—2009[S].北京：石油工業出版社，2008：1-2.

[4]全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.相變加熱爐：GB/T 21435—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.9-12.

[5]中國石油天然氣集團公司.石油化工工藝加熱爐節能監測方法：Q/SY 1066—2010[S].北京：石油工業出版社，2010：1-4.

[6]石油工業標準化技術委員會石油工業節能節水專標委.石油企業節能產品節能效果測定：SY/T 6422—2008[S].北京：石油工業出版社，2008：4-6．

[7]全國能源基礎與管理標準化技術委員會.工業鍋爐能效限定值及能效等級：GB 24500—2009[S].北京：中國標準出版社，2010：7-9.

[8]全國能源基礎與管理標準化技術委員會.石油工業用加熱爐能效限定值及能效等級：GB 24848—2010[S].北京：中國標準出版社，2010：3-5.

[9]全國能源基礎與管理標準化技術委員會.生活鍋爐熱效率及熱工試驗方法：GB/T 10820—2011[S].北京：中國標準出版社，2012：11-20.

[10]石油工程建設專業標準化委員會.石油工業用加熱爐安全規程：SY 0031—2012[S].北京：石油工業出版社，2013, 10-13.

[11]石油工業節能節水專業標準化技術委員會.油氣輸送管道系統節能監測規范：SY/T 6837—2011[S].北京：石油工業出版社，2011：7-9.

[12]石油工業節能節水專業標準化技術委員會.油田生產系統能耗測試和計算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工業出版社，2013：20-28.

（編輯李珊梅）

長慶無桿采油技術研究與試驗取得階段性進展

2015年8月21日，從長慶油田生產現場傳來消息，由油氣工藝研究院負責的無桿采油技術，在采油九廠的大力支持下，取得了階段成果。今年試驗的3口潛油直驅螺桿泵試驗井平穩運行，平均泵掛1573 m，泵效80.6%，日產液1.62 m3，日節電率28.3%，各項指標均達到設計要求。

該院從2009年以來持續開展無桿采油技術研究與試驗，期間經歷了引進試驗、自主研發、改進完善三個階段，共完成潛油直線電動機試驗45口井、潛油直驅螺桿泵試驗10口井。2015年，該院立足前期試驗出現的技術難題，不斷加大科研與生產的深度結合，在桿管偏磨造成的高頻作業井上積極推進無桿采油技術研究與試驗。與美國國民油井、沈陽新城、山東威馬等10家公司開展技術交流，并赴大慶、吉林、延長等國內油田開展技術調研，拓展了技術思路；根據前期試驗情況，在機電設計、驅動控制、智能監控、電纜防護、井筒防治、現場管理等薄弱環節上不斷改進完善，提升了技術水平；從論證優選試驗區、項目招投標、單井方案設計等三個方面遵循合規管理，強化精細管理，使該技術的研究與試驗取得了長足進步。

來源：中國石油網付亞榮供稿

收稿日期2015-10-08

作者簡介：第一王東，高級工程師，1989年畢業于西北工業大學（熱能工程專業），從事油氣田節能監測工作，E-mail：Wangd-lh@petrochina. com.cn，地址：遼寧盤錦遼河油田公司質量節能管理部節能技術科，124010。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.02.016