加熱爐負荷率對熱效率影響趨勢的試驗研究

2017-07-03 16:17:34馬強中國石油遼河油田分公司

石油石化節能 2017年6期

關鍵詞：效率

馬強（中國石油遼河油田分公司）

加熱爐負荷率對熱效率影響趨勢的試驗研究

馬強（中國石油遼河油田分公司）

油田加熱爐是地面集輸、處理與輸送各個環節中必不可少的重要生產設施之一，同時也是油氣田重點耗能設備。通過試驗分析加熱爐運行負荷率與熱效率的關系，對現場加熱爐的測試數據進行統計匯總，分析單臺加熱爐效率與負荷率關系及同一功率范圍內不同加熱爐效率與負荷率的關系，得出不同類型加熱爐的負荷率對效率的影響程度，并從理論上分析熱負荷與能耗的變化關系。

油田加熱爐；節能；負荷率；熱效率

油田加熱爐是油氣生產的重要設施之一，是地面集輸、處理與輸送各個環節中必不可少的重要生產設備。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，以及地面設施的供暖和伴熱等環節都離不開這一設備。油氣田在用加熱爐以水套式加熱爐、火筒式加熱爐、相變式加熱爐和管式加熱爐為主[1-2]。

1 加熱爐負荷率

一般情況下，加熱爐負荷率的允許操作上限為110%～120%，主要考慮爐膛體積和煙氣側阻力限制的因素。在分析加熱爐熱負荷對效率的影響時，主要是基于現場測試數據的統計分析，研究結果表明：隨著熱負荷的降低，燃料供給量隨之下降，爐膛內火焰的充滿度降低，輻射效果變差[3-4]。此外，降低負荷后爐壁的散熱量相對增大，散熱損失增加，進而導致熱效率下降。若將負荷提高到設計負荷以上，則需增強爐膛內的輻射強度，提高爐膛溫度，進而引起排煙溫度升高，同樣會導致效率下降[5-6]。

2 單臺加熱爐效率與負荷率關系

2.1 火筒式直接加熱爐

試驗分別對額定熱負荷為0.58 MW、1.163 MW、1.74 MW以及2.33 MW的火筒式直接加熱爐（火筒爐）在不同負荷率下的效率進行了測試（表1）。

表1 火筒爐負荷率和效率匯總

根據表1數據繪制了火筒爐效率隨負荷率變化的關系曲線（圖1）。

圖1 火筒爐效率、負荷率曲線

由圖1可知，在所測負荷率的范圍內，隨著負荷率的增大，大部分火筒爐（0.58 MW、1.163MW、1.74 MW）的效率呈現先升高后降低的趨勢。總體來說，火筒爐的效率隨負荷率的變化而變化。隨著負荷率的增加，火筒爐的效率變化趨勢是先升高后降低，即有一個最高效率點；同一負荷率下，大額定功率的加熱爐效率一般高于小額定功率的加熱爐效率，在負荷率超過一定數值（70%左右）時，這個規律更加明顯。

2.2 管式加熱爐

試驗分別對額定熱負荷為1.163 MW、1.74 MW以及2.33 MW的管式加熱爐在不同負荷率下的效率進行了測試（表2）。

表2 管式加熱爐負荷率和效率匯總

根據表2數據繪制了管式加熱爐效率隨負荷率變化的關系曲線（圖2）。

圖2 管式加熱爐效率、負荷率曲線

由圖2可知，管式加熱爐的效率隨負荷率的增加而增加。3#加熱爐效率隨著負荷率的增加，先升高后降低，即存在最高效率點；同一負荷率下，大額定功率的加熱爐效率一般高于小額定功率的加熱爐效率，在負荷率超過一定數值（70%左右）時，這個規律更加明顯。

2.3 相變加熱爐

試驗分別對額定熱負荷為0.58 MW、1.5 MW以及1.74 MW的相變加熱爐的負荷率與效率進行測試（表3）。

表3 相變加熱爐負荷率和效率匯總

根據表3數據繪制了相變加熱爐的效率隨負荷率變化的關系曲線（圖3）。

圖3 相變加熱爐效率、負荷率曲線

由圖3可知，對于小功率的相變加熱爐（0.58 MW），加熱爐的效率隨負荷率的增加呈現先增加后降低的變化規律；對于較大功率的相變加熱爐（1.5 MW、1.74 MW），隨著負荷率的增大，加熱爐效率升高；在同一負荷率下，大額定功率的加熱爐效率高于小額定功率的加熱爐效率，但1.5 MW與1.75 MW的相變加熱爐效率區分不明顯。