天然氣凈化處理廠導熱油爐提效改造

劉剛路兵齊飛（中國石油大港油田天然氣公司）

天然氣凈化處理廠導熱油爐提效改造

劉剛路兵齊飛（中國石油大港油田天然氣公司）

導熱油爐是天然氣凈化處理廠中廣泛使用的加熱設備。目前，大港油田天然氣處理站導熱油爐耗氣量占總耗氣量的60%，但其在使用過程中存在排煙溫度高、耗能高、負荷率和熱效率偏低等問題，未達到國家標準熱效率的要求。結合大港油田天然氣處理站加熱爐存在的實際情況，開展了加熱爐提效對策分析，通過應用煙氣余熱回收技術、空氣預熱技術及采用全自動電子比例調節式燃燒器，加熱爐效率提高了10%，每年可以節約天然氣18×104～35×104m3，實現了節能減排目標。

導熱油爐；提效改造；效率；排煙溫度

1 概述

加熱爐是油氣田生產中廣泛使用的加熱設備[1]。大港油田天然氣處理裝置加熱爐年耗氣約300×104m3，為分子篩脫水及精餾等單元提供熱量。其中，有1臺4000 kW導熱油爐因投產年限較早，達不到《鍋爐節能技術監督管理規程》及中油勘探與生產公司關于加熱爐提效工作要求。根據節能監測結果，該加熱爐排煙溫度、空氣系數、效率均達不到標準要求。且該加熱爐年耗氣約為180×104m3，占該站燃氣消耗的60%，對天然氣處理站總體綜合能耗有較大影響，需要進行提效改造。

表1 天然氣處理站4000 kW導熱油爐能效測試結果

2 原因分析

經過分析，該導熱油爐主要存在如下問題：

1）排煙溫度偏高。在加熱爐各種熱損失中，排煙熱損失所占比重最大[2]。由表1可知，該加熱爐排煙溫度達250℃，遠高于規范限定值，排煙熱損失非常大，導致了效率偏低。

2）空氣系數偏大。該加熱爐未配備煙氣監測儀器，空氣系數的調整無法精準，配風量過小則造成燃燒不充分，大氣污染物排放不達標。為確保正常運行，通常會選擇比較保險的空氣系數（偏大），空氣系數的增大雖不影響加熱爐的運行，但使得效率低，燃料消耗增大。

3 改造方案

加熱爐提效改造的方法較多，如賈中輝等[3]提出的膜法富陽局部增氧射流助燃技術在大港石化公司獲得良好應用，馬建國等[4]提出的采用真空相變加熱爐提效，楊春[5]提出的應用高效清垢防垢技術提高加熱爐效率等。通過對比不同方法，并結合天然氣處理站加熱爐實際，制定改造方案。

3.1 方案

將已建4000 kW加熱爐的一體化燃燒器更換為分體式燃燒器，在煙道處增設空氣預熱器和鼓風機實現煙氣余熱回收，通過換熱提供燃燒用熱空氣，以提高加熱爐綜合熱效率。對相應控制系統進行改造，實現新的燃燒器與現有控制系統的匹配。對相應配電系統進行改造，滿足新增助燃鼓風機電力需求。在煙道處增加氧氣分析儀，監測空氣系數，通過實時調節氧含量，節約燃氣消耗。

根據現場實際情況，循環泵、儲油罐、膨脹罐及注油泵均可以利舊。系統改造后，供熱管網不變，如圖1所示。

圖1 改造示意圖（點畫線內設施為新增）

3.2 工作原理

增加空氣預熱器（煙氣-空氣換熱器），其原理是將天然氣燃燒后的煙氣余熱回收預熱助燃空氣溫度，即通過空氣預熱器收集和利用加熱爐出口的高溫煙氣，提高空氣入爐溫度，提高輻射傳熱水平和受熱效率，并降低加熱爐排煙溫度。另外，增加煙氣氧氣分析儀，監測煙氣中氧含量，合理調整配風比，減少燃料不完全燃燒而造成的熱量損失，從而達到節省燃料和排放環保的目的。

3.3 改造實施注意事項

3.3.1 空氣預熱器

按照GB24848《石油工業用加熱爐能效限定值及能效等級》要求，以91%的熱效率為改造目標，設計空氣預熱器。新增空氣預熱器參數如表2所示，型式為換熱管式。應該注意的是，因改造項目受制于現場空間位置，必須對現場進行踏勘后方可進行招標采購。

表2 空氣預熱器參數

冬季啟運加熱爐時，由于濕熱的煙氣與溫度較低的空氣進行換熱，將產生一定量的冷凝水，必須在煙道、風道管路中設置冷凝水排放點，在加熱爐的升溫過程中加密排放，否則易導致設備的腐蝕。

3.3.2 分體式燃燒器

燃燒器為熱風型燃燒器，其選擇必須考慮法蘭口徑、火筒長度、輸出功率等參數與原系統兼容，新燃燒器的安裝不應改變加熱爐本體結構。另外，應將二段式燃燒器更換為效率更高的全自動電子比例調節式燃燒器?，F有加熱爐風機電動機功率為18.5 kW，新增電動機功率應該滿足最大負荷下風量，考慮到耗電因素，不宜選擇過大功率的電動機。經過核算，此次改造選擇22 kW電動機即可滿足所需。

因導熱油爐在凈化處理裝置中屬于重點設備，一旦停爐將造成裝置被迫停產，不但造成液化氣、輕烴產量經濟損失，還將造成天然氣的大量放空。因此，加熱爐的改造只能在裝置停產檢修期間進行，改造的工期控制非常關鍵?？梢栽跓焽韪脑烨?，提前完成風機、空氣預熱器的安裝，煙道、風道的預制工作以及燃燒器控制程序的編制工作。停爐后，只需完成煙道、風道及燃氣管線的連頭，更換控制柜內部分元件及程序后進行投產調試。

4 應用效果

控制煙氣氧含量，對控制燃燒過程，實現安全、高效和低污染排放是非常重要的[6]。因此，在改造實施后，應用了新增的煙氣分析儀，對燃燒器的燃燒進行調試，精確測量煙氣中氧含量。

選擇不同負荷情形對該加熱爐再次進行節能監測，結果如表3所示，各項參數均達到標準要求。

表3 天然氣處理站4000 kW導熱油爐改造后能效測試結果

改造后，對該加熱爐改造前、后天然氣消耗量進行了對比，由改造前5500 m3/d變為5000 m3/d，日節約500 m3天然氣；帶大負荷時，由改造前的7200 m3/d變為6200 m3/d，日節約1000 m3天然氣。年可節約耗氣量為18×104～35×104m3。

5 結論

通過對大港油田天然氣處理站導熱爐存在的問題進行分析和探討，針對性地提出了相應的提效技術改造方案。實施后，導熱爐效率可以提升至91%以上，說明導熱油爐煙氣余熱應用于自身所用助燃空氣是可行的，可以節約約10%的耗氣量。空氣預熱技術的應用過程中，需注意溫度變化引氣的冷凝水問題，避免腐蝕發生。同時，導熱油爐是天然氣處理站廠中的重點耗能設備，在招標采購時，除考慮其運行可靠性外，耗能水平的高低也應作為考核的重要指標。

[1]孫仁龍，張侃毅，賴德貴，等.輪南作業區加熱爐提效技術改造[J].油氣地面工程，2015，34（9）：5.

[2]張慶峰，周學軍，王軍民，等.長慶油田加熱爐提效措施分析[J].石油石化節能，2015，5（11）：45.

[3]賈中輝，李紅軍，劉剛.膜法富陽局部增氧射流助燃系統的減壓爐的應用[J].煉油與化工，2011，22（6）：32.

[4]馬建國，蒲明.油氣田加熱爐提高熱效率對策分析[J].石油石化節能，2013，3（1）：9.

[5]楊春.加熱爐運行分析及改進[J].石油石化節能，2015，5（4）：41.

[6]金虎，王成軍.控制煙氣氧含量是鍋爐大氣污染物達標排放的關鍵[J].新疆石油科技，2016，26（1）：55.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.011

2017-02-11

（編輯 李發榮）

沙漠綠島石西油田

劉剛，工程師，2006年畢業于大慶石油學院（化學工程與工藝專業），從事天然氣處理、集輸、生產運行及節能管理工作，E-mail:liuguangmei0120@163.com，地址：天津市大港油田天然氣公司生產運行科，300280。