加熱爐熱效率分析及改進措施

張震輝（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

加熱爐熱效率分析及改進措施

張震輝（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

加熱爐是保障油田生產最常用的設備之一，也是能源消耗較大的裝置。受各種因素影響，加熱爐普遍存在能耗偏高的問題，因此重視現有加熱爐的技術改造和加熱爐的新技術應用，提高加熱爐熱效率，是降低裝置能耗、提高經濟效益的關鍵所在。通過對加熱爐熱效率的影響原因進行分析，確定了6個方面的主要影響因素，并摸索出針對這些影響因素的有效改進措施。在改進措施實施后，全礦加熱爐平均熱效率從78.2%提高到86.3%，提高熱效率8.1%。

加熱爐；熱效；改進措施

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.009

加熱爐是油田生產最常用的設備之一，也是能源消耗較大的裝置。以某油礦為例，目前共有各類加熱爐60臺。總負荷超過75MW，單臺最大熱負荷達到2 MW，加熱爐能耗占全礦能耗的30%以上。由于受各種因素影響，加熱爐普遍存在能耗偏高的問題，因此重視現有加熱爐的技術改造和加熱爐的新技術應用，提高加熱爐熱效率，是降低能耗、提高經濟效益的關鍵。

1 熱效率影響因素分析

加熱爐的工作原理是燃氣在爐內燃燒釋放熱量，通過輻射室輻射換熱，對流室的煙氣對流換熱，把熱量傳遞給爐管及爐管內介質。

加熱爐熱效率表示向爐子提供的能量被有效利用的程度，即被加熱流體吸收的有效熱量與燃料燃燒放出的總熱量之比。

式中：η——加熱爐熱效率，%；

Q——爐子的有效熱負荷，kW；

B——燃料用量，m3/h；

QL——燃料低發熱值，kJ/m3。

從公式看出，爐子的有效熱負荷越高，熱效率就越高；燃料用量越少，熱效率就越高。

影響爐子有效熱負荷的因素主要有以下幾方面：一是爐體外殼的保溫程度，保溫好，熱量散失少，熱效率就高。二是輻射室火焰長度，火焰越長，熱輻射越高，火焰長度與燃燒器的結構、風量和燃料性質有關。三是出風量，由煙道擋板控制，調節排煙氧含量和排煙溫度。四是煙管熱傳導效率，受管壁結垢情況影響[1]。

影響燃料用量的因素主要是油田加熱爐多使用返輸干氣或自產天然氣，耗氣量受含水量和燃燒器結構功能影響。

2 現場應用

通過對全礦60臺加熱爐現場調查、測試分析，目前加熱爐熱效率為78.2%。導致加熱爐熱效率低的主要因素有：

1）加熱爐老化，故障頻發。目前有28臺加熱爐使用年限超過15年。其中2臺二合一加熱爐火管變形，7臺高效爐保溫層部分脫落、吊掛變形，影響了熱效率。

2）加熱爐煙道擋板高，不易調節。擋板調節裝置銹死、卡住導致調節困難，位置高，不易操作。

3）未安裝排煙溫度檢測裝置。大部分加熱爐未安裝排煙溫度檢測裝置，不能隨時根據檢測狀況調節煙道擋板，使燃燒效率保持最佳狀態[2]。

4）燃氣含水高。喇470和喇230轉油站天然氣脫水效果不好，燃氣含水量高[3]。喇470轉油站達到2167mg/m3，喇230轉油站達到2451mg/m3，易導致加熱爐熄火，燃燒效果不好。

5）燃燒器控制效率低。自動燃燒器給轉油站加熱爐的溫度調控帶來了安全和便利，促進了加熱爐管理水平的提高，但是自動燃燒器在安裝調試的過程中都是按照50℃、55℃、60℃三個檔位進行溫控，而且沒有進行煙囪排煙溫度的檢測，無法確定加熱爐最佳運行狀態下的自動調節。

6）燃燒器故障率高。冬季氣溫較低，加熱爐燃燒器故障頻繁，自動模式改成手動模式，燃燒效率低。

3 改進措施及效果

針對上述問題，采取了以下6項改進措施，取得了良好的效果。

3.1 優化加熱爐運行

針對加熱爐老化，故障頻發，采取優化加熱爐運行措施。目前全礦60臺加熱爐中9臺加熱爐使用年限長，其中2臺二合一加熱爐，火管變形，7臺高效爐保溫層部分脫落，吊掛變形嚴重影響熱效率。這些加熱爐爐效低，故障率高并且存在安全隱患。對這9臺加熱爐進行維修處理，另外的加熱爐進行優化運行，其中喇470轉油站、230轉油站、360轉油站等3座轉油站實施4臺運3臺；喇431轉油站1座轉油站實施3臺運2臺。通過優化運行，避免了燃氣的浪費，杜絕了安全隱患，提高了加熱爐熱效率[4]。

3.2 安裝低位煙道調節裝置

針對加熱爐煙道擋板高，不易調節，采取處理銹死、卡死加熱爐擋板，安裝低位煙道調節裝置。對全礦所有加熱爐擋板進行了全面檢查，發現9臺加熱爐有煙道擋板銹死、卡死、開關不靈活的情況，組織力量進行了全面處理，確保了煙道擋板開關靈活好用。針對煙道擋板調節位置較高，存在安全隱患的情況，在喇290轉油站、喇470轉油站安裝了低位煙道擋板調節裝置，并帶有檢測端口，方便員工進行調節操作，依據檢測數據，確保擋板始終處在最佳開啟狀態。

3.3 動態監測

針對大部分加熱爐未安裝排煙溫度檢測裝置，采取動態監測的措施。在加熱爐運行時利用手持含氧分析儀進行煙囪排煙溫度的檢測。在介質流量固定的情況下，通過多個溫度點煙道擋板的開啟程度，折算出最佳爐效，據此確定煙道擋板最佳開啟度并做好標示，使加熱爐始終在最佳爐效狀態下運行。

3.4 加裝氣包

針對燃氣含水高，采取加裝氣包的措施。在喇470和喇230兩個天然氣脫水效果不好的轉油站，在進加熱爐的燃氣管線上安裝氣包[5]，定時放水，減少燃氣含水影響。安裝氣包后，喇470轉油站含水量從2167mg/m3降到1024mg/m3，喇230轉油站含水量從2451mg/m3降到1108mg/m3。

3.5 增加自動燃燒器溫控檔位

針對燃燒器控制效率低，采取增加自動燃燒器溫控檔位措施[6]。結合自動燃燒器廠家，應用含氧分析儀進行了40℃、45℃、50℃、55℃、60℃五個檔位溫控實驗，通過含氧分析儀測定的煙囪排煙溫度調整自動燃燒器溫控指令，使自動燃燒器監控溫度范圍進一步擴大，溫控精確度得到提高，煙囪平均排煙溫度下降了31℃，確保了加熱爐始終在最佳爐效狀態下運行。

3.6 加強燃燒器改進、維修

針對燃燒器冬季故障率高，結合廠家對故障問題進行改進，同時增加了2套備用燃燒器，出現故障可以快速進行更換和維修。2015年自動燃燒器故障同比減少8次，故障影響時間減少了2.8天。

通過采取以上措施，全礦加熱爐平均熱效率從78.2%提高到86.3%。提高了8.1%，全年累計節氣81×104m3，節約36.45萬元。

4 結論

影響加熱爐熱效率的主要因素是加熱爐老化、煙道擋板不易調節、無排煙溫度檢測裝置、燃氣含水率高、燃燒器控制效率低、燃燒器故障率高。采取優化運行、安裝低位煙道調節裝置、動態監測、加裝氣包、增加自動燃燒器溫控檔位、加強燃燒器改進、維修，能夠有效提高加熱爐熱效率。

[1]于寶新.油田油水泵站技術常識[M].北京：石油工業出版社，2011：70.

[2]許建選.加熱爐節能改造評價[J].石油石化節能，2014（1）：21-22.

[3]王光然.油氣集輸[M].北京：石油工業出版社，2006：116-117.

[4]俞伯炎.石油工業節能技術[M].北京：石油工業出版社，2000：148-152.

[5]李虞庚.油田油氣集輸設計技術手冊[M].北京：石油工業出版社，1994：168-171.

[6]王樹豐.管式加熱爐燃燒器的選用[J].油氣田地面工程，2013，32（7）：117.

2017-05-03

（編輯 王古月）

張震輝，2011年畢業于東北石油大學，從事油氣集輸管理工作，E-mail：zhangzhenhui@peteochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第六采油廠第四油礦406隊，163114。