影響潤滑油加氫裝置加熱爐熱效率的因素分析及對策

董 健，葛玉龍，馬方義，潘 巖，孫文剛，王 寧

（中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東青島266500）

影響潤滑油加氫裝置加熱爐熱效率的因素分析及對策

董 健，葛玉龍，馬方義，潘 巖，孫文剛，王 寧

（中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東青島266500）

石蠟基高壓加氫潤滑油裝置共4臺加熱爐，通過反平衡法計算出的3臺加熱爐熱效率較低。從設計與運行情況、排煙溫度、氧含量、燃料燃燒、負壓及保溫情況6個方面分析了影響加熱爐熱效率的因素，并提出了在輻射室增加爐管或在集煙室增加其他低溫介質管線；控制好油門、氣門、風門及煙道擋板（三門一板），保證燃料充分燃燒，降低過剩空氣系數；優化4臺加熱爐煙道擋板開度；對所有漏風和超溫部位的保溫襯里及時修復等優化措施，以達到節能環保、安全生產的目的。

熱效率 排煙溫度 過剩空氣系數 紅外熱像儀

1 加熱爐概況

某公司400 kt／a石蠟基潤滑油高壓加氫裝置共設置4臺加熱爐。加熱爐分別包括加氫裂化反應進料加熱爐F101、加氫裂化分餾進料加熱爐F201、異構脫蠟反應進料加熱爐F301和異構脫蠟減壓進料加熱爐F401。4臺加熱爐燃燒器采用低NOx氣體燃燒器，燃料為天然氣，輻射盤管采用單排水平管雙面輻射布置。其他基本設計參數見表1。

表1 4臺加熱爐設計參數

4臺加熱爐共用一套余熱回收系統。采用（擾流子＋熱管）組合式空氣預熱器回收煙氣余熱，并設有變頻控制的鼓風機和引風機各一臺。4臺加熱爐對流室頂的熱煙道上設有高溫煙氣調節擋板。運行過程中，4臺加熱爐的熱煙氣經混合煙道進入空氣預熱器與空氣換熱，再由煙氣引風機引至煙囪排放。冷空氣由鼓風機送入空氣預熱器與熱煙氣換熱后，經熱風道進加熱爐燃燒使用。加熱爐物料及能量轉換簡圖見圖1。

2 反平衡法計算綜合熱效率

利用 TES1260溫濕度計和 Smart Sensor AS836風速儀測得環境溫度和現場風速。利用FLIR630紅外熱成像儀、Testo835紅外高溫測溫儀檢測加熱爐外壁溫度。利用Testo350煙氣分析儀檢測煙氣成分、含量及溫度。

通過對燃氣加熱爐的熱平衡效率進行測試，可以找出燃氣加熱爐在設計、操作等方面的不合理之處，從而提出可行的改造方案，為燃氣加熱爐的節能降耗指明方向［1］。加熱爐標定過程采用反平衡進行計算，是通過測試和計算加熱爐各項熱損失［2］（包括不完全燃燒熱損失、排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失和散熱損失）以求得熱效率。

反平衡熱效率的計算公式：

η＝［1－（q2＋q3＋q4＋qp）］×100%

式中：η——熱效率，%；

q2——排煙損失，%；

q3——燃料不完全燃燒損失，%；

q4——散熱損失，%；

qp——附屬設備損失，%。

加熱爐的熱效率相關數據及煙氣溫度數據見表2和表3。由表2可以看出，F101加熱爐熱效率為86.42%，F201加熱爐熱效率為 71.79%，F301加熱爐熱效率為83.81%，F401加熱爐熱效率為90.83%。4臺加熱爐設計負荷均在10 MW以下，除F401以外，其余3臺加熱爐熱效率均不符合《中國石化煉化企業加熱爐管理規定》熱效率指標要求。

圖1 加熱爐的物料及能量轉換

表2 加熱爐熱效率相關數據 %

3 原因分析

3.1 設計與運行偏差較大

F101和F301熱效率較低的主要原因為加熱爐運行工況嚴重偏離設計條件，造成取熱不足，部分熱源外排浪費。根據表1和表3可知，F101煙氣出輻射室設計溫度為536℃，F301煙氣出輻射室設計溫度為527℃，而實測中F101和F301煙氣出輻射室溫度分別為730.3和730.8℃，實測數據比設計參數高約200℃，加熱爐散熱損失相對較大。同時，加熱爐排煙溫度高達161.8℃，排煙損失大。

F201加熱爐運行工況嚴重偏離設計條件，運行負荷太低，導致加熱爐散熱損失相對增大。因反應器催化劑活性變好，加熱爐進爐溫度比設計值高。標定期間，加熱爐燃料氣用量僅為44 m3／h左右，燃料用量少，與F201加熱爐設計燃料用量偏差較大，造成單位燃料散熱量相對變大，散熱損失高達23.28%。

表3 加熱爐煙氣溫度檢測數據

3.2 排煙溫度高

由表3可以看出，F101和F301集煙室頂煙氣溫度高達724.9和728.6℃，主要原因是F101和F301取熱不足，兩臺加熱爐無對流室。為滿足加熱爐在滿負荷下介質升溫要求，采取正壓操作，增加煙氣在輻射室的停留時間，增加取熱量，也相應減少了高溫煙氣進空氣預熱器的流量。

通過4臺加熱爐對流室頂（集煙室頂）煙氣流量、組成以及在煙氣溫度下的焓值，計算空氣預熱器前混合煙氣的理論溫度應為623.9℃，空氣預熱器入口煙氣溫度為463.5℃，兩者相差較大。主要原因是為保護空氣預熱器，通過調整直排煙道擋板，部分外排煙氣回流，降低空氣預熱器入口溫度。空氣預熱器溫度采用擾流子和熱管形式，材質為碳鋼，使用溫度應在425℃以下，煙氣進空氣預熱器溫度過高，長期超溫使用，易損壞設備材質。

3.3 氧含量偏高

經檢測，F201加熱爐輻射室頂氧的體積分數為5.15%，對流室頂氧的體積分數為5.35%，其余加熱爐氧含量在指標范圍內。F201輻射室頂部氧含量偏高，主要原因是加熱爐僅部分主火嘴低負荷燃燒，風門未調整到位，關閉的主火嘴風道擋板漏風，導致進風量相對增大；輻射室兩端輻射管進出活動擋板存在漏風環節，尤其因制作尺寸不規則，與器壁連接部位空隙小，無法安裝密封墊片，導致漏風量增大。

F201對流室頂氧含量偏高。每端對流室彎頭箱端板采用15塊擋板拼接，靜密封點尺寸增大，漏風環節增多，同時對流室管線與彎頭箱之間的空隙存在漏風。

3.4 燃料燃燒不佳

經計算，F201的過剩空氣系數為1.312，不在經驗值（1.05～1.2）之內，其余加熱爐過剩空氣系數均在經驗值范圍內。現場檢測F201輻射室頂氧的體積分數為5.15%，CO的質量濃度為1 561 mg／m3。同時由圖2和圖3看出，爐膛發暗，爐膛內火焰軟綿無力，并且部分火嘴燃燒不充分，有回火現象。說明F201燃燒很不充分，油門、氣門、風門及煙道擋板（三門一板）調整不到位，不完全燃燒熱損失較大。

圖2 F201西側燃燒情況

3.5 壓力波動較大

爐膛負壓實行監管與控制可確保爐內燃料的充分燃燒，提高運行效率，降低不安全隱患發生。爐膛內負壓超過正常范圍時，會使燃料不能徹底燃燒，造成加熱爐熄火等不良現象，也會造成排煙熱損失加劇的現象［3］。

圖3 F201東側燃燒情況

F101，F201和F301三臺加熱爐實測數據與DCS在線數據相差較大，加熱爐壓力波動較大，而且經常出現正壓。F101和F301加熱爐為正壓操作，一方面可以增加煙氣在加熱爐內的停留時間，增加爐管取熱量；另一方面可以避免過多的高溫煙氣進入空氣預熱器，對空氣預熱器造成損壞。F201加熱爐因三門一板未調整到位，現場存在漏風環節，造成壓力波動。

3.6 部分部位保溫不好

利用紅外熱成像儀和德圖點溫計分別檢測了加熱爐輻射室、對流室、煙道、空氣預熱器和熱風道等外壁溫度。紅外熱像檢測技術在保溫評估中應用廣泛［4-5］。常規加熱設備一般都配置有保溫層，但其保溫效果如何，始終沒有一套準確統一的評估標準和方法。做好保溫效果綜合評估，有利于節能降耗、確保在流程中各段的工藝溫度及合理實施保溫工藝改造，減少不必要的浪費［6］。

因加熱爐漏風和部分保溫襯里不規范，造成加熱爐對流室檢修孔、集煙室檢修孔和部分加熱爐煙道等部位局部溫度超過82℃，具體見圖4到圖7。

圖4 F101集煙室檢修孔超溫

圖5 F101爐頂煙道超溫

圖6 F301集煙室人孔超溫

圖7 F301集煙室檢修孔超溫

4 優化措施

（1）F101和F301在設計條件允許的情況下，在輻射室增加爐管或在集煙室增加其他低溫介質管線，有效利用高溫熱源，降低外排煙氣溫度，增大加熱爐的操作空間。

（2）對所有漏風部位進行處理，保證爐墻耐火材料完好和爐體嚴密性，對超溫部位保溫襯里及時修復，保證保溫效果，盡可能降低散熱損失。

（3）控制好“三門一板”，保證燃料充分燃燒，降低過剩空氣系數，同時保證加熱爐負壓在合適的控制范圍，平穩加熱爐操作，避免加熱爐負壓大幅度波動。

（4）因共用一臺引風機，優化4臺加熱爐煙道擋板開度，控制好空氣預熱器入口溫度，保護空氣預熱器不被損壞，提高空氣預熱器的使用壽命，降低加熱爐排煙溫度。

5 結束語

加熱爐設計與生產使用可能存在偏差，針對實際情況，多方面尋求利用高溫熱源的可能性，控制好“三門一板”，優化加熱爐操作，減少散熱損失，保證加熱爐熱效率。通過對影響加熱爐熱效率的因素分析，提出有效解決對策，保證裝置安全生產運行。

［1］ 楊肖曦，陳娟.原油加熱爐熱效率分析模型［J］.油氣儲運，2006，25（10）：33-35.

［2］ 吳迪.管式加熱爐效率評價及節能改造研究［D］.北京：清華大學，2010.

［3］ 牟崴.影響加熱爐熱效率的因素分析及優化措施［J］.石化技術，2016（11）：36，57.

［4］ 付冬梅，李曉剛，王欣.用紅外熱像技術監測設備的保溫效果［J］.無損檢測，2001，23（2）：51-54.

［5］ 付冬梅，李曉剛，王稚生，等.長距離管線的紅外熱像檢測與在線保溫評估［J］.激光與紅外，2001，31（2）：110-112.

［6］ 李明，李曉剛，付冬梅，等.煉油廠加熱爐熱效率綜合測定技術［J］.石油化工腐蝕與防護，2003，20（5）：6-10.

Influencing Factors Analysis and Countermeasures for Heating Efficiency of Reheating Furnace in Lube Oil Hydrogenation Unit

Dong Jian，Ge Yulong，Ma Fangyi，Pan Yan，Sun Wengang，Wang Ning
（CNOOC（Qingdao）Heavy Oil Processing Engineering Technology Research Center Co.，Ltd.，Qingdao 266500，China）

There are4 heating furnaces in paraffin based high-pressure hydrogenation lubricating oil unit，of which heat efficiency of 3 heating furnaces is low according to the results of counter-balance method.Influencing factors were analyzed from 6 aspects of design and operation situations，smoke exhaust temperature，oxygen content，fuel combustion，negative pressure and thermal insulation.Optimization measures were put forward to achieve the purpose of energy saving，environmental protection and safety production，such as adding tube in radiation chamber or low temperature medium pipeline in smoke collecting chamber，optimizing“three valve and one fuel plate”to ensure full combustion of fuel and reduce excess air coefficient，adjusting flue baffle opening of 4 heating furnaces，repairing immediately insulation lining in the location of air leakage and over temperature.

thermal efficiency，exhaust gas temperature，excess air coefficient，infrared thermal imager

2017-07-07；修改稿收到日期：2017-09-12。

董健，工程師，2010年畢業于中國石油大學（華東）過程裝備與控制工程專業，現從事設備防腐蝕、節能減排和助劑評價等工作。E-mail：dongjian＠cnooc.com.cn

（編輯 寇岱清）