輸油管道加熱爐大修技術及經濟效果對比分析

潘騰 劉國豪 王乾坤 田磊 李東陽 穆承廣 翟星月 任波濤

（1.中國石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實驗室；2.中國石油管道公司；3.中國石油天然氣集團有限公司生產經營管理部）

1 現狀

目前中石油管道有限責任公司在役長輸油氣管道安裝使用的各式加熱爐（直接爐、熱媒爐）、鍋爐（蒸汽鍋爐、熱水鍋爐）有200 余臺，總裝機容量約750 MW，是原油管道生產運行的主要耗能設備。由于西部管網和東北管網均采用了摻混輸送等優化運行措施[1-2]，目前中國石油在用直接加熱爐主要集中在管道分公司，特別是以長慶原油外輸管道為主，如惠銀（惠安堡-銀川） 原油管道、長呼（長慶-呼和浩特）原油管道等，公司爐類設備合格率偏低，能源消耗成本較高?！笆晃濉逼陂g加熱爐監測合格率為39.58%[3]?！笆濉逼陂g加熱爐監測合格率52.45%[4]。加熱爐存在的問題普遍為爐子設計不合理，對流室換熱面積不夠，造成排煙溫度高；運行過程中沒有及時、定期吹灰，換熱效率下降等[5]。

長慶管網投產運行已近10 年，部分設備年久失修，能效持續降低。為了挖潛加熱設備降本增效的空間，擬采取各種技術措施提高加熱爐的熱效率，如開展加熱爐大修改造[6]。為考察加熱爐大修前后節能效果，在某原油管道選擇1 臺加熱爐進行大修前后節能測試，通過對比同等負荷運行條件下的加熱爐節能測試結果，以分析加熱爐的節能技術及經濟效果[7]。

2 加熱爐概況

某原油管道2010 年建成投產，首站A#加熱爐主要為外輸原油提供熱能，該加熱爐型號是GJ5000-Y/6.3-YY，額定容量5 000 kW。

節能監測機構分別于2018 年3 月20 日、2019 年3 月21 日對該加熱爐進行了節能監測，發現該爐運行熱效率偏低、空氣系數超標、排煙溫度偏高，多次監測均為節能監測不合格設備。分析原因可能是該爐運行時間過長，且長期以原油為燃料，存在燃燒器老化、爐膛積灰、爐管結渣等問題，導致燃燒、傳熱效果欠佳，造成排煙溫度偏高。為解決上述問題，生產運行單位組織對該爐進行了大修，大修主要內容包括：

1）燃燒器更換并增加供氣管線。大修前燃燒器為芬蘭奧林燃燒器，以原油為燃料，燃燒器型號是GRP-700M-I；大修后改造為油氣兩用燃燒器，型號是RGMS 70/1-B。改造前以燒原油作為燃料，其燃料油系統較為完善，改造燃燒器工藝設計采取新增燃氣輸配系統，并保留已建燃料油系統。

2）氮氣滅火系統改造。拆除原有氮氣瓶組滅火系統，更換為氮氣罐滅火系統，以提高氮氣滅火系統的效率。

3）加熱爐輻射室修理。清除爐管上及爐膛內積灰、結焦等污物，清除彎頭表面的積灰，更換輻射室及過渡段煙道保溫層。

4）加熱爐吹灰器系統改造。將原氣動旋轉式吹灰器更換為強力脈沖吹灰器，更換不銹鋼吹灰管，清理吹灰器前過濾器、更換濾芯。

5）對流室清焦清灰。利用高壓空氣清除對流室爐管上的積灰，人工清焦、噴砂清灰。

3 試驗測試

3.1 試驗描述

A#加熱爐大修改造工程于2019 年6 月份開始，持續施工至10 月底結束。為驗證該加熱爐大修后的熱工性能，節能監測技術人員11 月25 日對該爐進行了大修后測試。正常生產時，該爐為自動控制運行模式。測試期間該爐由自動切為手動控制狀態[8]，該爐大修前后現場先后在50%負荷、68%負荷和最大運行負荷3 個工況下進行了節能測試。

3.2 測試及評價標準

加熱爐測試方法執行SY/T 6381—2016《石油工業用加熱爐熱工測定》[9]，進行大修理對比測試時按照二級測試標準開展，同時進行了正平衡法和反平衡法測試，測定結果以正平衡法和反平衡法測定的效率平均值為準。大修理后，該爐具備油氣兩用條件，分別進行了以原油為燃料和天然氣為燃料下的對比測試，以驗證燃料技術及經濟效果。

加熱爐評價標準執行GB/T 34165─2017《油氣輸送管道系統節能監測規范》[10]。

3.3 測試儀器及精度等級

測試儀器及準確度等級見表1。其中燃燒效率分析儀用來分析排煙氣組分及測試排煙溫度，表面溫度計用于測試爐體表面溫度，液體超聲波流量計用于測試工藝油流量。壓力傳感器、溫度傳感器、燃料油流量計、燃料氣流量計均采用現場儀表遠傳參數，以上儀表均在檢定周期內，精度等級符合測試標準要求。

表1 測試儀器及準確度

3.4 測試結果

對比測試前，該爐均提前運行8 h 以上，爐體及燃燒器正常。測試過程中設備運行工況穩定，在50%負荷、68%負荷和最大運行負荷3 個負荷下每隔15 min 各記錄5 組數據，計算參數取算數平均值。大修前后相關參數與測試結果見表2。

從表2 可以看出，該加熱爐經過大修理措施后，加熱爐的排煙溫度降低、空氣系數下降、表面平均溫度下降，熱效率明顯提高，改造效果良好。

表2 大修前后相關參數與測試結果

4 技術及經濟效果對比分析

4.1 技術效果對比

A#直接加熱爐與該原油輸送管道一起投產，已運行超過10 年，存在燃燒器老化、爐膛積灰、爐管結渣等問題，導致燃燒、傳熱效果欠佳，造成排煙溫度偏高，多次節能監測均為節能監測不合格設備。經生產管理部門2019 年組織大修改造后，分別在燃油和燃氣狀態下以同等負荷運行條件進行了測試，測試結果表明大修后空氣系數、排煙溫度、表面平均溫度及熱效率等指標均符合評價標準節能限定值要求，均為節能監測合格設備。在相同負荷測試工況下，對比該爐大修前后熱效率平均提高11.68%、空氣系數平均下降0.47、排煙溫度平均下降86.3 ℃、表面平均溫度平均降低22.45%，單位有效熱耗油/氣量平均降低10.96%，在燃油狀態下平均節能率為6.73%，在燃氣狀態下平均節能率為8.37%，大修改造效果良好。

4.2 經濟效果分析

經測算加熱爐大修后在燃油狀態下平均節能率為6.73%，在燃氣狀態下平均節能率為8.37%，燃氣狀態下節能率更高且更為環保。以該臺加熱爐每年運行 200 天，每天運行 20 h，燃料油平均2 600 元/t 計算，燃料氣平均 2 000 元/103m3計算，燃油狀態供給同樣熱值年節約費用22 萬余元，燃氣狀態供給同樣熱值年節約費用23 余萬元，節能效益十分顯著。以該加熱爐大修投資70 余萬元算，約3 年即可收回投資，投資回報率較高。

5 結論

1）對比分析A#直接加熱爐大修前后測試結果表明，該加熱爐經過大修理措施后，加熱爐的排煙溫度降低、空氣系數下降、表面平均溫度下降，熱效率明顯提高，改造效果良好。

2）分析經濟效果表明，大修后以原油和天然氣兩種燃料測試效果對比，該爐在燃氣狀態下的熱效率更高、空氣系數更低、排煙溫度更低、節能率更高，因此燃氣狀態節能效果更明顯。