输油管道加热炉节能减排技术现状与未来发展

朱本光， 马贵阳, 乔伟彪， 杜明俊

（1. 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺113001； 2.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 0622552）

输油管道加热炉节能减排技术现状与未来发展

朱本光1， 马贵阳1, 乔伟彪1， 杜明俊2

（1. 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺113001； 2.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 0622552）

概述了输油管道加热炉节能减排的技术现状，从更新燃料类型，改进燃烧方式，提高燃烧效率；减少排气热损失；对流管改造，降低腐蚀；对旧炉进行技术改造或更新；加热炉运行控制与节能5个方面介绍了目前加热炉节能减排的具体方法措施。并对加热炉节能减排技术的未来发展和研究方向提出建议。

输油管道； 加热炉； 节能减排； 优化

当今世界，能源危机日益严重，环境污染导致气候异常，人类的生存面临着前所未有的危机。在努力寻求新能源，充分利用清洁能源，倡导低碳经济之外，各国都提高了对节能减排技术的研究。油田即是产能大户，又是耗能大户。而输油系统既是油田地面工程系统的主要组成部分，又是油田生产的主要能耗单元。加热炉是管道输送中原油加热的关键设备，同时也是能量转换设备和主要的耗能设备。目前，中国石油管道公司输油管道加热炉的总装机容量为514 674 kW ，其中直接加热炉有54台，其装机容量为215 724 kW，热媒加热炉68台，装机容量为298 950 kW。以秦京输油管道为例，其任务是通过埋地输油管道将大庆原油加热后由秦皇岛输送至北京燕山石化炼油厂。输油站原油通过量为700 ～ 800 t/h。夏季，沿线输油站采用大型燃油加热炉对原油进行加热升温。将原油温度提高8～9℃，然后送往下一站。根据实际调查统计，春、夏、秋三季，每个站燃烧耗油量大约为平均每小时 280 kg燃料油。6个站的加热炉平均每天消耗40 t左右的原油。冬季时，燃烧消耗的油更多。不包括锅炉，每年加热炉燃油指标大约是20 000 t，2005年加热炉实际燃烧耗油19 500 t。由此可见，提高加热炉的加热效率、适用性和安全性，对加热炉进行节能减排技术改造既有利于生产，节约大量的能耗，促进石油经济的可持续发展，又有利于环境保护和国民经济的更好更快发展，因此具有很高的经济效益和环境效益，是值得研究的方向。

1 加热炉节能减排技术的研究现状

我国原油大部分为高含蜡、高凝点、高粘度的“三高”原油，因此原油热输工艺应用比较广泛。长输管道的原油加热方式有直接加热和间接加热两种。直接加热是原油直接经过加热炉，吸收燃料燃烧放出的热量；间接加热是原油通过中间介质（导热油、饱和水蒸气或饱和水）在换热器中吸收热量，达到升温的目的。这两种加热方式所用的加热设备分别为直接加热炉和间接加热炉（热煤炉）。加热炉应具备热效率高、流动阻力小、能适应管道输量变化、可长期安全运行等技术特点[1]。现在加热炉的技术改造主要从以下几个方面进行。

1.1 更新燃料类型，改进燃烧方式

改进加热炉结构，在能够利用天然气、蒸汽的地区用其替代传统的燃料油（大多为管道干线的原油）为管线原油加热。这样可以减少辅助设备的使用。在没有条件不能用其替代燃料油的站库，可以用煤焦轻油进行替代。在燃料油(煤炭炼焦的副产品)中，煤焦轻油是品质较好的一种新型的燃料。它与柴油有着相近的物化指标，可替代原油或重油等燃料油使用。煤焦轻油这种燃料，不仅雾化良好，热量与原油相当，而且二氧化硫、氮氧化合物、烟气黑度等排放指标均符合国家环境保护标准。用煤焦轻油代替传统燃料油使用，不仅可以节约生产成本和宝贵的原油资源，还能降低二氧化硫等污染物的排放达60%，符合国家充分利用煤炭资源的战略，具有显著的经济效益和环境效益[2]。

在改进燃烧方式上，可以优化改进加热炉的燃烧装置，具体的措施有：

⑴采用燃料油乳化、磁化技术，强化燃烧提高其燃烧效率。

⑵采用高效火嘴，改善燃烧，减少燃烧热损失。

⑶采用微正压燃烧，强化燃烧，提高炉膛热强度，缩小炉子体积，同时也消除了漏风，降低了排烟热损失。

⑷在采用合适的燃烧控制装置和保证燃烧稳定的条件下使过量空气系数具有最低值，得到最佳热效率。

截至 2007年底，大庆喇嘛甸油田共安装加热炉自动点火及熄火保护装置 47套，在两座联合站和多座转油站使用节能火嘴及自动监控系统，节能降耗效果明显提高，安全程度大大加强。

目前 C0M—D—FN型燃烧器是各类燃烧器中比较先进的加热炉燃烧器。此型号燃烧器的分配模式为旋流风、平流风及斜交风相结合，能够最大限度地保证空气与燃料的混合均匀。燃油喷嘴采用多级雾化结构，汽耗量小于0.2 kg(汽)／kg(油)，燃油雾化颗粒度索太尔平均直径在50 µm左右。该型燃烧器的特点为燃烧充分，可以避免机械和化学的不完全燃烧。此外，加强对燃烧器的管理和维护也是保证燃料高效燃烧的重要手段。对燃烧器喷嘴、燃料系统过滤器和阻火器进行定期清理，做好这些技术管理措施能保证燃烧器安全、稳定运行。

1.2 减少排气热损失

加热炉的排气热损失有两项：即排烟热损失和散热损失。对加热炉的结构和参数进行优化，提高热效率和性能，使加热炉安全可靠便于控制和操作，降低能耗和运行费用。具体措施有：

⑴ 对加热炉进行改造，增加对流段的传热面积，更多的吸收烟气中的热量。在加热炉尾部增加助燃空气预热装置（列管式、回管式、热管式），增加其物理显热和燃烧形成的烟气量，有效提高燃烧温度。此外可以给加热炉加装余热回收装置，如烟气—水换热器或烟气—热媒换热器。烟气带走的热量占燃料炉总供热量的15%～20%，充分回收烟气余热是节约能源的主要途径，如果排烟温度降低l～15 ℃。热效率可增加一个百分点。

⑵ 加热炉积灰是影响加热炉正常运行的一个重要因素，现在工业中一般有以下几种方法除尘：变流速法、电除尘法、化学方法、吹灰器法等。应用到工业炉较多的是吹灰器。传统的除灰技术包括：钢珠除灰、蒸汽吹灰、次声波除灰、压缩氮气除灰、高压水冲洗、气脉冲吹灰等[3]。滨州站加热炉引入吹灰控制系统后，每次吹扫平均可降低排烟温度约25 ℃ ，提高炉效约3%,节能效果明显。

⑶ 采用高效新型保温隔热材料（如耐火纤维喷涂技术），加强炉体保温，减少加热炉散热损失。

1.3 对流管改造，降低腐蚀

通过对加热炉腐蚀成因进行分析，发现炉管结垢是导致换热能力下降的主要因素。加热介质为油水混合物者，水中的钙、镁离子及原油的高温炭化物以流体中的悬浮物和沉砂为核沉积于管壁上，温度越高处硬度越高。对流管直径比辐射管直径小，则流速大，内壁结垢厚度小，但外侧所处环境恶劣，腐蚀速度大。加热介质中的水溶有较多的氧和二氧化碳气体，使炉管发生电化学腐蚀。在高温条件下，火焰破坏了炉管原有的氧化层保护膜，加速了炉管材料的氧化过程。当烟气流到达烟囱及对流段时，烟气中的二氧化硫和二氧化碳会对其产生化学腐蚀。

根据腐蚀情况，对对流管进行改造，及时更换原有的对流管，既减少因结垢而带来的换热率降低，又避免了因腐蚀而造成的炉管泄漏问题。在改造设计时需对更新的对流管排列后的换热能力进行校对。此外，研究开发耐高温耐腐蚀的新材料替代现有炉管材料也是一个有效地途径。

1.4 对旧炉进行技术改造或更新[4-5]

旧炉改造主要从两方面进行：一是淘汰旧炉，采用新的高效加热炉。自动控制技术应用到加热炉上，确保其长期维持高效运行。二是研究开发全新型加热炉，充分利用清洁能源。中国石油秦京输油气分公司的李景华、常光宇等人，提出输油管道太阳能加热炉的设计及运行思路。若能将太阳能加热炉应用在长输管道上，与传统加热炉配合使用将会产生可观的节能效果。根据实际耗油统计，夏季白天一条管线上若有5座燃油加热炉，每小时将58 t的原油提高 8～9 ℃输送至下一站，需要消耗燃料油250 kg，如果每天停炉8 h，改由太阳能加热炉供热，5个输油站每天就可以节约燃料油10 t，按每年可利用100 d太阳能计算，全年可节约燃料油1 000 t，而且减少了燃油加热炉设备的耗电量。太阳能加热炉在长输原油管道上的应用一定会有可观的经济收益。

1.5加热炉运行控制与节能[6-13]

目前，加热炉的运行很大程度上通过人工调节进行控制。由于在实际生产过程中存在各种随机因素以及人力操作的局限性，影响加热炉运行的稳定。为保证生产过程的正常进行，允许加热炉输出介质的实际温度超出工艺温度的范围比较大，一般为5 ～ 8 ℃。超出的这段温度所耗费的热能对于生产不是必需的，是一种能量的损失。这种能量损失在加热炉的能耗中长占有较大比例，管理不善的加热炉甚至可达到40%以上。因此在加热炉运行中应用节能控制技术，能有效的降低能量损失，达到节能减排的目的。以1.75 MW燃气加热炉为例，安装节能控制装置后，可使加热炉保持输出温度与工艺温度的误差在±1 ℃内运行，使得燃料气耗量减少为100.3 m³/h，节气率达到17.3%，使能量损失大大降低。

2 加热炉节能减排技术的未来发展

世界各国在原油的管道输送中，都普遍采用加热炉对原油加热升温进行输送。在常规能源日益紧缺的今天，低碳经济成为主旋律，各国都加强了加热炉节能减排技术的研究。

⑴ 进一步加强加热炉的理论研究，优化其结构及参数。向着自动化控制和监测、高效、稳定安全的方向发展。

⑵ 虽然市场上已出现石油集输太阳能类的加热装置（如：太阳能高温热泵石油集输加热装置），但此类加热装置的应用还未被普及。太阳能是公认的清洁能源，若能在石油输送中大量利用，则节能减排将有着很好的前景。因此加强太阳能加热炉的开发力度与普及势在必行。

⑶ 新材料的研究开发对科技进步的影响越来越大。在加热炉上，采用更好更先进的材料对于节能减排来说有着很大的帮助。特别是耐高温、防腐蚀以及高辐射率的材料。

⑷ 清灰一直以来是加热炉较大的一个技术难关，加强此技术的研究对于节能减排意义重大。包括新型清灰技术和新型清灰剂的研究。

⑸ 天然气被公认为清洁能源，与液体燃料相比，它具有燃烧充分、价格便宜等优点。所以应该将加热炉的燃料替换普及开来，改进加热炉结构，改燃油为燃气，与太阳能加热炉配合使用，进行能量接力。

[1] 许彦博,许铁,等.输油管道加热炉技术现状与发展方向[J].油气储运,2009,28(12):1-3.

[2] 李庆鹏.为管道输送架起节能减排之桥[J].中国石化,2008(4): 52-53.

[3] 梁超,黄翼虎,李秋阳.吹灰技术在管道加热炉中的应用[J].节能与环保,2004(1): 28-30.

[4] 茹慧灵.输油管道节能技术概论[M].北京：石油工业出版社,2000:12(91).

[5] 李景华,常光宇,高国平,徐全忠.太阳能加热炉在输油管道上的应用设计[J].节能,2006(12):33-34.

[6] 白云川.芳烃加热炉节能减排技术应用[J].石油化工设备,2009,(38):34-36.

[7] 许铁,许彦博,等.加热炉、锅炉节能测试与分析[J].油气储运，2009,28(4):56-6.

[8] 李清英,陈漫.水套加热炉节能降耗措施与效果[J].石油石化节能,2009,(3):27-9.

[9] 刘文萍,欧阳河清.提高加热炉节能效果的技术改造[J].石油石化节能,2008,(6):25-27.

[10] 嵇境鹏.常减压蒸馏装置加热炉节能改造[J].炼油技术与工程,2009,39(9):23-25.

[11] 钟剑锋,伍永福,刘中兴.加热炉的节能技术改造[J].工业炉,2009,31(1):49-50.

[12] 白云川.实施在线清灰,降低芳烃装置加热炉能耗[J].石油化工安全环保技术,2009,25(6):13-15;19.

[13] 于浩淼.加热炉节能措施的探讨分析[J].冶金能源,2010,29(3):27-28;35.

Present Situation and Future Development of Energy Saving and Emission Reduction About Heating Furnace of Oil Pipeline

ZHU Ben-guang1，MA Gui-yang1，QIAO Wei-biao1，DU Ming-jun2
(1.College of Petroleum and Natural Gas Engineering ,Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China；2.China Petroleum Engineering Co., Ltd. NorthChina Company, Hebei Renqiu 062552，China）

Present situation of energy saving and emission reduction about heating furnace of oil pipeline was summarized. The specific methods and measures of energy saving and emission reduction for heating furnace were introduced from following several aspects. Firstly, updating fuel type, promoting combustion mode, improving combustion efficiency；Secondly, reducing exhaust heat loss;Thirdly, reforming oil pipeline, reducing corrosion; Fourthly, transforming and updating old furnace; Fifthly, controlling the heating furnace and energy saving and so on. Then some suggestions about future development of energy saving and emission reduction technology and research direction were put forward.

Oil pipeline; Heating Furnace; Energy conservation and emission reduction; Optimization

TE 832.3

A

1671-0460（2011）02-0143-03

2010-11-27

朱本光（1986-），男，在读研究生，山东泰安人，研究方向：从事原油顺序输送技术研究工作。E-mail：benguang5566@qq.com。