长庆油田加热炉提效措施分析

张庆峰　周学军　王军民　周　杰（长庆油田环境与节能监测评价中心）



长庆油田加热炉提效措施分析

张庆峰周学军王军民周杰（长庆油田环境与节能监测评价中心）

随着长庆油田对伴生气利用和回收的重视，加热炉节能提效成为不可回避的现实需求。从能量平衡原理出发，分析了加热炉热能体系的构成，指出减小空气系数与降低排烟温度是加热炉提效的两条主要路径。依据长庆油田加热炉节能监测结果，针对不同生产场站加热炉自身特点，提出减少漏风、改造燃烧器、监测烟气、清灰除垢、淘汰高耗能设备及提高运行管理等一系列措施。

加热炉能耗分析提效措施

1　加热炉热效率现状

2013年，长庆油田环境与节能监测评价中心抽测各采油厂不同生产场站的加热炉496台，热效率平均值为79.20%（表1），低于中石油集团同期热效率80.0%的平均值，实现加热炉提效任务面临着极大的压力。

2　加热炉能耗分析

根据加热炉体系输入热量、有效输出热量和各种热量损失，列出加热炉热平衡方程式：

式中：

Qnet，var——燃料低位发热值，kJ/m3；

Qrx——燃料的物理显热，kJ/m3；

Qwl——加热燃料的外部热量，kJ/m3；

Qa——助燃空气的显热，kJ/h；

Q1——有效输出热量，%；

Q2——排烟损失热量，%；

Q3——气体未完全燃烧损失热量，%；

Q4——固体未完全燃烧损失热量，%；

Q5——炉体未完全燃烧损失热量，%；

Q6——灰渣未完全燃烧损失热量，%；

B——燃料消耗量；kg/h或m3/h；

式中：——修正系数，燃油或燃气加热炉近似取q4=0；

Qr——供给热量，kJ/h；

Vgy——排烟处干烟气容积，m3/kg或m3/m3；

cgy——排烟处干烟气平均定压比热容，kJ/（m3·℃）；

tpy——排烟温度，℃；

VH2O——排烟处水蒸气容积，m3/kg或m3/m3；

cH2O——水蒸气定压比热容kJ/（m3·℃）；

αpy——排烟处空气系数；

V0——理论空气量，m3/kg或m3/m3；

clk——入炉助燃空气的定压比热容，kJ/（m3·℃）；

tlk——入炉助燃空气的温度，℃。

由式（2）可知，Vgy、VH2O、tpy越高，排烟热损失越大，燃料消耗量就越多。而排烟处空气系数大小决定Vgy、VH2O的大小，因此影响加热炉排烟热损失大小的关键参数为tpy、αpy，tpy、αpy越高，排烟热损失就越大、热效率就越低。

表1　2013年长庆油田不同生产场站加热炉节能监测汇总

3　加热炉提效措施

根据2013年长庆油田加热炉节能抽测结果，空气系数平均值2.75，合格率仅44.6%，空气系数过大是加热炉热效率偏低、能耗过大的主因，其次是排烟温度过高。

3.1优化运行参数

3.1.1降低空气系数

1）加强立式水套炉配风装置维护。长庆油田井组和增压站多采用小型立式水套加热炉来加热介质，受炉膛高温的影响，配风装置与炉体连接法兰容易变形，密封不严导致漏风增大。一些煤气两用加热炉，没有安装配风装置，助燃空气由炉底出渣口进入炉膛，进炉空气量不受控制。减少漏风或确保配风装置可用，是井组和增压站加热炉降低空气系数宜采取的主要措施。

2）对简易燃烧器进行升级改造。长庆油田油井伴生气比较充足，开发早期对伴生气回收利用不多，800 kW及以下部分燃气加热炉多数配置引射式燃烧器或简易燃烧器，助燃空气量主要由操作人员凭经验调整风门开度来控制，一般以烟囱不冒黑烟为准，往往是实际空气量远大于理论空气量。从经济性和节能管理双方面考虑，宜对400 kW及以上卧式水套炉安装智能燃烧器，合理控制空气系数。

3）大型加热炉安装烟气含氧量检测仪表。空气系数可由烟气含氧量按简易公式求得，因此若检测到烟气含氧量就可把空气系数调整到合理水平，计算公式如下：

式中：

αpy——空气系数；

O2——排烟处氧气浓度，%。

长庆油田杨山输油站2#加热炉为额定功率4000 kW的管式燃油加热炉，由于燃烧器老化，助燃空气量偏大，导致能耗增加、热效率降低。2013年，第一输油处对杨山输油站改加热炉送风部分进行了自动控制改造，安装氧化锆含氧量传感器、可编程序控制器、变频调速器各1套，由可编程序控制器根据输入烟气含氧量设定值控制进入炉膛的助燃空气量，对排烟含氧浓度进行闭环控制，改造后2#加热炉自动送风控制原理见图1。

图1　加热炉自动送风控制示意图

2#加热炉改造后，空气系数由1.72下降到1.29，热效率提高了4.81%。节油量为5.5%。加热炉改造前后运行数据见表2。

表2　2#加热炉自动送风控制改造前后运行数据

由于安装烟气含氧量监测仪表，有助于现场及时掌握空气系数，根据负荷大小及时调整风门开度，减少燃料消耗量。

3.1.2降低排烟温度

1）重视立式水套加热炉烟道挡板检修维护。立式水套加热炉烟道挡板及调节系统的作用是控制一定的抽力，保证炉膛内合适的负压。由于挡板长期承受烟气高温，易出现高温氧化、脱落等问题，现场也有极少数加热炉不安装烟道挡板，这些情况都会使炉火外扑，排烟温度升高、排烟热损失增大。现场测试表明，没装烟道挡板加热炉的排烟温度可达400℃以上。因此，应重视加热炉烟道挡板的检修维护，并能根据负荷大小合理调节开度。

2）及时清理烟管或火管受热面积灰。加热炉烟管、火管受热面积灰后，烟气与传热介质的换热能力下降，致使排烟温度升高、热效率降低，增加了燃料消耗量。设备运行管理应做好排烟温度记录，根据排烟温度变化情况，及时清理烟管或火管受热面积灰。

3）定期对盘管内外壁除垢。加热炉加热的油水气混合物里含有各种矿物质，在长期使用过程中，炉管内部容易结垢。另外，水套炉壳体内的水没有经过软化处理，也含有各种矿物质和固体颗粒，在长期运行过程中，在盘管和烟管外壁结垢。由于水垢的导热系数约为钢板的1/50～1/30［2］，结垢导致加热炉传热效率降低，大量热能随烟气排入大气，增大了燃料消耗量。因此，现场宜根据排烟温度和进炉井液压力变化，及时清理加热炉内的水垢。

3.2淘汰能耗高的老化智能燃烧器

智能燃烧器故障频次随使用年限增长而增加，比如启动困难、熄火、燃油雾化效果变差、风门控制不到位等，在安全性、可靠性降低的同时，能耗却逐渐增加，此种燃烧器在节能改造中应优先予以淘汰。

3.3应用高效节能型加热炉

建新站或加热炉升级改造宜采用高效节能型加热炉，如真空相变炉、冷凝式加热炉等。2013年，长庆油田设备处先导性投用5台半冷凝式加热炉，采用热管技术回收烟气余热，排烟温度大为降低，平均排烟温度仅114.6℃，平均热效率达到86.09%，运行状态全部符合节能运行标准。

3.4控制燃料气含油量

长庆油田原油集输场站加热炉燃料多采用石油伴生气，伴生气由气液分离器从井液中分离，一些场站气液分离不彻底，致使伴生气含油超标，一方面堵塞燃烧器电磁阀气路，造成启动困难；另一方面导致燃料成分不稳定，空气系数难以控制。此类场站宜改进油气分离工艺，控制伴生气含油量。

3.5减少燃煤加热炉的漏煤量

少数伴生气产量不足的井组或增压站采用小型手烧式燃煤加热炉，在添加燃煤或清理炉渣时极易产生漏煤，从而致使燃煤消耗量增加，操作时应尽量减少漏煤。

3.6加强生产单位节能自查能力

当前，长庆油田节能工作主要由质量管理与节能处领导，环境与节能监测评价中心执行具体监测任务，由于能耗设备数量众多，无论是人员配置，还是仪器配置均显不足。各生产单位可自行配置电能综合测试仪和烟气分析仪等常用检测仪器，增强节能自检、自查能力，及时掌握重点耗能设备能耗状况。

3.7加大节能培训力度

加热炉耗能状况与操作方法、维护保养有直接关系，节能管理首要任务是提高人员操作技能、增强节能意识，提升员工节能的自主性和技能。

4　结束语

如何使用好、管理好加热炉，已成为油田节能管理乃至生产技术水平上台阶的重要环节。依据长庆油田加热炉节能监测结果，针对不同生产场站加热炉自身特点，提出减少漏风、改造燃烧器、监测烟气、清灰除垢、淘汰高耗能设备及提高运行管理等一系列措施。为同类其他油田加热记提效提供借鉴。

［1］余伯炎，吴照云，孙德刚.石油工业节能技术［M］.北京：石油工业出版社，2000：151.

［2］石油工业节能节水专业标准化技术委员会.SY/T 6381—2008加热炉热工测定［S］.北京：石油工业出版社，2009.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.020

2015-06-17）

张庆峰，1995年毕业于大庆油田供电职工中专（电力网专业），从事油田节能监测工作，E-mail：zhangqf1_cq@petrochina.com.cn，地址：陕西省西安市经开区凤和路长庆油田技术监测中心，710018。