王麒 田園（.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠；.大慶油田電力工程設(shè)計院）

提高加熱爐效率措施及改造思路

王麒1田園2（1.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠；2.大慶油田電力工程設(shè)計院）

油田加熱系統(tǒng)是油田的耗能大戶，提高加熱爐的效率是實施油田節(jié)能戰(zhàn)略的關(guān)鍵。油田開發(fā)20余年，由于產(chǎn)能遞減，早期安裝的加熱爐部分出現(xiàn)負荷偏低、加熱效率下降、腐蝕結(jié)垢嚴重等問題，因此，探討加熱系統(tǒng)的特點及尋求對應(yīng)的效率措施成為當(dāng)下油田必須實行的重要任務(wù)。結(jié)合加熱系統(tǒng)現(xiàn)狀，對影響加熱爐效率的因素進行分析，通過對近年在油田加熱爐所采用的提高爐效措施的探討和總結(jié)，對加熱爐提高爐效潛力及技術(shù)的應(yīng)用提出初步思路。

加熱爐 提高效率 措施 技術(shù)改造

1 加熱爐運行現(xiàn)狀

目前，大慶油田第七采油廠建有各類燃氣加熱裝置140臺，其中加熱爐127臺，鍋爐13臺，包括有管式加熱爐（高效爐）、火筒式直接加熱爐（二合一、四合一、五合一、脫水加熱爐、水套爐）、真空加熱爐及鍋爐等（表1、表2）。

表1 加熱爐分類統(tǒng)計

表2 鍋爐分類統(tǒng)計

2 影響加熱爐效率因素分析

加熱爐是油田的主要耗能設(shè)備。根據(jù)統(tǒng)計，七廠2009年全年消耗能量14.23×104t（標煤），其中油田生產(chǎn)用氣為4 937×104m3，折合標煤為6.57×104t，占總能耗的46.2%，而生產(chǎn)用氣的90%以上是集輸系統(tǒng)消耗使用。因此，盡可能地提高加熱爐的效率是油田節(jié)能的重要目標之一。

根據(jù)加熱爐燃燒器結(jié)構(gòu)分類，確定加熱爐系統(tǒng)效率為79%～83.5%（表3）。

表3 各類加熱爐系統(tǒng)效率目標

2011年第二季度全廠加熱爐平均系統(tǒng)效率為83.09%，其中真空加熱爐平均系統(tǒng)效率87.43%，自動燃燒器加熱爐的平均系統(tǒng)效率82.42%，高效爐平均系統(tǒng)效率70.25%，只有高效爐的平均系統(tǒng)效率沒有達到目標要求（表4、表5）。

表4 二季度全廠加熱爐爐效統(tǒng)計

表5 二季度全廠各類加熱爐爐效統(tǒng)計

造成部分加熱爐爐效偏低的因素主要有以下幾個方面。

2.1 部分加熱爐使用時間較長，加熱爐損耗較大，熱效率較低

據(jù)統(tǒng)計，加熱爐中運行時間在11年以上的有59臺，占集輸系統(tǒng)加熱爐總數(shù)的47.2%，其中火筒爐42臺，占該部分加熱爐的71.1%。該部分加熱爐經(jīng)過長時間的運行，普遍存在火筒及煙管腐蝕老化嚴重，各類故障發(fā)生頻率高，導(dǎo)致加熱爐損耗較大，爐效偏低（表6）。

表6 加熱爐運行時間統(tǒng)計

2.2 無法保證加熱爐的運行狀態(tài)達到最佳

1）部分加熱爐的參數(shù)設(shè)置不合理，空氣過剩系數(shù)大，帶走的熱量也大，加熱爐效率低；空氣過剩系數(shù)小，燃料不能充分燃燒，加熱爐效率低。大部分加熱爐燃燒器屬于自動控制，只能依靠廠家調(diào)設(shè)，導(dǎo)致不能及時調(diào)整合理的燃氣配比，影響了加熱爐的效率。

2）個別加熱爐排煙溫度過高時，由于缺乏加熱爐檢測儀器及相關(guān)的技術(shù)人員，不能及時調(diào)節(jié)煙道擋板，影響了加熱爐的效率。

3）由于加熱爐工況的特殊性決定其需要定期維護保養(yǎng)，其中對燃燒器火嘴的維護工作是保證加熱爐燃燒效果的重要環(huán)節(jié)，尤其是使用濕氣的加熱爐燃燒器火嘴，長時間運行火嘴容易結(jié)焦或腐蝕，如不及時清理或維修，必然會導(dǎo)致燃燒效果差，甚至偏燒，影響加熱爐的系統(tǒng)效率，同時造成能源浪費。

2.3 部分加熱爐熱負荷偏低，導(dǎo)致熱效率降低

系統(tǒng)投產(chǎn)至今，由于產(chǎn)能的下降，導(dǎo)致部分加熱爐低負荷運轉(zhuǎn)。比如葡二聯(lián)合站地區(qū)，建設(shè)時間從1989年至1999年不等，改造前只有9#轉(zhuǎn)油站近滿負荷運行，其余轉(zhuǎn)油站的負荷率在42.5%～88.1%，負荷率較低（表7）。

表7 葡二聯(lián)合站地區(qū)轉(zhuǎn)油站負荷現(xiàn)狀

2.4 加熱爐結(jié)垢導(dǎo)致熱效率降低，燃料及運行成本增加

根據(jù)有關(guān)文獻介紹，如果油田加熱爐換熱面平均結(jié)垢1～5 mm，燃料至少多消耗3.4%～28.1%，若再加上軟垢部分，燃料至少多消耗5%～30%。一般情況下，加熱爐全年均處于運行或備用狀態(tài)，很少開爐檢查除垢，再加上二合一加熱爐的加熱介質(zhì)較為惡劣，導(dǎo)致長期運行后加熱爐結(jié)垢嚴重，影響傳熱效果。同時，加熱爐結(jié)垢導(dǎo)致加熱介質(zhì)吸收熱量的能力大大降低，剩余的熱量通過煙氣散發(fā)到大氣中，使加熱爐的熱效率降低，造成能源的大量浪費。為保證加熱介質(zhì)的出口溫度，必須加大燃氣用量，這樣就會使火管壁溫升得更高，同時燃料浪費也越來越多，形成了惡性循環(huán)。

2.5 部分老式加熱爐受工藝技術(shù)條件限制，加熱爐效率普遍偏低

14#中轉(zhuǎn)站共有高效爐3臺，平均排煙溫度200℃以上，冬季達到280℃以上，平均爐效始終維持在71%以下。由于高效爐的火焰直接加熱爐管中的生產(chǎn)介質(zhì)，加熱溫差大，溫升快，管壁易結(jié)垢，且結(jié)垢層分布不均勻，導(dǎo)致管壁局部過熱，嚴重影響加熱爐的換熱能力。熱量通過煙氣散發(fā)到大氣中，在造成能量浪費的同時，加熱爐的熱效率降低。

另外，還有6臺水套爐，爐效在71%～84%不等，平均爐效為77%左右。水套爐具有操作簡便、安全、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，符合油田早期開發(fā)對加熱爐的要求，但是水套爐的熱效率較低，隨著油田生產(chǎn)管理逐步走向精細化,水套爐已不符合生產(chǎn)低成本、低能耗的要求（表8）。

表8 現(xiàn)有水套爐基本情況

3 提高加熱爐效率的措施

3.1 加強加熱爐日常運行管理制度

1）明確加熱爐收油時間、倒?fàn)t時間、停爐檢查部位、運行溫度等具體要求。確定日常管理的重點和程序，保證加熱爐運行在良好工況，均衡使用加熱爐設(shè)備，避免單一過度使用造成設(shè)備疲勞。

2）反復(fù)巡查加熱爐附屬設(shè)備的運行狀況，及時清理或維修加熱爐的運行故障，如避免火嘴結(jié)焦或腐蝕導(dǎo)致燃燒效果差，甚至偏燒。

3）加熱爐實行分級管理模式，通過加熱爐日常分級管理進行異常狀況控制。明確崗位、隊(站)、礦、廠的工作職責(zé)，做到層層負責(zé)、層層把關(guān)，控制異常狀況出現(xiàn)[1]。

4）明確加熱爐運行操作技術(shù)界限，明確加熱爐啟爐、停爐操作規(guī)程，明確提溫、降溫等操作的具體方法和完成時間。

3.2 對服役期在15年以上加熱爐進行改造或維修

對老化嚴重、故障較多、效率偏低的加熱爐，原計劃“十二五”期間進行分批更換，由于加熱爐的整體更換需要油田公司鍋爐檢驗所提供加熱爐檢測報告，只有經(jīng)檢測不能滿足安全要求的加熱爐才能更換，難度較大，只能考慮對爐效偏低的加熱爐進行局部改造或維修。

3.3 對老式加熱爐進行技術(shù)改造

真空加熱爐采用真空相變換熱技術(shù)，充分利用汽、液相變潛熱的熱量，其換熱過程首先是利用真空控制閥把加熱爐頂部空間抽成真空，水作為傳熱介質(zhì)吸收燃料燃燒供給的汽化熱蒸發(fā)，由此形成負壓，水蒸汽在氣相空間與換熱盤管進行換熱，蒸汽在釋放熱量后冷凝成液滴回落至液相空間。換熱如此不斷循環(huán)往復(fù)地吸熱蒸發(fā)、放熱冷凝，形成動態(tài)熱平衡。目前油田使用的真空加熱爐普遍爐效較高。

針對3臺高效爐及6臺水套爐存在的熱損失大、爐效較低的問題,可以把高效爐及水套爐改造為真空加熱爐，燃燒器更換為漏液檢測燃燒器。參照現(xiàn)有加熱爐的效率（87.43%），改造后加熱爐熱效率提高了7%～15%。

3.4 對加熱爐及時清淤除垢，改善加熱爐的傳熱

效果

1）加熱爐個性化清淤。如果加熱爐煙火管上的硬垢、軟垢和泥沙等雜質(zhì)的累積厚度達到7～8 mm時，則很難保證加熱裝置的熱效率和安全生產(chǎn)。因此，除定期清污外，重點加強投運新井區(qū)塊、加熱爐易損區(qū)塊的加熱爐清淤，實施個性化清淤制度。

2）應(yīng)用效果好的防垢除垢設(shè)備，解決加熱爐結(jié)垢快的生產(chǎn)難題。2008年在葡北1#轉(zhuǎn)油站1#、2#、3#二合一加熱爐應(yīng)用了高頻震蕩除垢防垢技術(shù)，使用3個月后，發(fā)現(xiàn)爐壁以及堰板前端結(jié)垢已基本去除，煙火管下部垢已大部分除去或脫落，上部也僅留下用手可輕易大片揭下的黑灰色含砂塊狀物，除垢效果較好，可應(yīng)用推廣。

3）真空加熱爐加強空穴射流技術(shù)的推廣。該技術(shù)通過放入管路中的清洗器的金屬葉片產(chǎn)生高頻震蕩，清洗器被急速旋轉(zhuǎn)的渦流所包圍，形成連續(xù)移動的低壓區(qū)，該區(qū)域的流水始終呈汽化狀態(tài)，由此產(chǎn)生的細微氣泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬時激射出強力的微射流，無數(shù)的微射流會聚成沖擊波，徹底粉碎沉積物。

4）二合一加熱爐采用高壓水射流等清洗技術(shù)。利用高壓泵的高流速射流沖擊物體表面的垢層或沉積物使其粉碎，在噴射過程中被沖碎的污垢顆粒夾在射流中，能夠幫助沖擊更多的污垢顆粒，加速污垢的清除。該技術(shù)采用的射流介質(zhì)是水，對環(huán)境無污染，壓力參數(shù)可以自由選擇，不會造成爐體傷害，清洗徹底，效率高。

3.5 使用高效節(jié)能燃燒器，安裝高溫檢測裝置

近年來，在老油田改造工程、安全隱患工程中對加熱爐燃燒系統(tǒng)進行了改造。目前，油田仍有16臺加熱爐安裝的均是普通燃燒器，而高效節(jié)能燃燒器能夠依據(jù)加熱爐進出口溫度或爐膛溫度的檢測控制燃料氣流量，并對燃燒的燃料/空氣混合比進行調(diào)節(jié)，降低了人為因素對燃燒的影響，大幅度提高了加熱爐效率。2011年將23臺存在故障、腐蝕老化的燃燒器更換為防漏液保護燃燒器，“十二五”期間將按計劃對剩余存在故障的燃燒器進行更換，普通燃燒器也將逐年更換，提高加熱爐的效率。

加熱爐在運行過程中的爐效并不是單純地與火管溫度成正比，如果加熱爐的溫度過高，不但容易造成加熱爐火管燒壞而存在安全隱患，同時將導(dǎo)致排煙溫度增大，直接影響加熱爐的系統(tǒng)效率。在加熱爐上安裝高溫檢測裝置，用于檢測加熱爐火管的表面溫度；當(dāng)火管溫度超過其設(shè)定溫度(475℃)時，爐管高溫檢測裝置會自動降低加熱爐的燃氣量，確保加熱爐火管不被燒壞，保證加熱爐運行良好、爐效平穩(wěn)。

3.6 采用超導(dǎo)液替代傳熱介質(zhì)——水，提高真空

爐效率

超導(dǎo)液是一種淡黃色透明液體，無毒、不揮發(fā)、無腐蝕、不結(jié)垢、-40℃不結(jié)冰、沸點低的有機化合物，pH值為7.9，其余指標與水接近。超導(dǎo)液與水相比有不同的特性：

1）沸點比較低。在標準狀態(tài)下，超導(dǎo)液的沸點為55℃，水的沸點是100℃。加熱相同單位體積的介質(zhì)時，超導(dǎo)液所需要的熱量僅為加熱水的熱量的45%。由于超導(dǎo)液沸點較低，不需用太大火燃燒就可滿足油田生產(chǎn)要求，爐膛溫度得到了有效降低，減少了加熱爐因煙火管燒損的幾率。

2）汽化溫度高、傳熱快。標準狀態(tài)下，水蒸氣的溫度為100℃，而超導(dǎo)液汽化后溫度可達160℃。

3）汽化潛熱值高。達到100℃時，超導(dǎo)液汽化潛熱為3 290 J/kg，水的汽化潛熱為2 257 J/kg，比水高1 033 J/kg[2]。

應(yīng)用超導(dǎo)液替代真空加熱爐的傳熱介質(zhì)——水，可改變真空爐運行狀況，提高真空爐效率，降低能耗。由于超導(dǎo)液自身特性，無毒、不揮發(fā)、無腐蝕、不結(jié)垢、-40℃不結(jié)冰，對爐體本身是一種保護；在冬季加熱爐停運時，不用將爐體液體介質(zhì)外排，可防凍。根據(jù)調(diào)查，其他油田應(yīng)用超導(dǎo)液后爐效平均提高6%，可以考慮在部分爐效偏低的真空加熱爐上試驗應(yīng)用。

3.7 涂刷高效節(jié)能涂料，改善加熱爐火管的輻射傳熱效率

在加熱爐的輻射受熱面上涂刷耐高溫紅外線節(jié)能涂料可以增強受熱面的輻射吸收率，并且紅外波涂層反復(fù)多次吸收并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能傳遞，自身成為紅外輻射熱源，增強了受熱面吸收輻射熱量的能力。輻射面溫度提高，吸收的熱量能夠透過火筒最大限度地傳遞給加熱爐內(nèi)的流體介質(zhì)，通過增強加熱爐火筒的吸熱、傳熱效果，達到提高加熱爐效率的目的。

2009年，對爐效偏低、缺氣較嚴重地區(qū)的45臺加熱爐開展了該技術(shù)的應(yīng)用推廣。通過計算加熱爐涂刷節(jié)能涂料前后1 m3工質(zhì)升溫1℃耗氣量，涂刷后加熱爐平均節(jié)氣率提高9.15%左右。

4 下一步改造思路

通過以上的分析，集輸系統(tǒng)加熱爐在提高爐效方面仍有一定的改善空間。

1）從加熱爐的現(xiàn)狀調(diào)查來看，加熱爐低負荷運行的情況較為嚴重。根據(jù)統(tǒng)計，摻水加熱爐負荷一般在60%～80%，部分達到34%～50%。當(dāng)2臺和2臺以上同類型加熱爐低負荷運行時，可以合并為1臺使用，在保證生產(chǎn)參數(shù)正常的條件下，使加熱爐在高負荷狀態(tài)下運行。

2）對于油田內(nèi)老區(qū)塊由于產(chǎn)能下降較大造成的低負荷運行情況，如果有產(chǎn)能加密或調(diào)整項目，可以在產(chǎn)能或改造項目中使用熱效率高的加熱爐。

3）油田內(nèi)的水套爐可以進行負壓真空加熱技術(shù)改造，將水套爐改造為真空加熱爐，這樣既延緩了老加熱爐的使用壽命，又提高了熱效率。

4）引進可靠耐用的自動控制燃燒技術(shù)，完善現(xiàn)有加熱爐的自控檢測技術(shù)，減少人為因素造成的低效高耗使用。部分早期安裝的加熱爐由于控制元件老化或本身的質(zhì)量問題，存在燃燒不好的情況，對于這些燃燒器，今后可以逐步更新或聯(lián)系廠家升級改造。

5）加熱爐運行中要根據(jù)實際工況及時進行參數(shù)調(diào)節(jié)，自動調(diào)節(jié)存在故障的及時聯(lián)系廠家維修。

6）做好油田在用加熱爐運行情況調(diào)查，為今后幾年加熱爐的改造及維護做好數(shù)據(jù)及資料準備。

7）繼續(xù)開展加熱爐除垢技術(shù)研發(fā)與推廣工作，加緊跟進與應(yīng)用高壓射流清洗、低功耗高頻振蕩除防垢、超導(dǎo)液、節(jié)能涂料等新型技術(shù)。

[1]徐巍,曾黎.加熱爐綜合治理及防護技術(shù)應(yīng)用[C]//大慶油田有限責(zé)任公司2009年地面工程論文集（優(yōu)化簡化組）,大慶,2009：296.

[2]楊軍杰.超導(dǎo)液在真空加熱爐的應(yīng)用[C]//大慶油田有限責(zé)任公司2009年地面工程論文集（節(jié)能降耗組）,大慶,2009：176.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.014

王麒，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，技術(shù)員，從事地面技術(shù)管理工作，E-mail：wangqi@petrochina.com.cn，地址：大慶油田第七采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，163517。

2011-09-20)