張慶峰　周學(xué)軍　王軍民　周　杰（長(zhǎng)慶油田環(huán)境與節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

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長(zhǎng)慶油田加熱爐提效措施分析

張慶峰周學(xué)軍王軍民周杰（長(zhǎng)慶油田環(huán)境與節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

隨著長(zhǎng)慶油田對(duì)伴生氣利用和回收的重視，加熱爐節(jié)能提效成為不可回避的現(xiàn)實(shí)需求。從能量平衡原理出發(fā)，分析了加熱爐熱能體系的構(gòu)成，指出減小空氣系數(shù)與降低排煙溫度是加熱爐提效的兩條主要路徑。依據(jù)長(zhǎng)慶油田加熱爐節(jié)能監(jiān)測(cè)結(jié)果，針對(duì)不同生產(chǎn)場(chǎng)站加熱爐自身特點(diǎn)，提出減少漏風(fēng)、改造燃燒器、監(jiān)測(cè)煙氣、清灰除垢、淘汰高耗能設(shè)備及提高運(yùn)行管理等一系列措施。

加熱爐能耗分析提效措施

1　加熱爐熱效率現(xiàn)狀

2013年，長(zhǎng)慶油田環(huán)境與節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心抽測(cè)各采油廠不同生產(chǎn)場(chǎng)站的加熱爐496臺(tái)，熱效率平均值為79.20%（表1），低于中石油集團(tuán)同期熱效率80.0%的平均值，實(shí)現(xiàn)加熱爐提效任務(wù)面臨著極大的壓力。

2　加熱爐能耗分析

根據(jù)加熱爐體系輸入熱量、有效輸出熱量和各種熱量損失，列出加熱爐熱平衡方程式：

式中：

Qnet，var——燃料低位發(fā)熱值，kJ/m3；

Qrx——燃料的物理顯熱，kJ/m3；

Qwl——加熱燃料的外部熱量，kJ/m3；

Qa——助燃空氣的顯熱，kJ/h；

Q1——有效輸出熱量，%；

Q2——排煙損失熱量，%；

Q3——?dú)怏w未完全燃燒損失熱量，%；

Q4——固體未完全燃燒損失熱量，%；

Q5——爐體未完全燃燒損失熱量，%；

Q6——灰渣未完全燃燒損失熱量，%；

B——燃料消耗量；kg/h或m3/h；

式中：——修正系數(shù)，燃油或燃?xì)饧訜釥t近似取q4=0；

Qr——供給熱量，kJ/h；

Vgy——排煙處干煙氣容積，m3/kg或m3/m3；

cgy——排煙處干煙氣平均定壓比熱容，kJ/（m3·℃）；

tpy——排煙溫度，℃；

VH2O——排煙處水蒸氣容積，m3/kg或m3/m3；

cH2O——水蒸氣定壓比熱容kJ/（m3·℃）；

αpy——排煙處空氣系數(shù)；

V0——理論空氣量，m3/kg或m3/m3；

clk——入爐助燃空氣的定壓比熱容，kJ/（m3·℃）；

tlk——入爐助燃空氣的溫度，℃。

由式（2）可知，Vgy、VH2O、tpy越高，排煙熱損失越大，燃料消耗量就越多。而排煙處空氣系數(shù)大小決定Vgy、VH2O的大小，因此影響加熱爐排煙熱損失大小的關(guān)鍵參數(shù)為tpy、αpy，tpy、αpy越高，排煙熱損失就越大、熱效率就越低。

表1　2013年長(zhǎng)慶油田不同生產(chǎn)場(chǎng)站加熱爐節(jié)能監(jiān)測(cè)匯總

3　加熱爐提效措施

根據(jù)2013年長(zhǎng)慶油田加熱爐節(jié)能抽測(cè)結(jié)果，空氣系數(shù)平均值2.75，合格率僅44.6%，空氣系數(shù)過大是加熱爐熱效率偏低、能耗過大的主因，其次是排煙溫度過高。

3.1優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)

3.1.1降低空氣系數(shù)

1）加強(qiáng)立式水套爐配風(fēng)裝置維護(hù)。長(zhǎng)慶油田井組和增壓站多采用小型立式水套加熱爐來加熱介質(zhì)，受爐膛高溫的影響，配風(fēng)裝置與爐體連接法蘭容易變形，密封不嚴(yán)導(dǎo)致漏風(fēng)增大。一些煤氣兩用加熱爐，沒有安裝配風(fēng)裝置，助燃空氣由爐底出渣口進(jìn)入爐膛，進(jìn)爐空氣量不受控制。減少漏風(fēng)或確保配風(fēng)裝置可用，是井組和增壓站加熱爐降低空氣系數(shù)宜采取的主要措施。

2）對(duì)簡(jiǎn)易燃燒器進(jìn)行升級(jí)改造。長(zhǎng)慶油田油井伴生氣比較充足，開發(fā)早期對(duì)伴生氣回收利用不多，800 kW及以下部分燃?xì)饧訜釥t多數(shù)配置引射式燃燒器或簡(jiǎn)易燃燒器，助燃空氣量主要由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整風(fēng)門開度來控制，一般以煙囪不冒黑煙為準(zhǔn)，往往是實(shí)際空氣量遠(yuǎn)大于理論空氣量。從經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能管理雙方面考慮，宜對(duì)400 kW及以上臥式水套爐安裝智能燃燒器，合理控制空氣系數(shù)。

3）大型加熱爐安裝煙氣含氧量檢測(cè)儀表。空氣系數(shù)可由煙氣含氧量按簡(jiǎn)易公式求得，因此若檢測(cè)到煙氣含氧量就可把空氣系數(shù)調(diào)整到合理水平，計(jì)算公式如下：

式中：

αpy——空氣系數(shù)；

O2——排煙處氧氣濃度，%。

長(zhǎng)慶油田楊山輸油站2#加熱爐為額定功率4000 kW的管式燃油加熱爐，由于燃燒器老化，助燃空氣量偏大，導(dǎo)致能耗增加、熱效率降低。2013年，第一輸油處對(duì)楊山輸油站改加熱爐送風(fēng)部分進(jìn)行了自動(dòng)控制改造，安裝氧化鋯含氧量傳感器、可編程序控制器、變頻調(diào)速器各1套，由可編程序控制器根據(jù)輸入煙氣含氧量設(shè)定值控制進(jìn)入爐膛的助燃空氣量，對(duì)排煙含氧濃度進(jìn)行閉環(huán)控制，改造后2#加熱爐自動(dòng)送風(fēng)控制原理見圖1。

圖1　加熱爐自動(dòng)送風(fēng)控制示意圖

2#加熱爐改造后，空氣系數(shù)由1.72下降到1.29，熱效率提高了4.81%。節(jié)油量為5.5%。加熱爐改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2　2#加熱爐自動(dòng)送風(fēng)控制改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

由于安裝煙氣含氧量監(jiān)測(cè)儀表，有助于現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)掌握空氣系數(shù)，根據(jù)負(fù)荷大小及時(shí)調(diào)整風(fēng)門開度，減少燃料消耗量。

3.1.2降低排煙溫度

1）重視立式水套加熱爐煙道擋板檢修維護(hù)。立式水套加熱爐煙道擋板及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用是控制一定的抽力，保證爐膛內(nèi)合適的負(fù)壓。由于擋板長(zhǎng)期承受煙氣高溫，易出現(xiàn)高溫氧化、脫落等問題，現(xiàn)場(chǎng)也有極少數(shù)加熱爐不安裝煙道擋板，這些情況都會(huì)使?fàn)t火外撲，排煙溫度升高、排煙熱損失增大。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，沒裝煙道擋板加熱爐的排煙溫度可達(dá)400℃以上。因此，應(yīng)重視加熱爐煙道擋板的檢修維護(hù)，并能根據(jù)負(fù)荷大小合理調(diào)節(jié)開度。

2）及時(shí)清理煙管或火管受熱面積灰。加熱爐煙管、火管受熱面積灰后，煙氣與傳熱介質(zhì)的換熱能力下降，致使排煙溫度升高、熱效率降低，增加了燃料消耗量。設(shè)備運(yùn)行管理應(yīng)做好排煙溫度記錄，根據(jù)排煙溫度變化情況，及時(shí)清理煙管或火管受熱面積灰。

3）定期對(duì)盤管內(nèi)外壁除垢。加熱爐加熱的油水氣混合物里含有各種礦物質(zhì)，在長(zhǎng)期使用過程中，爐管內(nèi)部容易結(jié)垢。另外，水套爐殼體內(nèi)的水沒有經(jīng)過軟化處理，也含有各種礦物質(zhì)和固體顆粒，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，在盤管和煙管外壁結(jié)垢。由于水垢的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼板的1/50～1/30［2］，結(jié)垢導(dǎo)致加熱爐傳熱效率降低，大量熱能隨煙氣排入大氣，增大了燃料消耗量。因此，現(xiàn)場(chǎng)宜根據(jù)排煙溫度和進(jìn)爐井液壓力變化，及時(shí)清理加熱爐內(nèi)的水垢。

3.2淘汰能耗高的老化智能燃燒器

智能燃燒器故障頻次隨使用年限增長(zhǎng)而增加，比如啟動(dòng)困難、熄火、燃油霧化效果變差、風(fēng)門控制不到位等，在安全性、可靠性降低的同時(shí)，能耗卻逐漸增加，此種燃燒器在節(jié)能改造中應(yīng)優(yōu)先予以淘汰。

3.3應(yīng)用高效節(jié)能型加熱爐

建新站或加熱爐升級(jí)改造宜采用高效節(jié)能型加熱爐，如真空相變爐、冷凝式加熱爐等。2013年，長(zhǎng)慶油田設(shè)備處先導(dǎo)性投用5臺(tái)半冷凝式加熱爐，采用熱管技術(shù)回收煙氣余熱，排煙溫度大為降低，平均排煙溫度僅114.6℃，平均熱效率達(dá)到86.09%，運(yùn)行狀態(tài)全部符合節(jié)能運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

3.4控制燃料氣含油量

長(zhǎng)慶油田原油集輸場(chǎng)站加熱爐燃料多采用石油伴生氣，伴生氣由氣液分離器從井液中分離，一些場(chǎng)站氣液分離不徹底，致使伴生氣含油超標(biāo)，一方面堵塞燃燒器電磁閥氣路，造成啟動(dòng)困難；另一方面導(dǎo)致燃料成分不穩(wěn)定，空氣系數(shù)難以控制。此類場(chǎng)站宜改進(jìn)油氣分離工藝，控制伴生氣含油量。

3.5減少燃煤加熱爐的漏煤量

少數(shù)伴生氣產(chǎn)量不足的井組或增壓站采用小型手燒式燃煤加熱爐，在添加燃煤或清理爐渣時(shí)極易產(chǎn)生漏煤，從而致使燃煤消耗量增加，操作時(shí)應(yīng)盡量減少漏煤。

3.6加強(qiáng)生產(chǎn)單位節(jié)能自查能力

當(dāng)前，長(zhǎng)慶油田節(jié)能工作主要由質(zhì)量管理與節(jié)能處領(lǐng)導(dǎo)，環(huán)境與節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心執(zhí)行具體監(jiān)測(cè)任務(wù)，由于能耗設(shè)備數(shù)量眾多，無論是人員配置，還是儀器配置均顯不足。各生產(chǎn)單位可自行配置電能綜合測(cè)試儀和煙氣分析儀等常用檢測(cè)儀器，增強(qiáng)節(jié)能自檢、自查能力，及時(shí)掌握重點(diǎn)耗能設(shè)備能耗狀況。

3.7加大節(jié)能培訓(xùn)力度

加熱爐耗能狀況與操作方法、維護(hù)保養(yǎng)有直接關(guān)系，節(jié)能管理首要任務(wù)是提高人員操作技能、增強(qiáng)節(jié)能意識(shí)，提升員工節(jié)能的自主性和技能。

4　結(jié)束語

如何使用好、管理好加熱爐，已成為油田節(jié)能管理乃至生產(chǎn)技術(shù)水平上臺(tái)階的重要環(huán)節(jié)。依據(jù)長(zhǎng)慶油田加熱爐節(jié)能監(jiān)測(cè)結(jié)果，針對(duì)不同生產(chǎn)場(chǎng)站加熱爐自身特點(diǎn)，提出減少漏風(fēng)、改造燃燒器、監(jiān)測(cè)煙氣、清灰除垢、淘汰高耗能設(shè)備及提高運(yùn)行管理等一系列措施。為同類其他油田加熱記提效提供借鑒。

［1］余伯炎，吳照云，孫德剛.石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000：151.

［2］石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).SY/T 6381—2008加熱爐熱工測(cè)定［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.020

2015-06-17）

張慶峰，1995年畢業(yè)于大慶油田供電職工中專（電力網(wǎng)專業(yè)），從事油田節(jié)能監(jiān)測(cè)工作，E-mail：zhangqf1_cq@petrochina.com.cn，地址：陜西省西安市經(jīng)開區(qū)鳳和路長(zhǎng)慶油田技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，710018。