潘騰 劉國(guó)豪 王乾坤 田磊 李東陽(yáng) 穆承廣 翟星月 任波濤

（1.中國(guó)石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石油管道公司；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理部）

1 現(xiàn)狀

目前中石油管道有限責(zé)任公司在役長(zhǎng)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(tái)，總裝機(jī)容量約750 MW，是原油管道生產(chǎn)運(yùn)行的主要耗能設(shè)備。由于西部管網(wǎng)和東北管網(wǎng)均采用了摻混輸送等優(yōu)化運(yùn)行措施[1-2]，目前中國(guó)石油在用直接加熱爐主要集中在管道分公司，特別是以長(zhǎng)慶原油外輸管道為主，如惠銀（惠安堡-銀川） 原油管道、長(zhǎng)呼（長(zhǎng)慶-呼和浩特）原油管道等，公司爐類設(shè)備合格率偏低，能源消耗成本較高。“十一五”期間加熱爐監(jiān)測(cè)合格率為39.58%[3]?！笆濉逼陂g加熱爐監(jiān)測(cè)合格率52.45%[4]。加熱爐存在的問(wèn)題普遍為爐子設(shè)計(jì)不合理，對(duì)流室換熱面積不夠，造成排煙溫度高；運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)、定期吹灰，換熱效率下降等[5]。

長(zhǎng)慶管網(wǎng)投產(chǎn)運(yùn)行已近10 年，部分設(shè)備年久失修，能效持續(xù)降低。為了挖潛加熱設(shè)備降本增效的空間，擬采取各種技術(shù)措施提高加熱爐的熱效率，如開(kāi)展加熱爐大修改造[6]。為考察加熱爐大修前后節(jié)能效果，在某原油管道選擇1 臺(tái)加熱爐進(jìn)行大修前后節(jié)能測(cè)試，通過(guò)對(duì)比同等負(fù)荷運(yùn)行條件下的加熱爐節(jié)能測(cè)試結(jié)果，以分析加熱爐的節(jié)能技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效果[7]。

2 加熱爐概況

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

節(jié)能監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)分別于2018 年3 月20 日、2019 年3 月21 日對(duì)該加熱爐進(jìn)行了節(jié)能監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該爐運(yùn)行熱效率偏低、空氣系數(shù)超標(biāo)、排煙溫度偏高，多次監(jiān)測(cè)均為節(jié)能監(jiān)測(cè)不合格設(shè)備。分析原因可能是該爐運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且長(zhǎng)期以原油為燃料，存在燃燒器老化、爐膛積灰、爐管結(jié)渣等問(wèn)題，導(dǎo)致燃燒、傳熱效果欠佳，造成排煙溫度偏高。為解決上述問(wèn)題，生產(chǎn)運(yùn)行單位組織對(duì)該爐進(jìn)行了大修，大修主要內(nèi)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(hào)是GRP-700M-I；大修后改造為油氣兩用燃燒器，型號(hào)是RGMS 70/1-B。改造前以燒原油作為燃料，其燃料油系統(tǒng)較為完善，改造燃燒器工藝設(shè)計(jì)采取新增燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)，并保留已建燃料油系統(tǒng)。

2）氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)改造。拆除原有氮?dú)馄拷M滅火系統(tǒng)，更換為氮?dú)夤逌缁鹣到y(tǒng)，以提高氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)的效率。

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

4）加熱爐吹灰器系統(tǒng)改造。將原氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)式吹灰器更換為強(qiáng)力脈沖吹灰器，更換不銹鋼吹灰管，清理吹灰器前過(guò)濾器、更換濾芯。

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

3 試驗(yàn)測(cè)試

3.1 試驗(yàn)描述

A#加熱爐大修改造工程于2019 年6 月份開(kāi)始，持續(xù)施工至10 月底結(jié)束。為驗(yàn)證該加熱爐大修后的熱工性能，節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)人員11 月25 日對(duì)該爐進(jìn)行了大修后測(cè)試。正常生產(chǎn)時(shí)，該爐為自動(dòng)控制運(yùn)行模式。測(cè)試期間該爐由自動(dòng)切為手動(dòng)控制狀態(tài)[8]，該爐大修前后現(xiàn)場(chǎng)先后在50%負(fù)荷、68%負(fù)荷和最大運(yùn)行負(fù)荷3 個(gè)工況下進(jìn)行了節(jié)能測(cè)試。

3.2 測(cè)試及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

加熱爐測(cè)試方法執(zhí)行SY/T 6381—2016《石油工業(yè)用加熱爐熱工測(cè)定》[9]，進(jìn)行大修理對(duì)比測(cè)試時(shí)按照二級(jí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展，同時(shí)進(jìn)行了正平衡法和反平衡法測(cè)試，測(cè)定結(jié)果以正平衡法和反平衡法測(cè)定的效率平均值為準(zhǔn)。大修理后，該爐具備油氣兩用條件，分別進(jìn)行了以原油為燃料和天然氣為燃料下的對(duì)比測(cè)試，以驗(yàn)證燃料技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效果。

加熱爐評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB/T 34165─2017《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》[10]。

3.3 測(cè)試儀器及精度等級(jí)

測(cè)試儀器及準(zhǔn)確度等級(jí)見(jiàn)表1。其中燃燒效率分析儀用來(lái)分析排煙氣組分及測(cè)試排煙溫度，表面溫度計(jì)用于測(cè)試爐體表面溫度，液體超聲波流量計(jì)用于測(cè)試工藝油流量。壓力傳感器、溫度傳感器、燃料油流量計(jì)、燃料氣流量計(jì)均采用現(xiàn)場(chǎng)儀表遠(yuǎn)傳參數(shù)，以上儀表均在檢定周期內(nèi)，精度等級(jí)符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 測(cè)試儀器及準(zhǔn)確度

3.4 測(cè)試結(jié)果

對(duì)比測(cè)試前，該爐均提前運(yùn)行8 h 以上，爐體及燃燒器正常。測(cè)試過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行工況穩(wěn)定，在50%負(fù)荷、68%負(fù)荷和最大運(yùn)行負(fù)荷3 個(gè)負(fù)荷下每隔15 min 各記錄5 組數(shù)據(jù)，計(jì)算參數(shù)取算數(shù)平均值。大修前后相關(guān)參數(shù)與測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2 可以看出，該加熱爐經(jīng)過(guò)大修理措施后，加熱爐的排煙溫度降低、空氣系數(shù)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(guān)參數(shù)與測(cè)試結(jié)果

4 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比分析

4.1 技術(shù)效果對(duì)比

A#直接加熱爐與該原油輸送管道一起投產(chǎn)，已運(yùn)行超過(guò)10 年，存在燃燒器老化、爐膛積灰、爐管結(jié)渣等問(wèn)題，導(dǎo)致燃燒、傳熱效果欠佳，造成排煙溫度偏高，多次節(jié)能監(jiān)測(cè)均為節(jié)能監(jiān)測(cè)不合格設(shè)備。經(jīng)生產(chǎn)管理部門(mén)2019 年組織大修改造后，分別在燃油和燃?xì)鉅顟B(tài)下以同等負(fù)荷運(yùn)行條件進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明大修后空氣系數(shù)、排煙溫度、表面平均溫度及熱效率等指標(biāo)均符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能限定值要求，均為節(jié)能監(jiān)測(cè)合格設(shè)備。在相同負(fù)荷測(cè)試工況下，對(duì)比該爐大修前后熱效率平均提高11.68%、空氣系數(shù)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(tài)下平均節(jié)能率為6.73%，在燃?xì)鉅顟B(tài)下平均節(jié)能率為8.37%，大修改造效果良好。

4.2 經(jīng)濟(jì)效果分析

經(jīng)測(cè)算加熱爐大修后在燃油狀態(tài)下平均節(jié)能率為6.73%，在燃?xì)鉅顟B(tài)下平均節(jié)能率為8.37%，燃?xì)鉅顟B(tài)下節(jié)能率更高且更為環(huán)保。以該臺(tái)加熱爐每年運(yùn)行 200 天，每天運(yùn)行 20 h，燃料油平均2 600 元/t 計(jì)算，燃料氣平均 2 000 元/103m3計(jì)算，燃油狀態(tài)供給同樣熱值年節(jié)約費(fèi)用22 萬(wàn)余元，燃?xì)鉅顟B(tài)供給同樣熱值年節(jié)約費(fèi)用23 余萬(wàn)元，節(jié)能效益十分顯著。以該加熱爐大修投資70 余萬(wàn)元算，約3 年即可收回投資，投資回報(bào)率較高。

5 結(jié)論

1）對(duì)比分析A#直接加熱爐大修前后測(cè)試結(jié)果表明，該加熱爐經(jīng)過(guò)大修理措施后，加熱爐的排煙溫度降低、空氣系數(shù)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(jīng)濟(jì)效果表明，大修后以原油和天然氣兩種燃料測(cè)試效果對(duì)比，該爐在燃?xì)鉅顟B(tài)下的熱效率更高、空氣系數(shù)更低、排煙溫度更低、節(jié)能率更高，因此燃?xì)鉅顟B(tài)節(jié)能效果更明顯。