油氣田加熱爐提高熱效率對策分析

馬建國 蒲明（.中國石油勘探與生產分公司；.中國石油規劃總院）

上游業務能耗占中國石油能耗總量的31%，是中國石油節能降耗的重點環節。因此，客觀認識上游業務的生產特點、科學評價油氣生產的操作難點，努力突破自身束縛，是實現節能降耗的重要基礎。加熱爐能耗占上游業務總能耗的23%，是油氣田企業重要耗能設備之一。如何有效提高加熱爐熱效率，降低燃料消耗、提高能源利用率顯得尤為重要。

1 油氣田加熱爐概況

油氣田加熱爐主要用于油氣田的井場、中轉站和聯合站，用火焰加熱含水原油、天然氣、水等混合介質，以滿足降黏輸送和油水分離等工藝技術的要求。

目前，油氣田加熱爐燃料類型主要以燃氣為主，兼有油氣混燒（燃煤爐較少）。常見加熱爐結構型式有：管式加熱爐、水套爐、火筒式直接加熱爐、相變加熱爐、有機熱載體式加熱爐（熱媒爐）、超導式加熱爐等6種。燃料在加熱爐輻射室（爐膛）中燃燒，產生高溫煙氣（600～750℃）并作為熱載體流向對流室，從煙囪排出。被加熱的介質在爐管內以對流方式從高溫煙氣中獲得熱量。

通過大量監測數據分析表明，熱負荷、排煙溫度和空氣系數對熱效率的影響最為明顯，爐體表面溫度對加熱爐熱效率影響最小。

1）合理匹配加熱爐負荷率尤為重要。當加熱爐負荷過高時，較高的排煙溫度增加了排煙熱損失；負荷過低時，過低排煙溫度易造成爐體腐蝕，進而增加相對散熱損失。

2）排煙溫度和空氣系數越高的加熱爐，熱效率越低；而排煙溫度和空氣系數較低的加熱爐，熱效率較高。

3）表面溫度超標嚴重的加熱爐，經由爐體發生的散熱損失會增加（負荷在低于30%時會有明顯影響）。

截至2011年，油氣田在用加熱爐超過2.2×104臺。加熱爐具有分布零散邊遠、超期服役明顯、總體功率偏小等特點：60%分布在邊遠的野外井場、在役10年以上的占36%、功率低于1.25MW的占86%。

2 油氣田加熱爐當前水平

“十一五”以來，我們通過老油田改造、隱患治理、節能專項等資金渠道，對加熱爐進行了一定程度的更新改造和調整優化，使得加熱爐整體利用水平有了一定提高。截至2011年，上游業務加熱爐的新度系數為0.45。

2011年，經中國石油股份公司油田節能監測中心抽測，上游業務加熱爐平均熱效率為80%（最高為92.8%），平均熱效率較“十一五”末提高了9.8個百分點，見表1。

表1 油氣田加熱爐2005年與2011年監測指標對比表

3 影響熱效率的因素

由于油氣田加熱爐以確保地層油氣混合流體從井口輸送到聯合站進行油氣分離為中心任務，油氣生產特點從客觀上就制約了加熱爐熱效率的提高。

3.1 油氣生產特性

1）高含水油氣混合物對金屬爐管的腐蝕性使得高效直接爐選擇受限，井口加熱爐一般采用間接加熱的管式爐（很少采用高效直接爐）。

2）低品位油藏開發成為主力后的多井低產局面將井口加熱爐選擇只能局限于低容量的加熱爐選型范圍內。

3）油氣處理規模在前期設計階段必須兼顧后期產能上升和接替等因素，由此造成中轉站、聯合站等站場加熱爐容量選擇偏大，油田后期產量遞減和采用大站預脫水等措施更加劇了加熱爐低負荷運行的普遍性。

3.2 生產維護特點

1）受限于低成本的運行和投資規?？刂?，僅使用15年以上的超期服役加熱爐占總數的17.2%。油氣田加熱爐更新力度遠遠達不到老舊超期的速度。

2）油氣田眾多加熱爐分布在地處邊遠的荒郊野外（超過1.3×104臺位于野外井場）。使得維護管理不能及時有效。

3）由于眾多低容量井口爐本體價值低，同時出于惡劣氣候和防盜等原因使得煙氣監測分析等自動化儀器不值得配套應用。

4 主要對策建議

加熱爐熱效率提高涉及到設計制造、標準選型、運行維護、更新改造等諸多環節。

1）創新設計制造。

在加熱爐設計制造方面應著手：

◇研究低容量高效加熱爐的創新技術和制造工藝。

◇積極探索適用非標產品設計與制造，增加可選高效加熱爐規格。

2）優化匹配選型。

在設計階段應該從以下幾個方面提高加熱爐的熱效率：

◇簡化優化集輸流程，優先選用多井串接工藝、減少分散加熱點。

◇對高含水稀油區塊盡量采用不加熱輸送工藝、結合關停并轉減，控制加熱爐數量。

◇通過優化設計規范，合理設置加熱爐設計余量系數，嚴控過大的設計富余。

◇準確核實站場熱負荷，科學匹配加熱爐能力和需求之間的關系。

◇增加井口加熱爐設計中的可選規格，使得加熱爐能力與需求盡量匹配。

◇充分考慮油氣田開發不同階段的需求，適當降低單臺容量、合理設置數量，提高運行過程中加熱爐運行的靈活度。

◇在設備選型中，綜合權衡設備投資與節能降耗的關系，推薦選用高效加熱爐。

3）規范設備管理。

在設備管理方面應從以下幾個方面開展工作：

◇完善加熱爐管理制度。以加熱爐平穩高效運行為中心，合理規范加熱爐管理制度，推動分級分類管理、細化加熱爐操作規程。

◇淘汰低效高耗加熱爐。盡快建立低效高耗設備更新淘汰制度、努力提高設備新度系數，確保加熱爐具有合理的機械性能。

◇提高操作人員能力水平。加強加熱爐操作人員的技能培訓，確保加熱爐安全高效運行。

4）推廣節能技術。

在技術改造方面應繼續堅持常規監測分析，科學評價加熱爐提效技術，進一步推廣應用先進適用的節能改造技術。目前常用的加熱爐提效技術有：

◇采用真空相變加熱爐。此類加熱爐熱效率能夠達到90%左右。

◇采用煙火管可抽式加熱爐。比普通火筒爐熱效率高5%左右。

◇應用高效燃燒器。自動控制系統與燃料空氣比例聯鎖調節控制，可提高燃燒效率10%。

◇應用引射式輻射管。使用輻射管后，排煙溫度平均下降20～30℃，熱效率提高5%以上。

◇應用遠紅外涂層。噴涂后，熱效率可提高3%以上。

◇應用高效除防垢裝置。單臺節氣率5%以上。

5 加熱爐提效潛力預測

以研制高效爐型和集成先進技術為基礎，通過合理的產能預測、精準的功率匹配、細致的維護管理和及時的淘汰更新，我們能夠有效提高油氣田加熱爐的整體熱效率水平。

按照設備提效經驗推算，目前油氣田在用加熱爐平均熱效率為80%，按照不同熱效率下提效所產生的節能效果分別測算：若加熱爐熱效率整體提高1個百分點，將實現節能量約11.9×104t標準煤，相當于節約原油8.4×104t。