加裝煙氣旁通管路提高加熱爐排煙溫度的效果分析

劉國豪 張廣超 許琛琛 趙乾坤 董林虎 張軒 張巍

（1.中國石油管道研究中心；2.中國石油西部管道新疆輸油氣分公司；3.中國石油管道公司技術(shù)服務(wù)中心；4.中國石油管道公司濟南輸油分公司；5.中國石油西部管道酒泉輸油氣分公司）

加熱爐是長輸熱油管道輸送系統(tǒng)主要的耗能設(shè)備之一，單臺設(shè)備功率大、能耗多，安全經(jīng)濟運行與否對企業(yè)有重要影響。輸油管道加熱爐的燃料有原油和天然氣兩種，其中天然氣在價格、燃燒產(chǎn)物污染少等方面的優(yōu)勢使燃氣加熱爐具有經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)點，在氣源有保證的前提下建議優(yōu)先選擇燃氣加熱爐。目前多個站場進行了燃油改燃氣的改造，目的是減少能耗成本，提高運行水平。燃油改燃氣主要是更換燃燒器和輔助燃燒系統(tǒng)，對爐膛內(nèi)及煙囪處結(jié)構(gòu)一般不做改動。燃油改燃氣后節(jié)省了燃料油預(yù)熱需要的能量，如果改造后沒有考慮到天然氣燃燒后硫化物、水汽比較多的情況，就會存在排煙溫度偏低、硫化物和水蒸氣多，易產(chǎn)生酸化物，對預(yù)熱器、煙道等產(chǎn)生腐蝕甚至穿孔，影響設(shè)備正常運行，造成設(shè)備壽命下降且運行風(fēng)險增加。為防止這種情況發(fā)生，需要采取措施提高燃氣加熱爐排煙溫度，降低酸露點腐蝕風(fēng)險。

1 站內(nèi)加熱爐運行現(xiàn)狀

該站內(nèi)有3 臺同型號的加熱爐，型號為YYW-8000Y，額定容量為8 MW，主要用于主管道原油加熱，屬于燃油改燃氣的加熱爐，燃料氣為上游油田提供的管道天然氣，燃料系統(tǒng)單臺計量。運行中發(fā)現(xiàn)3 臺燃氣加熱爐排煙溫度過低，煙氣中液態(tài)水多，煙道及對流室管路腐蝕比較嚴重。

2 技術(shù)改造主要內(nèi)容與原理

改造主要內(nèi)容是在加熱爐爐體尾部煙氣出口處加裝一直徑φ300 mm 旁通管路，一端裝在對流室上部的空氣進風(fēng)管路上，另一端接到對流室進輻射室的空氣進氣管路上，兩端都安裝閥門和擋板，根據(jù)需要可以把空氣進氣管路不經(jīng)過對流室，直接通過旁通管路進入燃燒室與天然氣混合，通過調(diào)節(jié)閥門和擋板的開度大小可以調(diào)節(jié)旁通管路空氣量，達到調(diào)節(jié)排煙溫度的目的。主要的原理就是通過旁通管路減少煙氣熱交換，使冷空氣不經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱，直接進到燃燒室與天然氣混合燃燒。

運行操作人員根據(jù)現(xiàn)場安裝的儀表顯示，在排煙溫度過低時打開旁通管路進出口閥門，同時根據(jù)需要調(diào)整進空氣預(yù)熱器的擋板閉合度，使部分或全部冷空氣經(jīng)過φ300 mm 的旁通管道繞開空氣預(yù)熱器直接進入加熱爐，減少或停止煙氣熱交換損失來提高排煙溫度，排煙溫度可以由最低時的20 ℃提高到全部打開后的90 ℃左右。

3 節(jié)能效果對比測試要求

為考察加裝煙氣旁通后排煙溫度提升效果，同時觀察對設(shè)備運行性能的影響，制定相應(yīng)的測試方案進行對比測試。首先測試加熱爐正常運行不打開旁通管路的情況，然后在保持加熱爐負荷不變的情況下，測試打開旁通閥門開100%后的主要運行指標(biāo)變化情況，主要指標(biāo)包括熱效率、排煙溫度、過剩空氣系數(shù)。

測試及計算采用標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》 ，結(jié)果評價按照SY/T 6837—2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》、 Q/SY GD0199—2009《加熱爐鍋爐大修節(jié)能效果評價方法》執(zhí)行。按照SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》的要求，應(yīng)同時進行正平衡法、反平衡法，以正平衡法結(jié)果為準(zhǔn)，且兩種方法的結(jié)果誤差不超過±2%。測試用儀器見表1。

表1 測試用儀器

4 測試結(jié)果與分析

3 臺加熱爐經(jīng)常運行在90%左右的負荷下，因此本次測試主要考察正常運行負荷下的相關(guān)數(shù)據(jù)，測試結(jié)果見表2。

表2 加熱爐主要運行指標(biāo)測試結(jié)果

由表2 可知，3 臺加熱爐在90%熱負荷下，與關(guān)閉空預(yù)器旁通狀態(tài)相比，全部開通空預(yù)器旁通狀態(tài)下煙氣熱交換減少，排煙溫度從40 ℃提高到85 ℃，提高了45 ℃，排煙溫度提高效果明顯，達到了改造的目的，同時其他主要參數(shù)熱效率略有2%的下降，因為煙氣熱損失增加，但是降低后的熱效率數(shù)值仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6837—2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》的要求，且運行的安全系數(shù)大大增加。

測試結(jié)果表明，3 臺加熱爐在測試工況下煙氣的過剩空氣系數(shù)均過大，均未達到評價標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6837─2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》中限定值的要求，其他項評價指標(biāo)熱效率、排煙溫度等均達標(biāo)。綜合評價，該加熱爐達到了改造的目的，但同時運行中存在空氣系數(shù)偏大等問題，需要調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板，調(diào)整燃料氣和空氣的配比，減少過剩空氣系數(shù)，進一步提高熱效率。

5 結(jié)論

排煙溫度過高或者過低都對加熱爐的運行有不良影響。排煙溫度過高時說明爐膛燃燒效果差，排煙損失高，熱效率偏低；排煙溫度過低時熱損失少、熱效率高，但存在著酸露點腐蝕設(shè)備的運行風(fēng)險。運行中必須將排煙溫度維持在一個合理區(qū)間內(nèi)，以高于酸露點溫度同時低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度區(qū)間最為合理。這就需要日常運行中定期吹灰、調(diào)整燃料氣與空氣的燃燒配比等，保證加熱爐維持在高效率區(qū)運行。通過在空氣預(yù)熱器前后加裝旁通管路，使冷空氣直接與天然氣混合燃燒，減少煙氣在對流室的熱交換熱量損失，達到了提高排煙溫度的目的，減小了設(shè)備的運行風(fēng)險。該改造方法簡單、實用，對設(shè)備的影響小，可以為相關(guān)設(shè)備改造提供參考。