加熱爐運行分析及改進

楊春（大慶油田有限責任公司第七采油廠規劃設計研究所）

加熱爐運行分析及改進

楊春（大慶油田有限責任公司第七采油廠規劃設計研究所）

大慶油田第七采油廠開發三十余年，由于產能遞減，早期安裝的加熱爐部分出現負荷偏低、加熱效率下降、腐蝕結垢嚴重等問題。因此，探討加熱系統的特點及尋求對應的提高效率措施成為油田的重要任務。結合廠加熱系統現狀，對影響加熱爐效率的因素進行了分析，影響加熱爐效率的主要原因是結垢，因此，有效的除垢防垢技術是提高加熱爐效率的有效方法，如空穴射流清洗技術、應用節能涂料，從而達到提高加熱爐爐效、降低耗氣量的目的。

加熱爐 技術改造 空穴射流清洗 節能涂料 爐效

大慶油田所產石油大部分為石蠟基原油，具有“高含蠟、高凝點、高黏度”的特點，為了保證原油的正常輸送，需要對原油進行加熱，因此，加熱爐成為油田生產中不可或缺的重要設備；同時，加熱爐也是耗能比較大的設備。大慶油田第七采油廠早期安裝的加熱爐部分出現負荷偏低、加熱效率下降、腐蝕結垢嚴重等問題，因此，降低加熱爐能耗，提高加熱爐熱效率成為目前的緊要任務。

1 原因分析

加熱爐熱效率主要是指加熱設備對燃料熱量的利用率，受多方面因素的影響，如燃料燃燒情況、設備換熱能力、熱量損失等。目前，影響該廠加熱爐效率的因素主要有以下兩方面：

1）加熱爐結垢問題[1]。油田加熱爐工質成分復雜、雜質多、礦化度高，極易結垢，結垢后嚴重影響加熱爐換熱管的傳熱效果?；鹜彩郊訜釥t煙火管壁面溫度高，工質流動速度緩慢，相對處于靜止狀態，反應垢和沉積垢生成速度快，不易清理，且清垢周期長、費用高，垢的存在嚴重影響加熱爐的傳熱效果。相變爐和水套爐理論上殼程不結垢，被加熱介質在管程流動，會在換熱管內壁生成反應垢和沉積垢，但由于其換熱管壁面溫度較低，工質流速較快，垢的生長速度相對較慢，但同樣影響加熱爐的傳熱效果。相比火筒式加熱爐，隨著現代清管技術日趨成熟，相變爐和水套爐換熱管垢層的清理相對簡單，周期短、成本低、見效快。

2）運行參數與加熱爐的匹配問題。油田加熱爐目前在運行參數控制上大多采用粗獷式管理，沒有按照加熱爐的工藝設計參數要求運行，超負荷、低負荷等情況普遍，沒有充分發揮加熱爐的優勢。

2 技術對策

通過上述分析可知，影響加熱爐效率的主要因素為結垢，因此，有效的除垢防垢技術是提高加熱爐爐效行之有效的方法。

2.1 空穴射流清洗技術

空穴射流清洗技術運用的是流體力學領域中的“空穴效應”原理。投放在管線中的清洗器，在流水和壓縮空氣的推動下快速向前移動，清洗器上的葉片產生高頻、劇烈振顫，清洗器被由此產生的急速旋轉的渦流所包圍，形成了連續移動的低壓區；這個區域的流水始終呈汽化狀態，由此產生的細微汽泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬時激射出強力的微射流，無數的微射流匯聚成沖擊波，徹底粉碎了沉積物（圖1）。

圖1 空穴射流工作原理

2.2 節能涂料涂敷技術

FHC遠紅外節能涂料是一種涂刷于加熱爐爐膛內壁的新型節能涂料（圖2），采用輻射吸熱原理，提高了加熱爐爐膛吸熱能力和加熱爐系統效率，具有耐高溫、輻射率高、降低煙垢和水垢生成速度的特點。

圖2 FHC遠紅外節能涂料現場照片

3 應用及效果

3.1 空穴射流清洗技術

對第三油礦葡南1#轉油站3#真空加熱爐、葡四聯合站3#、4#真空加熱爐進行空穴射流清洗，3臺加熱爐參數見表1。

表1 3臺試驗真空加熱爐基本情況統計

3臺試驗加熱爐均為早期產品，換熱盤管匯集器或內置爐體內、或無清洗接口，為便于進行物理清洗，首先對試驗爐匯集器進行改造，從爐體內拉出到爐外，設置清洗接口，以便于清洗器可以順利地進入管路中，平均改造周期為3天。改造方式如下：

◇將加熱爐摻水管線進出口的一端割開，將進水匯管移到爐外；

◇將爐外摻水管線出口縮徑部位更換成同徑管線；

◇安裝物理清洗儀器的投放和回收接口；

◇恢復爐體保溫。

2013年11月完成了采油七廠三礦葡南1#站3#加熱爐、三礦葡四聯3#加熱爐、4#加熱爐的清垢清洗作業。平均清垢清洗作業周期為1天。

表2 空穴射流清洗前后監測數據

由表2可知，葡南1#轉油站3#真空爐爐效提高5.6%，節氣率為6.45%；葡四聯合站3#真空爐爐效提高5.53%，節氣率為8.94%；葡四聯合站4#真空爐爐效提高5.73%，節氣率為9.16%。按照加熱爐平均節氣率為8.18%，單爐耗氣量為2000 m3/d計算，1年運行200天，年節氣9.82×104m3；天然氣價格按2.02元/m3計算，則年節氣效益為19.84萬元。投入6萬元，產出19.84萬元。

3.2 節能涂料涂敷技術

對葡北1#轉油站3臺二合一加熱爐進行節能涂料涂敷，2014年10月，完成了3臺加熱爐節能涂料涂敷工作。根據節能技術監測評價中心的評價報告，對比涂敷前后加熱爐的節能效果（表3）。1#中轉站加熱爐涂敷遠紅外節能涂料后，1#加熱爐節氣率8.01%，2#加熱爐節氣率8.28%，3#加熱爐節氣率7.95%。

表3 加熱爐涂敷遠紅外節能涂料前后監測數據

加熱爐涂敷節能涂料前按照平均單爐日耗氣2000 m3，涂敷FHC遠紅外節能涂料后（平均節氣率8.08%）單爐節氣161.6 m3/d。涂敷節氣有效期限為1年，3臺加熱爐年節氣9.7×104m3，年節氣效益19.59萬元。投入3萬元，產出19.59萬元。

4 結論

1）應用高效清垢防垢技術是提高加熱爐效率的有效方法，使用后加熱爐爐效可提高5%以上。

2）對于相變加熱爐和水套爐，合理匹配運行參數，尤其是工質流速，能在一定程度上降低污垢的生長速度，延長高效周期，提高運行效率。

3）按季節變化合理配置加熱爐運行臺數，以提高負荷率。

4）對排煙溫度超標、過?？諝庀禂递^高的加熱爐，應提高監測次數，實時掌握其運行狀態；根據監測結果及時調節配風量，從而降低各項損失，減少環境污染，提高爐效，節約能源。

[1]錢家麟.管式加熱爐[M].2版.北京:中國石化出版社, 2013:642-643.

表1 現場測試數據

3 結論

1）抽油機是油田采油設備主要負載之一，通過試驗驗證了六合一節能裝置節能效果顯著，降低了無功功率在線路上的損耗。

2）可以根據要求調節轉速，提高油田輸電線路和變壓器的輸電能力，提高油田配電變壓器的運行效率，有效提高了油田電網的供電質量。

3）能夠根據油井狀況實時調節抽油機運行沖速，沖速調節方便靈活。

4）具備遠程監控功能，能夠實現油田油井設備遠程監測，方便隨時掌握各油井運行狀況，為油田的自動化運行奠定了一定的基礎。

參考文獻：

[1]薄保中,龔新強.抽油機電動機的節能改造[J].節能技術,2000,3(2):31-32.

[2]武偉偉.抽油機節能型變頻驅動裝置研究[D].武漢:華中科技大學,2012.

（收稿日期：2015-02-04）

中國石化河北承德石油公司三岔口油庫

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.017

2015-01-27）

楊春，工程師，2004年畢業于西南石油大學（油氣儲運專業），從事油氣集輸規劃設計工作，E-mail：306262181@qq. com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第七采油廠規劃設計研究所，163517。