加熱爐熱效率分析及改進(jìn)措施

張震輝（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

加熱爐熱效率分析及改進(jìn)措施

張震輝（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

加熱爐是保障油田生產(chǎn)最常用的設(shè)備之一，也是能源消耗較大的裝置。受各種因素影響，加熱爐普遍存在能耗偏高的問題，因此重視現(xiàn)有加熱爐的技術(shù)改造和加熱爐的新技術(shù)應(yīng)用，提高加熱爐熱效率，是降低裝置能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。通過對加熱爐熱效率的影響原因進(jìn)行分析，確定了6個(gè)方面的主要影響因素，并摸索出針對這些影響因素的有效改進(jìn)措施。在改進(jìn)措施實(shí)施后，全礦加熱爐平均熱效率從78.2%提高到86.3%，提高熱效率8.1%。

加熱爐；熱效；改進(jìn)措施

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.009

加熱爐是油田生產(chǎn)最常用的設(shè)備之一，也是能源消耗較大的裝置。以某油礦為例，目前共有各類加熱爐60臺。總負(fù)荷超過75MW，單臺最大熱負(fù)荷達(dá)到2 MW，加熱爐能耗占全礦能耗的30%以上。由于受各種因素影響，加熱爐普遍存在能耗偏高的問題，因此重視現(xiàn)有加熱爐的技術(shù)改造和加熱爐的新技術(shù)應(yīng)用，提高加熱爐熱效率，是降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

1 熱效率影響因素分析

加熱爐的工作原理是燃?xì)庠跔t內(nèi)燃燒釋放熱量，通過輻射室輻射換熱，對流室的煙氣對流換熱，把熱量傳遞給爐管及爐管內(nèi)介質(zhì)。

加熱爐熱效率表示向爐子提供的能量被有效利用的程度，即被加熱流體吸收的有效熱量與燃料燃燒放出的總熱量之比。

式中：η——加熱爐熱效率，%；

Q——爐子的有效熱負(fù)荷，kW；

B——燃料用量，m3/h；

QL——燃料低發(fā)熱值，kJ/m3。

從公式看出，爐子的有效熱負(fù)荷越高，熱效率就越高；燃料用量越少，熱效率就越高。

影響爐子有效熱負(fù)荷的因素主要有以下幾方面：一是爐體外殼的保溫程度，保溫好，熱量散失少，熱效率就高。二是輻射室火焰長度，火焰越長，熱輻射越高，火焰長度與燃燒器的結(jié)構(gòu)、風(fēng)量和燃料性質(zhì)有關(guān)。三是出風(fēng)量，由煙道擋板控制，調(diào)節(jié)排煙氧含量和排煙溫度。四是煙管熱傳導(dǎo)效率，受管壁結(jié)垢情況影響[1]。

影響燃料用量的因素主要是油田加熱爐多使用返輸干氣或自產(chǎn)天然氣，耗氣量受含水量和燃燒器結(jié)構(gòu)功能影響。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

通過對全礦60臺加熱爐現(xiàn)場調(diào)查、測試分析，目前加熱爐熱效率為78.2%。導(dǎo)致加熱爐熱效率低的主要因素有：

1）加熱爐老化，故障頻發(fā)。目前有28臺加熱爐使用年限超過15年。其中2臺二合一加熱爐火管變形，7臺高效爐保溫層部分脫落、吊掛變形，影響了熱效率。

2）加熱爐煙道擋板高，不易調(diào)節(jié)。擋板調(diào)節(jié)裝置銹死、卡住導(dǎo)致調(diào)節(jié)困難，位置高，不易操作。

3）未安裝排煙溫度檢測裝置。大部分加熱爐未安裝排煙溫度檢測裝置，不能隨時(shí)根據(jù)檢測狀況調(diào)節(jié)煙道擋板，使燃燒效率保持最佳狀態(tài)[2]。

4）燃?xì)夂摺＠?70和喇230轉(zhuǎn)油站天然氣脫水效果不好，燃?xì)夂扛遊3]。喇470轉(zhuǎn)油站達(dá)到2167mg/m3，喇230轉(zhuǎn)油站達(dá)到2451mg/m3，易導(dǎo)致加熱爐熄火，燃燒效果不好。

5）燃燒器控制效率低。自動燃燒器給轉(zhuǎn)油站加熱爐的溫度調(diào)控帶來了安全和便利，促進(jìn)了加熱爐管理水平的提高，但是自動燃燒器在安裝調(diào)試的過程中都是按照50℃、55℃、60℃三個(gè)檔位進(jìn)行溫控，而且沒有進(jìn)行煙囪排煙溫度的檢測，無法確定加熱爐最佳運(yùn)行狀態(tài)下的自動調(diào)節(jié)。

6）燃燒器故障率高。冬季氣溫較低，加熱爐燃燒器故障頻繁，自動模式改成手動模式，燃燒效率低。

3 改進(jìn)措施及效果

針對上述問題，采取了以下6項(xiàng)改進(jìn)措施，取得了良好的效果。

3.1 優(yōu)化加熱爐運(yùn)行

針對加熱爐老化，故障頻發(fā)，采取優(yōu)化加熱爐運(yùn)行措施。目前全礦60臺加熱爐中9臺加熱爐使用年限長，其中2臺二合一加熱爐，火管變形，7臺高效爐保溫層部分脫落，吊掛變形嚴(yán)重影響熱效率。這些加熱爐爐效低，故障率高并且存在安全隱患。對這9臺加熱爐進(jìn)行維修處理，另外的加熱爐進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行，其中喇470轉(zhuǎn)油站、230轉(zhuǎn)油站、360轉(zhuǎn)油站等3座轉(zhuǎn)油站實(shí)施4臺運(yùn)3臺；喇431轉(zhuǎn)油站1座轉(zhuǎn)油站實(shí)施3臺運(yùn)2臺。通過優(yōu)化運(yùn)行，避免了燃?xì)獾睦速M(fèi)，杜絕了安全隱患，提高了加熱爐熱效率[4]。

3.2 安裝低位煙道調(diào)節(jié)裝置

針對加熱爐煙道擋板高，不易調(diào)節(jié)，采取處理銹死、卡死加熱爐擋板，安裝低位煙道調(diào)節(jié)裝置。對全礦所有加熱爐擋板進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)9臺加熱爐有煙道擋板銹死、卡死、開關(guān)不靈活的情況，組織力量進(jìn)行了全面處理，確保了煙道擋板開關(guān)靈活好用。針對煙道擋板調(diào)節(jié)位置較高，存在安全隱患的情況，在喇290轉(zhuǎn)油站、喇470轉(zhuǎn)油站安裝了低位煙道擋板調(diào)節(jié)裝置，并帶有檢測端口，方便員工進(jìn)行調(diào)節(jié)操作，依據(jù)檢測數(shù)據(jù)，確保擋板始終處在最佳開啟狀態(tài)。

3.3 動態(tài)監(jiān)測

針對大部分加熱爐未安裝排煙溫度檢測裝置，采取動態(tài)監(jiān)測的措施。在加熱爐運(yùn)行時(shí)利用手持含氧分析儀進(jìn)行煙囪排煙溫度的檢測。在介質(zhì)流量固定的情況下，通過多個(gè)溫度點(diǎn)煙道擋板的開啟程度，折算出最佳爐效，據(jù)此確定煙道擋板最佳開啟度并做好標(biāo)示，使加熱爐始終在最佳爐效狀態(tài)下運(yùn)行。

3.4 加裝氣包

針對燃?xì)夂撸扇〖友b氣包的措施。在喇470和喇230兩個(gè)天然氣脫水效果不好的轉(zhuǎn)油站，在進(jìn)加熱爐的燃?xì)夤芫€上安裝氣包[5]，定時(shí)放水，減少燃?xì)夂绊憽０惭b氣包后，喇470轉(zhuǎn)油站含水量從2167mg/m3降到1024mg/m3，喇230轉(zhuǎn)油站含水量從2451mg/m3降到1108mg/m3。

3.5 增加自動燃燒器溫控檔位

針對燃燒器控制效率低，采取增加自動燃燒器溫控檔位措施[6]。結(jié)合自動燃燒器廠家，應(yīng)用含氧分析儀進(jìn)行了40℃、45℃、50℃、55℃、60℃五個(gè)檔位溫控實(shí)驗(yàn)，通過含氧分析儀測定的煙囪排煙溫度調(diào)整自動燃燒器溫控指令，使自動燃燒器監(jiān)控溫度范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，溫控精確度得到提高，煙囪平均排煙溫度下降了31℃，確保了加熱爐始終在最佳爐效狀態(tài)下運(yùn)行。

3.6 加強(qiáng)燃燒器改進(jìn)、維修

針對燃燒器冬季故障率高，結(jié)合廠家對故障問題進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)增加了2套備用燃燒器，出現(xiàn)故障可以快速進(jìn)行更換和維修。2015年自動燃燒器故障同比減少8次，故障影響時(shí)間減少了2.8天。

通過采取以上措施，全礦加熱爐平均熱效率從78.2%提高到86.3%。提高了8.1%，全年累計(jì)節(jié)氣81×104m3，節(jié)約36.45萬元。

4 結(jié)論

影響加熱爐熱效率的主要因素是加熱爐老化、煙道擋板不易調(diào)節(jié)、無排煙溫度檢測裝置、燃?xì)夂矢摺⑷紵骺刂菩实汀⑷紵鞴收下矢摺２扇?yōu)化運(yùn)行、安裝低位煙道調(diào)節(jié)裝置、動態(tài)監(jiān)測、加裝氣包、增加自動燃燒器溫控檔位、加強(qiáng)燃燒器改進(jìn)、維修，能夠有效提高加熱爐熱效率。

[1]于寶新.油田油水泵站技術(shù)常識[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：70.

[2]許建選.加熱爐節(jié)能改造評價(jià)[J].石油石化節(jié)能，2014（1）：21-22.

[3]王光然.油氣集輸[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006：116-117.

[4]俞伯炎.石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：148-152.

[5]李虞庚.油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994：168-171.

[6]王樹豐.管式加熱爐燃燒器的選用[J].油氣田地面工程，2013，32（7）：117.

2017-05-03

（編輯 王古月）

張震輝，2011年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，從事油氣集輸管理工作，E-mail：zhangzhenhui@peteochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠第四油礦406隊(duì)，163114。