提高輸油管道加熱爐熱效率的主要途徑

許彥博 許鐵 許元偉 張軒 穆承廣 劉國豪

（1.中國石油北京油氣調(diào)控中心；2.中國石油管道科技研究中心；3.中國石油北京天然氣管道有限公司大港儲氣庫分公司）

提高輸油管道加熱爐熱效率的主要途徑

許彥博1許鐵2許元偉3張軒2穆承廣2劉國豪2

（1.中國石油北京油氣調(diào)控中心；2.中國石油管道科技研究中心；3.中國石油北京天然氣管道有限公司大港儲氣庫分公司）

概述了輸油管道加熱爐的運(yùn)行現(xiàn)狀，通過對輸油生產(chǎn)中加熱爐的運(yùn)行現(xiàn)狀的測試分析，找出了影響加熱爐熱效率低和運(yùn)行參數(shù)不達(dá)標(biāo)的主要因素。根據(jù)加熱爐的結(jié)構(gòu)和工作原理以及其運(yùn)行特點，介紹了生產(chǎn)運(yùn)行中提高加熱爐熱效率的主要途徑。

輸油管道；加熱爐；熱效率；空氣系數(shù)；排煙溫度

油管道加熱爐是主要耗能設(shè)備，其能耗占總能耗的80%～83%；因此，降低加熱爐燃料消耗，提高加熱爐熱效率是實現(xiàn)裝置低能耗、高效率的主要方法，它在輸油生產(chǎn)運(yùn)行中具有十分重要的地位，加熱爐效率的高低與節(jié)約能源、降低成本有極密切的關(guān)系。

1 輸油管道加熱爐運(yùn)行現(xiàn)狀

對輸油管線49臺加熱爐進(jìn)行熱工測定[1-2]，其中熱媒爐12臺，直接爐37臺。執(zhí)行SY/T 6837─2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》、SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》、Q/SY GD0016—2012《熱媒間接加熱裝置熱工測定》，加熱爐監(jiān)測結(jié)果評價見表1。

2 加熱爐監(jiān)測結(jié)果

2.1 熱媒爐

熱媒爐12臺，綜合評價全部合格的為9臺[3]，節(jié)能運(yùn)行6臺。在各分項評價中，熱效率合格的12臺，排煙溫度合格的11臺，空氣系數(shù)合格的11臺，表面溫度合格的11臺。平均運(yùn)行熱效率88.37%。在所測試的12臺次熱媒爐中，包括大修前測試1臺、大修后測試9臺、油氣改造后測試2臺，其中有1臺次是燃?xì)鉅顟B(tài)測試，11臺次是燃油狀態(tài)測試。

2.2 直接爐

直接加熱爐37臺，綜合評價全部合格的為14臺[3]。在各分項評價中，熱效率合格的19臺，排煙溫度合格的14臺，空氣系數(shù)合格的31臺，表面溫度合格的30臺。平均運(yùn)行熱效率85.13%。

3 加熱爐主要存在問題

3.1 運(yùn)行負(fù)荷偏低

1）隨著輸油量的變化，輸油量與原設(shè)計要求不能匹配，部分加熱爐存在載荷過低的現(xiàn)象，加熱爐運(yùn)行負(fù)荷差異很大，部分加熱爐處于低負(fù)荷下運(yùn)行，導(dǎo)致加熱爐熱效率偏低。

2）熱媒加熱爐由于積灰嚴(yán)重，導(dǎo)致?lián)Q熱效果差；提升熱負(fù)荷會導(dǎo)致爐膛溫度、煙道氣溫度、熱媒出爐溫度超出設(shè)定值使?fàn)t子自動化系統(tǒng)報警或停爐，熱媒爐達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行。

3.2 排煙溫度過高

1)排煙溫度高是直接加熱爐普遍存在的問題。排煙溫度合格率僅為37.83%，一是對流室換熱面積不夠，二是吹灰力度不夠，爐膛灰只能在停爐時進(jìn)行人工清灰。由于生產(chǎn)需要和環(huán)境保護(hù)要求，加熱爐在運(yùn)行過程中不能保證及時、定期吹灰，造成排煙溫度超標(biāo)。

2)熱媒加熱爐原設(shè)計中沒有考慮吹灰問題，爐子吹灰器都是后配的。由于列管式空氣預(yù)熱器煙管過長（達(dá)5 m），且為高密翅片式換熱管，吹灰結(jié)構(gòu)不合理，吹灰效果不好，造成煙道集灰嚴(yán)重，導(dǎo)致熱媒-原油換熱效果不好，排煙溫度過高。

表1 加熱爐監(jiān)測結(jié)果評價

3.3 低溫酸露點腐蝕

列管式空氣預(yù)熱器低溫露點腐蝕嚴(yán)重。由于煙管較長，而空氣預(yù)熱器尾部壁溫低，燃油中含硫較高，造成低溫露點腐蝕。因腐蝕穿孔使得助燃空氣短路，降低了空氣預(yù)熱器的使用壽命，導(dǎo)致助燃風(fēng)量小、霧化風(fēng)壓低；而提升熱負(fù)荷致使?fàn)t子燃燒不完全，冒黑煙。

4 提高加熱爐熱效率方法

4.1 加強(qiáng)日常運(yùn)行管理，保證加熱爐在高效率下運(yùn)行

加熱爐在高效率下運(yùn)行，使加熱爐處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，是加熱爐提高熱效率的最直接、最有效的方法和手段[4]。加強(qiáng)運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)，精細(xì)化管理，落實各項管理制度。管道節(jié)能監(jiān)測中心在每年的測試過程中對加熱爐的排煙處含氧量進(jìn)行調(diào)試，含氧量控制在3%～5%，使加熱爐在最佳燃燒狀態(tài)下運(yùn)行，加熱爐效率普遍提高2%～3%。

測試農(nóng)安站2#加熱爐，排煙處含氧量為7.1%，空氣系數(shù)為1.5，熱效率為86.1%。通過調(diào)整燃燒器配風(fēng)比，將排煙處含氧量調(diào)到4.4%，空氣系數(shù)為1.3，熱效率為88.3%，熱效率提高了2.2個百分點。

4.2 加熱爐大修和技術(shù)改造

現(xiàn)直接加熱爐普遍采用國外進(jìn)口威索、奧林、百得等比例式燃燒器，代替了老式旋杯燃燒器。新的燃燒器與老式燃燒器相比，前者燃燒效率、自控程度高，且不需要助燃空氣預(yù)熱。這樣，在進(jìn)行直接加熱爐技術(shù)改造時，更換了威索、奧林、百得等比例式燃燒器后，直接加熱爐去掉了空氣預(yù)熱器系統(tǒng)，使得直接加熱爐排煙溫度過高；所以，在直接加熱爐大修技術(shù)改造更換威索、奧林、百得等比例式燃燒器的同時，要考慮到技術(shù)的合理性，增加對流室換熱面積。

降低排煙溫度可以明顯提高加熱爐的熱效率，一般情況下，排煙溫度每降低12～15℃左右，熱效率可提高1%。

惠安堡站1#加熱爐，在技術(shù)改造后增加了對流室面積，增大熱交換面積，改造前排煙溫度是237.0℃，熱效率為84.6%；改造后排煙溫度下降到202.3℃，熱效率為86.7%，提高了2.1個百分點。

4.3 應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)

熱媒加熱爐采用成熟的無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器替換熱媒爐原有的列管式空氣預(yù)熱器[5]。無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器的流動阻力小，其空氣和煙氣均走管外，無需多程往返，且流程短降低了流動阻力。無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器不易發(fā)生露點腐蝕的原因是：由于煙氣集中在熱端，冷端無煙氣；由于熱管內(nèi)的介質(zhì)溫度高，決定了熱端壁溫高于空氣預(yù)熱器壁溫，從而不易發(fā)生低溫酸露點腐蝕，提高無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器使用壽命。

昌黎站2#熱媒爐采用無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器替換熱媒爐原有的列管式換熱器，并進(jìn)行了節(jié)能技措實施前后的節(jié)能效果對比測試。排煙溫度由158℃降至104℃，熱媒爐效率從87.5%提高到91.5%。，提高了4個百分點。

4.4 改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)

改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，將燃油改為燃燒天然氣。隨著天然氣資源的開發(fā)和利用，再加上天然氣污染小燃燒充分、經(jīng)濟(jì)，輔助設(shè)備少，能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益[6]。

表2 節(jié)能技措實施后加熱爐監(jiān)測結(jié)果評價

新廟站401#加熱爐進(jìn)行了燃燒系統(tǒng)技術(shù)改造，將燃油系統(tǒng)改為油氣兩用燃燒系統(tǒng)，將原霧化燃燒機(jī)更換為芬蘭奧林GRP-500M油氣兩用燃燒機(jī)。燃燒原油可燃物含量為1.7%，熱效率為85.4%；燃燒天然氣可燃物含量為0，熱效率為86.9%，提高了1.5個百分點。

4.5 實施效果

節(jié)能技措實施后加熱爐監(jiān)測結(jié)果如下：熱媒爐12臺，綜合評價全部合格的為12臺，節(jié)能運(yùn)行設(shè)備9臺，平均運(yùn)行熱效率為90.83%；直接加熱爐37臺，綜合評價全部合格的為29臺，節(jié)能運(yùn)行設(shè)備11臺（在各分項評價中，熱效率合格的31臺，排煙溫度合格的29臺，空氣系數(shù)合格的35臺，表面溫度合格的32臺），平均運(yùn)行熱效率為88.67%。節(jié)能技措實施后加熱爐監(jiān)測結(jié)果評價見表2。

5 結(jié)論

目前，輸油管道運(yùn)營很重視提高加熱爐的性能和效率，加速了加熱爐的全面高性能化。“十二五”期間，管道原油直接加熱爐平均熱效率由85.13%提高到88.67%，提高了3.54%；熱媒加熱爐平均熱效率由 88.37%提高到 90.83%，提高了2.46%。輸油管道每年耗油量為4.78×104t。努力設(shè)法減小加熱爐的各項熱損失，提高可利用的有效熱量，加強(qiáng)運(yùn)行管理，采用合理的節(jié)能技措，加熱爐運(yùn)行熱效率可以提高2個百分點以上，年可以節(jié)約原油956.7 t，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]國家能源局.石油工業(yè)用加熱爐熱工測定：SY/T 6381—2008[S].北京：石油工業(yè)出版社，2016：1-12.

[2]劉國豪，許鐵，李云杰，等.熱媒間接加熱裝置熱工測定：Q/ SY GD 0016—2012[S].北京：中國石油天然氣股份有限公司管道分公司，2012：1-7.

[3]石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范：SY/T 6837─2011[S].北京：石油工業(yè)出版社，2011：1-12.

[4]許彥博，許鐵，袁國新，等.輸油管道加熱爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].油氣儲運(yùn)，2009，28（12）：1-3.

[5]許鐵，楊立新，姜保良，等.無機(jī)熱傳導(dǎo)熱管空氣預(yù)熱器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].油氣儲運(yùn)，2001，20（10）：51-53.

[6]許鐵，許彥博，楊景麗，等.原油加熱爐油改氣系統(tǒng)的測試與分析[J].油氣儲運(yùn)，2010，29（10）：739-743.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.010

2017-05-25

（編輯 李發(fā)榮）

許彥博，工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）（油氣儲運(yùn)工程專業(yè)），從事油氣輸送調(diào)控工作，E-mail: xyb@petrochina.com.cn，地址：北京市東城區(qū)東直門北大街9號中國石油大廈，100007。