加熱爐火嘴改造實現增產增效

李斌 何巖 毛謙明 黨文濤 馬堰杰（中石化西北油田分公司采油一廠采油管理一區(qū)，新疆 烏魯木齊830011）

加熱爐是油田生產中最重要的地面設備之一，西北油田產出原油多為高粘度、高含蠟、高壓力油氣井，加熱爐顯得更為重要。隨著油田開發(fā)逐步推進，加熱爐成為能源消耗較大的裝置。目前管理區(qū)共有各類加熱爐220 臺，其中針對老式56 臺400KW加熱爐火嘴進行改造，前期每臺加熱爐平均用氣472m3/d。數據顯示，管理區(qū)目前有400KW 老式加熱爐56 臺，由于多年長期運行，普遍熱效率低，能耗偏高，經過改造后，加熱爐平均熱效率提升了2.57 個百分點，降回壓明顯，節(jié)氣增效成果顯著。因此對現有加熱爐進行技術改造和新技術應用，可達到降低能耗和提高經濟效益目的。

1 火嘴工況對加熱爐熱效率的影響

1.1 工作原理

水套加熱爐主要用于油氣集輸過程中，將原油加熱到工藝要求的溫度輸送至各站點，進行沉降、分離、脫水和初加工?；鹱旖Y構和燃燒程度直接影響原油外輸加熱的效果和原油外輸溫度的提高。工作原理是將天然氣和助燃空氣按比例混合后通過火嘴噴人爐筒中燃燒后，產生的熱能以輻射對流換熱形式將熱量傳給水套中的水，使水的溫度升高，水再將熱量傳遞給盤管中的原油，使原油獲進一步的熱量，逐步提高至需求溫度，降低原油粘度及含蠟點，降低原油阻力，提高油井產量。

1.2 火嘴運行不佳對加熱爐生產造成影響

（1）燃氣燃燒未達到要求指標,導致加熱爐受熱面不能全覆蓋,使導熱受影響并造成排煙溫度升高,最終導致加熱爐熱效率下降；

（2）燃氣化學性質不能充分燃燒,造成加熱爐熱效率下降；

（3）燃燒過?？諝庀禂颠^大，增加排煙熱損失,造成加熱爐熱效率下降[1]。

（4）燃燒時頻繁熄火、爐膛內有余氣，點火易造成安全事故。

（5）智能化運用對加熱爐燃氣系統(tǒng)要求較高,如燃氣壓力控制、風壓調節(jié)和雜質含量等，只有燃氣系統(tǒng)滿足要求，燃燒器與火嘴才能高效運行;

1.3 注意事項

加熱爐的有效熱負荷越高，熱效率也就越高,要想達到燃氣用量越少，還要達到加熱目的。優(yōu)化不僅考慮燃燒量與熱負荷匹配,火焰尺寸能否與爐膛尺寸匹配，還要考慮爐膛形狀是否能夠適合要求[2]。

2 現場應用過程存在問題分析

通過對管理區(qū)220 臺加熱爐現場進行測試分析，其中400KW加熱爐有56臺，主要用于輸送粘度較高、含蠟較高的油氣井，普遍存在熱效率低的問題，尤其冬季在西北油田沙漠腹地，氣候零下30度左右，加熱爐燃燒效果直接影響原油進站外輸，燃燒效果差導致各單井頻繁出現回壓高、停井、熱油車掃線解堵。影響主要因素有：

（1）加熱爐使用年限長，故障多發(fā)。目前400KW加熱爐56臺使用年限已超過12 年。普遍存在火嘴變形，火焰無力，發(fā)飄，耐火磚脫落，爐膛及煙道積碳嚴重等問題，保溫層鐵皮部分脫落、影響了熱效率。

（2）燃氣分離處理不好，燃燒效果差，由于燃料使用的是從輸油站內經除油器分離出來的天然氣，分離效果不好，分離不徹底，外界氣溫底時，燃料氣就含一定冷凝液，經常導致爐火熄滅、造成加熱爐經常停運。導致油井產液外輸困難，嚴重的導致油井停產，發(fā)生安全事故。

（3）現有火嘴存在安裝位置不合適，在狹小的燃燒孔道內，火嘴位置過低，高溫火焰短距離噴射，耐火膠泥崩落，火焰直接燒灼爐底鋼板，縮短加熱爐的使用和運行壽命。

（4）油田環(huán)境特殊影響，為沙漠戈壁構造，一年四季常刮風，尤其春夏季節(jié)，風沙大，爐火頻繁熄滅，影響加熱爐運行和加熱效果。

（5）未安裝遠程溫度變送器及排煙溫度表，造成燃氣壓力與煙道擋板檢測調節(jié)不到位，燃燒效率下降[3]。

（6）加熱爐煙道擋板較高，操作不靈活，調節(jié)困難，調節(jié)器常出現銹死、卡主現象發(fā)生。

（7）火嘴為圓柱裝孔式結構，氣體進入火嘴后，爐膛口處火量較大，爐膛深處火量較小，導致爐膛內部加熱不夠均勻，熱傳導不好，外輸溫度較低。

（8）因管徑孔過細，導致進氣量有限，天然氣在爐膛內燃燒不充分，導致大量黑煙從煙囪內排出，對井場內環(huán)境造成煙塵污染。

3 改進措施及效果

在生產過程中，對出現的問題進行技改與改進措施，取得了良好的效果。

3.1 節(jié)氣減碳

通過現場應用發(fā)現，改造加熱爐火嘴長度、直徑，同時在其末端加裝1.0mm 多孔氣嘴，達到節(jié)流作用，使氣體在加長的管徑中流速降低、壓力增大。燃料氣由氣嘴噴出后壓力降低、流速增大，與由風門進入的空氣混合，體積比形成最佳混配，讓燃氣充分燃燒并在爐內腔室形成負壓，達到節(jié)氣和減少積碳的目的，有效避免堵塞火嘴，保障加熱爐高效運行。

3.2 高效運行

通過改變火嘴開孔的尺寸和多點噴射方向的結構形式等，同時調整燃燒器和火嘴的安裝位置，增大燃氣流與空氣流夾角，并在噴嘴頭部增加一個穩(wěn)焰罩、點火孔，降低燃料氣流速，燃料氣在火嘴中的停留時間延長。同時通過風門和擋板調節(jié)適量空氣比，保持最佳燃燒。投用后火焰呈青藍色，剛勁有力，燃燒穩(wěn)定，爐內溫度均勻，爐膛及煙道積碳減少。因火嘴是多孔小口徑結構，在火嘴前方還增加一個穩(wěn)煙罩，可保證在大風沙天氣火焰不易熄滅，有利于長期穩(wěn)定運行，加熱爐使用壽命延長。消除火焰無根和易抽滅現象，解決了加熱爐燃燒不充分、易閃爆和煙塵量的問題，提高加熱爐安全性，讓加熱爐實現較好燃燒。

3.3 最佳爐效

針對大部分加熱爐未安裝遠程溫度變送器進行加裝改造，動態(tài)監(jiān)控排煙溫度。在加熱爐運行時利用手持含氧分析儀或熱效率檢測儀進行煙囪排煙溫度的檢測。在介質流量固定的情況下，通過多個溫度點煙道擋板的開啟程度，將加熱爐煙氣中含氧量控制在3%左右。折算出最佳爐效，據此確定煙道擋板最佳開啟度并做好標示，使加熱爐始終在最佳爐效狀態(tài)下運行[4]。

3.4 長燃長效

控制燃料中的水份，站外配氣閥組出口200米處采取加裝分液（氣）包的措施，在分液包外加裝保溫棉和電伴熱，使其降低因低溫而出現的冷凝液。站內值班人員2小時一次排液，特殊情況加密排液，減少燃氣含水影響。爐火熄滅大大降低，保證單井加熱爐平穩(wěn)運行。

3.5 安全運行

針對加熱爐使用年限長，頻繁出現故障，采取優(yōu)化加熱爐運行措施。對15臺保溫層脫落進行保溫層更換修復，對4臺年久運行加熱爐進行維修處理，對井況、壓力不同，在滿足生產熱負荷的情況下，對3口井加熱爐進行調換，通過優(yōu)化運行，噸油消耗燃料明顯降低，避免了燃氣的浪費，杜絕了安全隱患，提高了加熱爐熱效率。

3.6 技改增效

老式火嘴通過改造后，效果顯著，可以在戶外運行和適應風沙、雨雪和低溫氣候條件，降回壓明顯，應用新型節(jié)氣火嘴燃燒充分，煙道及爐膛積灰明顯減少，每年減少3次清灰。同時調整燃燒器和火嘴的安裝位置，從而控制過?？諝庀禂?，使燃燒氣與空氣完全均勻地混合而達到降低排煙損失和提高熱效率，通過采取以上措施，與前期數據對比，加熱爐熱效率提高了2、57個百分點，解決冬季生產困難，全年累計節(jié)氣285萬方，節(jié)約170 多萬元，累計增油1200 噸，達到了穩(wěn)定操作，節(jié)能降耗、增產的目的。

4 結語

通過對加熱爐火嘴合理改造，新型節(jié)氣火嘴克服了以往使用的加熱爐火嘴天然氣燃燒不完全、容易熄火、爐膛內呈紅火、煙道及爐膛易產生積碳、浪費天然氣等缺點，通過優(yōu)化運行，具有讓天然氣燃燒充分、爐膛內呈藍色強勢火苗、減少加熱爐用氣量，還能減少煙道及爐膛內產生積碳，提升加熱爐熱效率，降回壓明顯，通過取樣化驗煙氣CO含量有原來的48g/mL減少為7g/mL，節(jié)能環(huán)保和增產增效非常明顯。天然氣節(jié)約費用產生年度效益530萬元。

同時延長加熱爐使用壽命，消除安全隱患風險。實際運行情況反應出，改造后的加熱爐火嘴結構設計更合理、更節(jié)能、更安全、能夠達到環(huán)保要求，下步在全局推廣使用。