加熱爐燃燒器故障檢測(cè)方法的研究與應(yīng)用

魏作濤（大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司）

加熱爐作為介質(zhì)加熱的重要設(shè)備，在油田企業(yè)中應(yīng)用極為廣泛，用戶包括油氣田開采、油氣儲(chǔ)運(yùn)、石油煉化等眾多行業(yè)和單位[1-2]。現(xiàn)油田使用的加熱爐型號(hào)眾多，配備的燃燒器品牌各一，使用地點(diǎn)較為廣泛，在使用中維護(hù)保養(yǎng)和維修極不方便，一旦出現(xiàn)故障，無法運(yùn)行，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)和導(dǎo)致事故的發(fā)生。油田進(jìn)入開采中后期，存在著設(shè)備老化、工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行工況不匹配等情況，進(jìn)行節(jié)能改造勢(shì)在必行。通過增加加熱爐燃燒器故障快速檢測(cè)回路，可有效降低加熱爐燃燒器故障的排查時(shí)間，快速查清故障原因，確保加熱爐燃燒器順利運(yùn)行，有助于提高節(jié)能降耗水平。

1 存在的問題

加熱爐燃燒器在啟動(dòng)過程中，程控器接到啟動(dòng)指令后進(jìn)行前期大風(fēng)吹掃[3]，電磁閥動(dòng)作（關(guān)閉和打開相關(guān)電磁閥），噴油嘴（閥）在吹掃過程中受到預(yù)熱，溫控器在吹掃和霧化期對(duì)燃料油進(jìn)行加溫；吹掃期后伺服馬達(dá)行至點(diǎn)火負(fù)荷，電磁閥動(dòng)作（關(guān)閉和打開相關(guān)電磁閥），燃料油在油泵作用下經(jīng)噴油嘴控制回路，點(diǎn)火電極拉弧點(diǎn)燃加溫霧化后的燃料油（噴油量根據(jù)設(shè)定溫度指示進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整），進(jìn)風(fēng)量同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，點(diǎn)爐運(yùn)行過程完畢。加熱爐停運(yùn)后，風(fēng)機(jī)自動(dòng)繼續(xù)后期吹掃，將爐膛內(nèi)煙氣吹掃到設(shè)定時(shí)間后，風(fēng)機(jī)停止工作。

但在燃燒器啟動(dòng)中，經(jīng)常出現(xiàn)程控器信號(hào)無法指令風(fēng)機(jī)運(yùn)行，電磁閥不動(dòng)作或誤動(dòng)作造成爐膛充油的二次燃燒，點(diǎn)火電極不能進(jìn)行拉弧和油泵無法啟動(dòng)，以及進(jìn)風(fēng)量與噴油量不平衡造成燃料油不完全燃燒產(chǎn)生的大量黑煙和不充分燃燒產(chǎn)生顆粒物的飄散[4]等多種故障的發(fā)生，不僅增加了油耗[5]，而且造成環(huán)境污染事件的發(fā)生。

在燃燒器故障處理過程中，控制回路繁瑣設(shè)備部件較多，故障原因查找判別用時(shí)較長(zhǎng)。對(duì)2009—2017 年同月份中出現(xiàn)的維修時(shí)長(zhǎng)、出站溫度變化、油料消耗進(jìn)行對(duì)比分析表明：維修時(shí)間越長(zhǎng)外輸管道介質(zhì)溫度下降越快；處理故障后，燃燒器運(yùn)行在進(jìn)站溫度不變、設(shè)定出站溫度不變、外輸流量不變的工況下，瞬時(shí)油耗明顯增大，經(jīng)燃料油流量計(jì)計(jì)量確定當(dāng)日燃料油消耗明顯增多。

2 解決方案

2.1 研發(fā)宗旨

以單位在用多臺(tái)某品牌燃油燃燒器[6]為研究改造對(duì)象，在不改變?cè)刂苹芈罚?20 V）和功能[7]狀態(tài)下，添加測(cè)試裝置回路，以便進(jìn)行高壓點(diǎn)火電極、電磁閥、油槍預(yù)熱、風(fēng)機(jī)運(yùn)行和油泵運(yùn)行等控制回路測(cè)試，及時(shí)判斷故障原因，減少故障排查時(shí)間，提高設(shè)備完好率和使用率和達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.2 建立燃燒器故障檢測(cè)回路

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查燃燒器各項(xiàng)控制回路，確定添加測(cè)試裝置回路[8]，它能夠進(jìn)行高壓點(diǎn)火電極、電磁閥、油槍預(yù)熱、風(fēng)機(jī)運(yùn)行和油泵運(yùn)行等控制回路測(cè)試，燃燒器故障檢測(cè)回路見圖1，其安裝使用后效果良好，符合各項(xiàng)工況運(yùn)行條件。

2.2.1 風(fēng)機(jī)測(cè)試回路

1）測(cè)試目的：測(cè)試風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；測(cè)試風(fēng)機(jī)交流接觸器、過流保護(hù)器是否正常；測(cè)試風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)主回路是否缺相和線路及節(jié)點(diǎn)是否正常；測(cè)試伺服馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；風(fēng)門擋板是否能正常開啟；排煙系統(tǒng)是否正常。

2）操作步驟：按動(dòng)K2開關(guān)確認(rèn)開啟，按動(dòng)K1開關(guān)確認(rèn)開啟；同時(shí)檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，伺服馬達(dá)運(yùn)行是否正常，風(fēng)門擋板是否打開。關(guān)閉K2、K1開關(guān)，確認(rèn)關(guān)閉測(cè)試回路。

2.2.2 點(diǎn)火電極測(cè)試回路

1）測(cè)試目的：用來判斷高壓點(diǎn)火回路、電器元件運(yùn)行是否正常（如高壓線圈點(diǎn)火電極及連接節(jié)點(diǎn)和部分高壓點(diǎn)火回路）。

2）操作步驟：按動(dòng)K7開關(guān)，確認(rèn)測(cè)試回路開啟；同時(shí)在觀火孔處檢查點(diǎn)火電極的位置，弧光是否正常。測(cè)試完畢關(guān)閉K7開關(guān)。

2.2.3 電磁閥測(cè)試回路

1）測(cè)試目的：檢測(cè)電磁閥線圈工作是否正常；檢測(cè)閥體部件是否工作；檢測(cè)電磁閥部分控制回路是否正常。

2）5#電磁閥檢測(cè)操作步驟：按動(dòng)K5 開關(guān)，確認(rèn)測(cè)試回路開啟；同時(shí)確定5#電磁閥是否動(dòng)作或用絕緣棒觸在5#電磁閥體上，確定電磁閥是否動(dòng)作。測(cè)試完畢關(guān)閉K5開關(guān)。

3）4#電磁閥檢測(cè)操作步驟：按動(dòng)K4 開關(guān)，確認(rèn)測(cè)試回路開啟；同時(shí)確定4#電磁閥是否動(dòng)作或用絕緣棒觸在4#電磁閥體上，確定電磁閥是否動(dòng)作。測(cè)試完畢關(guān)閉K4開關(guān)。

4）3#電磁閥檢測(cè)操作步驟：按動(dòng)K3 開關(guān)，確認(rèn)測(cè)試回路開啟；同時(shí)確定3#電磁閥是否動(dòng)作或用絕緣棒觸在3#電磁閥體上，確定電磁閥是否動(dòng)作。測(cè)試完畢關(guān)閉K3開關(guān)。

2.2.4 油泵測(cè)試回路

1）測(cè)試目的：檢測(cè)油泵運(yùn)行是否正常；檢測(cè)油泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是否正常；檢測(cè)油泵主回路運(yùn)行是否正常（如交流接觸器、過熱保護(hù)器等）。

2）操作步驟：?jiǎn)?dòng)按鈕K6 確認(rèn)測(cè)試回路運(yùn)行，同時(shí)檢查燃燒器油泵出口壓力表判斷油泵運(yùn)行情況。檢測(cè)完畢關(guān)閉K6開關(guān)。

2.2.5 油槍預(yù)熱測(cè)試回路

1）測(cè)試目的：用于冬季加熱爐運(yùn)行期間。在長(zhǎng)時(shí)間停爐情況下，因油槍總成和噴嘴閥處于補(bǔ)風(fēng)漏風(fēng)區(qū)極易形成油槍總成和噴嘴閥低溫，使得油槍內(nèi)燃油（重油）凝結(jié)于油槍內(nèi)部元件上（如制動(dòng)彈簧、桿、活塞型圈、噴嘴閥及噴嘴閥過濾網(wǎng)等），若強(qiáng)行運(yùn)行易造成油槍內(nèi)元件和噴嘴閥損壞。

2）操作步驟：按順序開啟K2、K5、K6 開關(guān)，預(yù)熱油路導(dǎo)通。用溫度計(jì)通過燃燒器和爐體交接處右側(cè)小孔測(cè)溫，超過設(shè)定值（50 ℃或以上）時(shí)達(dá)到預(yù)熱要求。預(yù)熱完畢按順序關(guān)閉K6、K5、K2開關(guān)。

圖1 燃燒器故障檢測(cè)回路（220 V）

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)改造后的燃燒器控制回路快速查找回路，可在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確判斷出故障點(diǎn)和故障設(shè)備，為檢修人員提供準(zhǔn)確的故障排除依據(jù)。通過對(duì)比維修時(shí)長(zhǎng)、出站溫降、燃料油消耗等數(shù)據(jù)充分證明，檢修時(shí)長(zhǎng)、外輸介質(zhì)溫度與油耗關(guān)系見圖2，應(yīng)用加熱爐燃燒器故障檢測(cè)方法可達(dá)到較高的節(jié)能降耗[9]水平，符合油田開發(fā)期的各項(xiàng)要求。特別是在油耗方面，從2009—2017年統(tǒng)計(jì)的平均故障排除時(shí)間由最低2.3 h 降至1.2 h，溫降由最高溫降34 ℃減少至26 ℃，按每小時(shí)節(jié)約0.2 t 燃料油計(jì)算，每臺(tái)加熱爐每年可節(jié)約近13 t燃料油的消耗，節(jié)約資金約3.9萬元。以油田在用的100臺(tái)燃油燃燒器為例，每年可節(jié)約燃料油消耗約1 300 t，節(jié)約資金近390萬元。

圖2 檢修時(shí)長(zhǎng)、外輸介質(zhì)溫度與油耗關(guān)系

3.2 安全效益

經(jīng)改造后的燃燒器控制回路快速查找回路，可在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確判斷出故障原因，降低故障處理時(shí)間，有效防止因低溫凝管而造成輸油管道凍阻事故的發(fā)生；同時(shí)還能排除由電磁閥不動(dòng)作或誤動(dòng)作而導(dǎo)致的油路故障，為爐膛是否充油提供準(zhǔn)確依據(jù)，防止在點(diǎn)爐過程中出現(xiàn)的爐膛內(nèi)原油二次燃燒的事故發(fā)生，為油田安全生產(chǎn)提供有力保障。

4 結(jié)論

隨著油田開發(fā)的不斷深入，油氣資源的衰減和開發(fā)成本的增大，特別是近些年國際油價(jià)呈現(xiàn)較大范圍的波動(dòng)和負(fù)油價(jià)時(shí)代的到來，致使油田原有的開發(fā)環(huán)境雪上加霜；因此，控制成本支出、節(jié)能降耗、內(nèi)部挖潛等方法將成為油田開采期間的工作重點(diǎn)。對(duì)于大慶油田、海拉爾油田而言，由于其所處地理位置的限制，冬季需要大量的原油和天然氣對(duì)外輸原油進(jìn)行加熱增溫，而加熱爐在原油輸送管線中起著重要的作用。研究和應(yīng)用加熱爐燃燒器控制回路檢測(cè)方法，可有效降低故障查找、判斷、排除的時(shí)間，此方法具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)用性，具有較高推廣和發(fā)展前景。