加熱爐完整性集控管理平臺在杏北油田的應用

武昆（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

1 現狀

截至目前，杏北油田共建有各類加熱爐454臺，包括：二合一216臺，火筒爐54臺，真空爐135臺，除垢爐10臺，微正壓爐4臺，杏北油田在用加熱爐情況統計見表1。其中，杏北502轉油站等10座轉油站應用33套爐況優化裝置，可實現動態調整燃燒器及煙道擋板開合，確保加熱爐在最優工況下運行。

表1 杏北油田在用加熱爐情況統計

隨著大慶油田數字化建設的全面推進，加熱爐的信息化技術也在不斷完善，開發出了加熱爐完整性管理平臺技術。杏北油田已開展兩座站庫的加熱爐數字化系統改造，實現站庫生產數據集中監控[1]。為了進一步了解該技術的建設和實際運行情況，從節能效果、安全生產以及管理提升三方面對杏北油田已建加熱爐完整性管理平臺的運行效果進行分析，明確該技術的適應性及應用潛力。

2 加熱爐完整性集控管理平臺的應用

2.1 技術原理

加熱爐完整性管理平臺是基于互聯網、大數據、智能化等先進技術和理念搭建的鍋爐及加熱爐全生命周期管理平臺，主要由爐效優化系統、室內分控系統、加熱爐完整性管理集控裝置共三個部分組成，可實現運行過程中全自動狀態檢測、監測、智能診斷、數據采集與數據自動分析處理等功能，加熱爐現場系統組成見圖1。

圖1 加熱爐現場系統組成

1）爐效優化系統。系統主要通過對燃燒過程的過剩空氣系數的控制實現燃燒效率的提升。主要包括燃氣流量計、溫度傳感器、氧含量傳感器、視頻攝像頭等傳感器及效率優化控制程序。

2）室內分控系統。該系統以控制器為核心構建，對鍋爐、加熱爐運行過程中的相關參數進行采集與控制，并實現相關安全參數的自動保護。組成主要包括：控制系統、自動點火系統、熄火保護系統、閥組檢漏系統、供風系統、綜合連鎖報警、火筒超溫系統及漏液保護系統等。

3）鍋爐加熱爐完整性管理集控裝置。系統通過工業計算機搭載軟件系統，實現站內多臺鍋爐及加熱爐集中控制與數據的對比分析與管控。并可通過網絡與上級管理平臺進行數據訪問、交換、控制等[3]。主要包括：視頻監控、公共信息采集、通信等單元。

2.2 現場應用情況

杏三聯合站及杏北三元-9轉油放水站通過2018年杏七區中部Ⅱ、Ⅲ塊三元復合驅產能項目安裝加熱爐完整性管理平臺。杏三聯合站完整性管理平臺控制14臺加熱爐，包括：杏北3001轉油的6臺二合一加熱爐及2臺采暖爐，杏三聯合站的4臺二段加熱爐和2臺外輸爐。杏北三元-9轉油放水站完整性管控平臺管控9臺加熱爐，包括：4臺摻水熱洗爐，2臺分體式加熱爐和3臺新型余熱回收加熱爐。

2.3 運行效果

根據現場跟蹤，該平臺可實現以下功能：

1）保障加熱爐高效運行。通過對爐體運行參數的監測和控制，實現燃燒效率的提升。

2）實時監控運行參數變化情況。可通過參數分析、爐間分析、時域分析對加熱爐歷史數據進行對比分析。

3）實時監控現場運行狀態。員工可通過視頻監控，在值班室實現可視化了解現場及火焰燃燒情況，有效提高生產的安全系數。

4）實現智能托管定時管理，熱洗時匯管溫度設定，進行出口溫度設定，在滿足安全和生產要求的前提下，保證加熱設備在穩定狀態下運行。

5）實現故障識別及智能診斷，準確識別故障根因，智能化提供解決方案，使設備可靠穩定長周期運行[4-5]。

2.4 節能效果跟蹤

2.4.1 應用托管技術的節能效果跟蹤

目前站上還有不少的二合一負壓爐，這種加熱爐提火、降火對溫度的影響慣性很大，例如現在提火操作，溫度大概近1 h后才能體現出來，所以存在人工控制的時候溫度波動大及需要經驗豐富的人員才好控制[6]。人工控制具有以下缺點：一是安全性較低，二合一加熱爐加熱慣性大容易溫度過高；二是流量波動大，對人工操作的經驗要求很高，同時也必須實時的關注溫度波動情況；三是安全保護措施不足，原有的控制系統，并不能根據每臺加熱爐的情況設置對應的燃燒條件；四是操作繁瑣，如熱洗的指標的溫度白天和晚上需求不一樣，為了滿足白天的溫度要求，經常半夜開始操作[7]。

通過托管技術的應用，可實現以下功能：一是實現爐管保護，可設定火管及火筒，通過實時檢測火筒表面溫度，預警火筒燒漏燒損，杜絕加熱介質外部泄漏事故的發生；二是實現定時熱洗，可通過對加熱爐進行分組設置，設定熱洗啟停時間，精控熱洗溫度，有效降低工人勞動強度，且提溫過程較為平穩；三是可設置降火上限，使系統調火遵照安全規范的要求，避免不規范調火帶來的安全隱患、設備受損，確保加熱爐安全運行，降低安全隱患。

針對智能托管的節能效果開展現場跟蹤，在杏北三元-9轉油放水站進行現場試驗，在熱洗井數、熱洗溫度等參數相同的情況下，分別采用智能托管和人工手動兩種方式進行熱洗，經數據對比，單臺加熱爐日節氣量648 m3，能耗對比見表2。

表2 能耗對比

2.4.2 爐效提升節能效果分析

2019、2020 年加熱爐爐效測試數據見表3，安裝加熱爐完整性管臺平臺前，測試的11臺加熱爐平均爐效僅達81.9%，低于集團公司85%的指標要求。應用后平均爐效率達89.01%，平均爐效提升7.11%，平均排煙溫度為157℃，平均過剩空氣系數1.47，加熱爐運行效率顯著提升。

表3 2019、2020年加熱爐爐效測試數據

2.4.3 精準控溫節能效果分析

利用完整性管理平臺，可實現精準定溫，與人工手動調節相比，可減少1.5℃以上的溫差。以杏北三元-9轉油放水站為例，計算精準控溫的節能效果。2019年杏北三元-9轉油放水站全年總摻水量為136×104m3，平均摻水量為150 m3/h，按照降低溫差1.5℃計算，共計節約熱量24.6×104m3。

2.5 經濟效益評價

2.5.1 節氣效益

1）爐效提升節能效益。已建全數字化站場的2019年17臺加熱爐全年耗氣478.41×104m3，按節氣率7.9%計算，年可節氣約37.79×104m3，每立方米天然氣單價0.55元，年節約生產成本20.78萬元。

2）智能托管節能效益。按照單站月熱洗周期20天計算，單臺加熱爐日節氣403 m3，杏北3001轉油站及杏北三元-9轉油放水站兩座站庫年節氣共計19.34×104m3，節約成本10.64萬元。

3）杏北3001轉油站及杏北三元-9轉油放水站平均摻水量共計200 m3/h，按照降低1.5℃溫差計算，年可實現節氣33×104m3，按照每立方米天然氣0.55元，年節約生產成本18.15萬元。

2.5.2 安全效益

完整性掛管理平臺可對設備全方面360°診斷和預測，準確識別故障原因，快速診斷狀態與維修設備，可節省30%以上加熱爐生產維修、維護成本以及年度清淤成本，提高設備使用壽命、實現降本增效[8]。預計每臺加熱爐年節約各類維修維護費用2萬元，年可節約維修維護費用34萬元。

2.5.3 管理效益

通過應用完整性管理平臺，可有效提高員工的工作效率，降低用工人數，減少人員的浪費[9]。節約人工成本25%左右，一個員工的年成本按10萬元計算，單站可年節約人工成本20萬元。

3 結論

1）加熱爐完整性管理平臺通過精準控溫、爐效提升、智能托管三個方式有效降低耗氣量，杏北3001轉油站及杏北三元-9轉油放水站可實現年節氣90.13×104m3，節約生產成本49.6萬元。

2）加熱爐完整性管理平臺通過漏液檢測、視頻監控、智能診斷、爐管保護等功能，及時掌控爐膛及各部件運行情況，使系統調火遵照安全規范的要求，避免不規范調火帶來的安全隱患、設備受損。

3）加熱爐完整性管理平臺依托智能托管、視頻監控等功能，可實現定時熱洗，室內觀察燒火間及爐膛燃燒情況，有效降低員工工作量[10]。