油田加熱爐熱效應(yīng)效率影響因素及優(yōu)化策略

任永慶

（大慶油田裝備制造集團(tuán)容器制造分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

油田加熱爐的熱效應(yīng)效率需要借助數(shù)據(jù)分析，通過建模的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的科學(xué)評(píng)價(jià)，從而發(fā)現(xiàn)油田加熱爐的熱效應(yīng)效率存在的問題，為后續(xù)提出科學(xué)的解決辦法奠定基礎(chǔ)。

1 確立研究內(nèi)容

本文主要研究內(nèi)容包括5 個(gè)部分：①明確油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的計(jì)算方法，根據(jù)油田加熱爐的熱效應(yīng)工作原理提出合適的計(jì)算方法，在測(cè)試中收集油田加熱爐的熱效應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要包括燃料物、廢棄物、受熱物介質(zhì)數(shù)據(jù)等，通過整合油田加熱爐的熱效應(yīng)效率不同的反映來選擇不同的計(jì)算方法，其中主要包括平衡計(jì)算法和反平衡計(jì)算法；②對(duì)影響油田加熱爐熱效應(yīng)效率的因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，總體來說，影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的因素主要包括油田機(jī)器內(nèi)部的空氣系數(shù)、油田機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的排煙溫度、負(fù)荷率和爐內(nèi)氣壓等，運(yùn)用主成分分析法和綜合分析法來確定油田加熱爐的熱效應(yīng)效率不同程度的影響因素；③對(duì)油田加熱爐的熱效應(yīng)效率存在的問題進(jìn)行剖析，主要從溫度、儀器、損耗等方面探索造成油田加熱爐的熱效應(yīng)效率低的原因；④要對(duì)油田加熱爐的熱效應(yīng)效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)標(biāo)注化建模來形成科學(xué)的油田加熱爐的熱效應(yīng)效率評(píng)價(jià)體系，通過對(duì)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)品能評(píng)價(jià)體系的模塊發(fā)展來對(duì)油田加熱爐的熱效應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化分析，從而提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率；⑤整合上述4 個(gè)方面的內(nèi)容，提出優(yōu)化油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的柯旭決策，把科學(xué)理論在油田企業(yè)實(shí)踐改造中進(jìn)行運(yùn)用，推進(jìn)中國油田企業(yè)的發(fā)展。

2 油田加熱爐熱效應(yīng)效率的計(jì)算方法

2.1 油田加熱爐的工作原理和結(jié)構(gòu)

油田加熱爐熱效應(yīng)產(chǎn)生的原理在于把加熱爐作為油田開發(fā)的重要工具，將燃燒物產(chǎn)生的熱量通過直接或間接的方式傳遞給油田加熱爐內(nèi)的原油及天然氣，其中油田加熱爐的運(yùn)行熱效率直接影響甚至決定油田的開采和應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)來說，油田加熱爐的一般構(gòu)造包括輻射室、對(duì)流室、燃燒器、余熱回收裝置、通風(fēng)裝置等，成為油田加熱爐的熱效應(yīng)的重要組成部分。從運(yùn)行原理來說，油田加熱爐在工作時(shí)第一步是先將原有加入到油田加熱爐內(nèi)，之后再是使燃料在空氣中燃燒，燃燒后形成的高溫和高壓攜帶者大量熱量，其中一部分被油田加熱爐內(nèi)的介質(zhì)吸收，另外一部分則是排除油田加熱爐外，這樣便形成了油田加熱爐的熱效應(yīng)。

2.2 油田加熱爐熱效應(yīng)效率的計(jì)算方法

通過整合當(dāng)前油田加熱爐的熱效應(yīng)效率使用方法可以看到，正平衡法和反平衡法是當(dāng)前油田加熱爐的熱效應(yīng)效率計(jì)算的主要方法。其中正平衡法主要指油田加熱爐內(nèi)的有效的吸收熱量占燃料燃燒總能量的比例，相對(duì)而言，反平衡法就是指排除油田加熱爐外的燃燒產(chǎn)生的熱點(diǎn)占燃料燃燒總能量的比例，二者共同構(gòu)成了評(píng)價(jià)和測(cè)試油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的重要方法。

總而言之，這一部分會(huì)影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的重要參數(shù)，即燃料物、廢棄物、介質(zhì)物物性等重要參數(shù)，通過應(yīng)用正平衡法和反平衡法來對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而可以計(jì)算出油田加熱爐的熱效應(yīng)效率和工作原理。

3 影響油田加熱爐熱效應(yīng)效率的因素

影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的因素可以分為廣義和狹義，狹義上主要受到熱效應(yīng)大小的影響，而廣義上則需要考慮更多的因素，包括油田加熱爐的內(nèi)外部因素。通過梳理和總結(jié)，大體上可以從以下5 個(gè)方面來考慮，即剩余空氣系數(shù)、符合率、環(huán)表溫度差、爐內(nèi)氣壓、排煙溫度。

（1）從剩余空氣系數(shù)來看。剩余空氣系數(shù)是影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率比較直接和重要的因素，剩余空氣系數(shù)主要指實(shí)際供給燃料的空氣量占理論空氣的空氣量的比重，剩余空氣系數(shù)的大小可以較為直觀地反映出油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的運(yùn)行情況。合理剩余空氣系數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能和環(huán)保，提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。這就要重點(diǎn)關(guān)注過量空氣系數(shù)對(duì)排煙損失熱量損耗的影響，剩余空氣系數(shù)對(duì)于未完全燃燒熱損失的影響，煙氣成分對(duì)剩余空氣系數(shù)的影響，三個(gè)方面。只有保證它們之間的合理比重和協(xié)同配置才能提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。

（2）從排煙溫度來看。排煙溫度是影響油田加熱爐內(nèi)部溫度和損耗的重要影響因子，只有控制好排煙溫度才能提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。排煙溫度從兩個(gè)方面影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率，一是由于排煙溫度過高引起的熱量損失過大問題。二是由于排煙容積和容量大大超過可控范圍。因此，要合理控制上述兩個(gè)因素，提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。

（3）從負(fù)荷率來看。負(fù)荷率是反映油田加熱爐熱效應(yīng)效率真實(shí)情況的重要指標(biāo)和參數(shù)，這是因?yàn)橛吞锛訜釥t的熱效的預(yù)設(shè)與實(shí)際產(chǎn)生的效果會(huì)出現(xiàn)誤差，而負(fù)荷率則是真實(shí)反映油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的實(shí)際情況，是最真實(shí)和最具有參考性的指標(biāo)?？偟膩碚f，負(fù)荷率較大時(shí)，油田加熱爐的熱效應(yīng)效率效果就較差。負(fù)荷率較小時(shí)，油田加熱爐的熱效應(yīng)效率較高。因此，要合理控制負(fù)荷率。

（4）從爐內(nèi)氣壓來看。爐內(nèi)氣壓是反映油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的重要參數(shù)，對(duì)熱效應(yīng)的效率會(huì)產(chǎn)生直接的影響，通過對(duì)爐內(nèi)氣壓的觀察可以幫助油田人員進(jìn)行安全管控。具體來說，不管對(duì)爐內(nèi)氣壓的設(shè)定較高或較低時(shí)，都會(huì)造成對(duì)油田燃料一定的浪費(fèi)，影響油田企業(yè)的正常運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。因此，要實(shí)時(shí)觀察爐內(nèi)氣壓的變化，根據(jù)需要來設(shè)定合理的氣壓值。

（5）從環(huán)表溫差看。環(huán)表溫差是反映油田加熱爐內(nèi)溫度與爐外溫度的差異，通過對(duì)油田加熱爐內(nèi)溫度和爐外溫度差的有效控制，能夠提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。其中就是需要選擇合適的材料，最大限度地減少內(nèi)外溫度差異，這樣才能保證內(nèi)外平衡，使油田加熱爐的熱效應(yīng)效率區(qū)域穩(wěn)定，提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。

4 油田加熱爐的熱效應(yīng)效率存在的問題

（1）溫度過高和消耗過大都會(huì)影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。油田加熱爐是油田系統(tǒng)的重要組成部分，也是最為關(guān)鍵的部分，在油田開采中常常會(huì)出現(xiàn)油田加熱爐溫度過高及消耗過大，造成大量成本的投入與資源的浪費(fèi)，為了維護(hù)油田企業(yè)的正常運(yùn)行，減少不必要的浪費(fèi)和開支，必須要重視油田加熱爐的運(yùn)作狀態(tài)，對(duì)油田加熱爐的熱效應(yīng)率進(jìn)行分析，科學(xué)研究影響油田加熱爐熱效應(yīng)率的影響因素，從主觀因素和客觀因素來考察其存在的問題，進(jìn)而提出有效的應(yīng)對(duì)策略[1]。

（2）熱管改造會(huì)影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。油田加熱爐中的熱管改造是影響油田加熱爐熱效應(yīng)的重要部分，而油田加熱爐中的熱管自身作為傳熱原件，在傳熱效率上具有很強(qiáng)的功能，曾經(jīng)被譽(yù)為世界上熱能傳遞的超導(dǎo)體，在對(duì)加熱爐改造完成之后，額定負(fù)荷下熱效率的傳遞提升了7%以上，并且加熱爐在實(shí)際的應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)410 m3的加熱[2]。通過對(duì)油田加熱爐熱管改造后，油田加熱爐熱效應(yīng)效率能達(dá)到節(jié)能560 萬立方米，使得油田加熱爐的熱管使用和改造在油田企業(yè)發(fā)展中具有重要作用。

（3）油田裝置損耗及油田機(jī)器中的沉淀物影響油田加熱爐燒損會(huì)直接影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。目前油田運(yùn)作主要采用四合一組合裝置，但隨著油田開發(fā)強(qiáng)度的增加，油田加熱爐會(huì)出現(xiàn)損壞的情況，同時(shí)，常年的油田加熱爐運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)積累很多的沉淀，不利于油田加熱爐的熱效應(yīng)效率提高。

（4）冷凝式加熱爐會(huì)影響油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。油田加熱爐的熱效應(yīng)效率會(huì)受到油田機(jī)器運(yùn)作效率的影響，長期的油田機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)必然會(huì)降低油田加熱爐的熱效應(yīng)效率，因此考慮加入冷凝式加熱爐使來維持和保障油田企業(yè)的正常和高效運(yùn)作，提升油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。

5 油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的評(píng)價(jià)

對(duì)于油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的評(píng)價(jià)不能進(jìn)行的簡單定量或定性分析，而要更多地關(guān)注數(shù)據(jù)本身，用主客觀相結(jié)合的方式進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。

（1）堅(jiān)持綜合評(píng)價(jià)方法。油田加熱爐的熱效應(yīng)效率受到各種復(fù)雜因素的影響，包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的因素，因此，評(píng)價(jià)時(shí)也要采用綜合評(píng)價(jià)方法來進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。

（2）實(shí)施指標(biāo)賦權(quán)方法。要從主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法、組合賦權(quán)法綜合考慮油田加熱爐的熱效應(yīng)效率，避免出現(xiàn)以偏概全或以點(diǎn)蓋面的情況。

（3）決策評(píng)價(jià)方法。油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的考慮要依據(jù)最終的實(shí)施結(jié)果，不能以理論的優(yōu)劣來決定，而要以實(shí)踐結(jié)果好壞作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

6 油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的優(yōu)化策略

6.1 優(yōu)化油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的計(jì)算方法

只有優(yōu)化油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的計(jì)算方法才能科學(xué)反映出油田加熱爐的熱效應(yīng)效率是否存在問題，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。其中需要重點(diǎn)優(yōu)化對(duì)氣體燃料、液體燃料、固體燃料熱量共計(jì)的計(jì)算方法，合理運(yùn)用正平衡法和反平衡法來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化油田加熱爐的熱效應(yīng)效率計(jì)算的目的。

6.2 綜合考慮油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的影響因素

具體來說就是要時(shí)刻關(guān)注剩余排煙溫度、負(fù)荷率和爐內(nèi)氣壓等影響因子，將其控制在最優(yōu)的數(shù)字，這樣才能提高油田加熱爐的安全性，并提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率。

6.3 做好油田加熱爐的熱效應(yīng)效率正負(fù)預(yù)算

油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的預(yù)想和實(shí)際狀況是有明顯差別的，這是不可控制的必然性存在。因此，要做好油田加熱爐的熱效應(yīng)效率的正負(fù)預(yù)算，重點(diǎn)針對(duì)油田加熱爐的熱效應(yīng)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改良。

6.4 加熱爐能效綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)智能化

智能化和數(shù)字化是提高油田加熱爐的熱效應(yīng)效率必然舉措，后續(xù)要引入Visual Basic 編程語言，通過數(shù)字化和智能化管理來減少損耗，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控。