真空相變加熱爐熱效率提升對策分析

李鐵志

（大慶油田石油專用設備有限公司技術質量與市場部，黑龍江 大慶 163411）

真空相變加熱爐熱效率是對燃料有效利用率的直觀反映。當有效熱負荷相同的情況下，熱效率越高，則表示設備運行中的消耗的燃料越少。因此，全面提升真空相變加熱爐熱效率，可有效控制原油管輸費用和加工費用。針對真空相變加熱爐熱效率進行衡量過程中會涉及爐體負壓值、煙風比、過剩空氣系數等眾多操作參數。要想全面提升真空相變加熱爐熱效率關鍵在于合理調節排煙溫度和過量空氣系數等相關參數，通過優化上述參數或采取相應改進完善措施，可實現真空相變加熱爐熱效率的全面提升。

1 真空相變加熱爐熱效率影響因素

真空相變加熱爐熱效率主要指燃料總放熱量中有效吸熱量所占比例。當處于正常運行工況下時，為充分滿足當今環保生產要求，真空相變加熱爐不得出現冒黑煙等現象，這也就表示真空相變加熱爐要實現燃料充分燃燒。對于真空相變加熱爐來說，煙氣量和排煙溫度可以直接決定其排煙熱損失量，而真空相變加熱爐的過剩空氣系數決定了煙氣排放量。因此，當排煙溫度或過剩空氣系數不斷升高的情況下，必然會影響真空相變加熱爐的熱效率。從真空相變加熱爐實際運行角度來看有效控制過剩空氣系數和排煙溫度是有效提升熱效率的關鍵。

1.1 過剩空氣系數

真空相變加熱爐的各項性能指標中，過剩空氣系數是影響其熱效率和運行性能的重要指標。而過剩空氣系數主要指進入加熱爐內部的空氣量與理論空氣量的比值。如果過剩空氣系數過小，則表示供應空氣量不足，在此情形下無法實現燃料充分燃燒，真空相變加熱爐熱效也會相應下降。當過剩空氣系數過大的情況下，表示進入爐內的空氣量過多，在此情況下，煙氣輻射能力和爐膛溫度會受到值得影響而下降，同時也會使得真空相變加熱爐的傳熱效果受到影響。煙氣排出量也會相應增加，在此情況下，煙氣的大量排放會導致熱損失相應增加，此時，真空相變加熱爐的熱效率也會相應下降。根據相關測定可知，當真空相變加熱爐在運行過程中過剩空氣系數增加0.1，其熱效率會相應下降1.5%，因此，從真空相變加入的實際運行角度來看，要充分結合燃料的具體種類對入爐空氣量進行合理控制。由此可以看出，對于真空相變加熱爐來說，保障其空氣過剩系數處于合理范圍內非常關鍵。

1.2 排煙溫度

真空相變加熱爐的各項損失與其熱效率存在密切關聯。而真空相變加熱爐的損失主要包括機械不完全燃燒熱損失、爐壁散熱損失、排煙熱損失等幾個部分，其中對真空相變加熱爐熱效率影響最大的屬于排煙熱損失，其整體占比能達到5%～8%，因此，有效控制真空相變加熱爐的排煙熱損失對于有效提升其熱效率具有重要意義。

排煙溫度和排煙量是影響排煙熱損失的兩個主要因素。如排煙溫度遠高于環境溫度的情況下，隨著排煙量的不斷增加，熱損失也會相應增加。真空相變加熱爐當處于相同負荷、相同參數運行工況下時實際產生蒸汽量相同，如果排煙量和排煙溫度增加也就表示，產生同等量的蒸汽需要消耗的標準煤數量更高，這也會直接影響真空相變加熱爐熱效率，根據相關數據統計發現，真空相變加熱爐的排煙溫度每升高12 ～15℃，其排煙熱損失就會相應增加1%。由此可以看出，保證真空相變加熱爐排煙溫度的合理性可以有效提升其熱效率。

2 真空相變加熱爐熱效率提升對策

2.1 保持過剩空氣系數合理

（1）引入全自動比例調節燃燒器。目前，國內不少油站真空相變加熱爐在使用過程中應用的仍然是半自動類燃燒器。而全自動燃燒器采取的是強制送分比例調節模式，根據比例對真空相變加熱爐的過剩空氣系數進行自動調節。該設備將一個溫度變速器設置在加熱盤管出口位置以及殼體的水浴中，這樣就可以將溫度信號及時傳送至燃燒器中，燃燒器接收信號后，就可以結合熱負荷情況對輸入空氣量和燃料量進行自動調節，從而實現對燃燒器輸出負荷的調節，有效避免真空相變加熱爐在運行過程中出現“大馬拉小車”等浪費現象。全自動比例調節燃燒器系統在真空相變加熱爐中的應用體現出了燃燒性能好、自動化程度高、安全性能好、操作便捷、經濟性能優良等一些特征。

（2）科學監測，編制合理操作方案。我國應該充分借鑒國外先進技術，在真空相變加熱爐中引入專用計算機控制器，在真空相變加熱爐運行過程中，通過計算機編輯參數對其運行狀態進行監測和控制，從而實現真空相變加熱爐運行狀態的實時監測。

在此基礎上，不僅可以讓真空相變加熱爐操作得到進一步優化，也可以對燃料和空氣比例進行再次調節，全面優化整個燃燒過程，實現對加熱爐的現代化監控，在此情形下，不僅可以讓燃料得到大量節約，而且也可以避免燃料不充分燃燒造成空氣污染，但這種方法對設備自動化程度要求較高，在實踐中運用的實用性仍然有待商榷。

結合大慶油田某油站實際運行情況，針對其真空相變加熱爐從理論角度對排放煙氣量進行計算可知，該真空相變加熱爐排放煙氣中氧含量每增加1%的情況下，消耗燃料油會相應上升3%左右。該油站在2019 年真空相變加熱爐高負荷運行狀態下每天消耗油量約為1.6t，此時，如果不能有效調整期煙風比，每天原油消耗量會增加45kg 左右。鑒于這種狀況，該油站應該針對真空相變加熱爐的煙氣進行動態化監測，利用煙氣氧含量分析儀器等簡單監測儀表對真空相變加熱爐煙氣殘余氧含量進行科學監測，以此為基礎對空燃比進行科學控制，這樣才能夠在過剩空氣量最少的情況下保障燃料充分燃燒，才能夠有效優化真空相變加熱爐的管理工作，才能精準控制其輸出參數，從而實現原油消耗的有效控制。

（3）強化管理，控制散熱損失。針對真空加熱爐輻射段煙管煙筒進行定期檢查，查看其是否存在破損、對流管束中是否存在積灰等現象，爐體外表面及進出口管線是否存在保溫層破碎等現象。從上述問題著手，不斷強化管理，通過科學管理手段來避免真空相變加熱爐運行過程中出現頻繁啟停或燃燒器、爐體等出現漏風現象，在此基礎上，才能實現熱損失的有效控制。有效避免上述不會出現漏風現象，可以避免真空相變加熱爐在運行中出現過剩空氣系數偏大現象。在日常管理中，要強化各類裝置的密封性能，以此避免出現竄火現象而引發安全問題。

2.2 加熱爐結構改進

（1）使用波形火筒或螺紋煙管。在真空相變加熱爐中使用波形火筒，可以讓高溫煙氣形成紊流效應，這樣不僅可以讓換熱面積進一步增大，也可以使相變爐輻射傳熱效果得到強化，進而進一步提升真空相變加熱爐的換熱能力。而且波形火筒可以對火筒熱脹冷縮過程中產生的位移進行有效吸收，進而使火筒使用壽命得到進一步延長，同時，也可以保證其安全系數。由于螺紋煙管管壁上具備凹槽，因此可以使煙氣擾流效果得到強化，在流動過程中，會在煙管中形成紊流效應，這樣就可以有效提升有相變和無相變傳熱中的傳熱系數，能發揮出雙邊強化作用。

（2）改進加熱爐爐頭。真空相變加熱爐燃燒器出現不穩定燃燒等狀況時，很容易出現爐頭回火現象，而且爐內也容易產生結焦等問題，這樣不僅會導致熱能大量散失，而且加熱爐的熱效應也會受到極大的影響，進一步增加原油使用成本。

目前，國內部分油站的真空相變加熱爐在使用過程中經常會出現冒黑煙或白煙、爐口回火等現象，嚴重情況下會使得密封鋼板被燒紅，也會導致爐口法蘭出現嚴重變形，此時，必然會使得密封鋼板與爐口連接位置產生縫隙，從而導致部分熱量從爐頭位置排出，影響了加熱爐的熱效。

通過對真空相變加熱爐結構進行改進，可以有效提升交換能力，也可以保障加熱爐煙氣熱量吸收更加充分，對于排煙溫度及排煙熱損失，也可進行有效控制，實現真空相變加熱爐熱效的有效提升。而且通過結構改進，可以大量節省鋼材使用量。在改進過程中，針對爐頭鋼板密封問題可以在法蘭結合面位置添加電料；針對噴油嘴的問題可以通過擰緊端帽或者更換旋流片進行解決；針對保溫損壞的問題可以重砌耐火磚，或者及時更換新保溫材料進行解決。

（3）安裝聲波吹灰管。大部分油站的真空相變加熱爐在使用過程中都會面臨社會面結焦、煙道積灰等問題的困擾。針對這些問題，國內目前主要是以人工檢修清灰作為主要應對對策，人工操作不僅效率低下，而且自動化水平低。因此，可以在真空相變加熱爐的對流室內安裝聲波吹灰器，這樣不僅可以提升自動化操作水平，而且也可以節約大量人力資源，通過聲波吹灰器，可以有效解決積灰吸附沉淀等問題，要全面提升真空相變加熱爐的熱效率。

3 結語

在輸油站生產運營中，真空相變加熱爐發揮著不可替代的作用，為進一步優化真空相變加熱爐熱效率，需結合其運行狀況對空氣系數、煙風比、爐體溫度以及各項操作參數進行不斷優化和改進，有效控制其過剩空氣系數，這樣才能實現真空相變加熱爐能耗的有效控制，才能有效提升其運行熱效率。