油氣田加熱爐提高熱效率對(duì)策分析

馬建國(guó) 蒲明（.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司；.中國(guó)石油規(guī)劃總院）

上游業(yè)務(wù)能耗占中國(guó)石油能耗總量的31%，是中國(guó)石油節(jié)能降耗的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。因此，客觀認(rèn)識(shí)上游業(yè)務(wù)的生產(chǎn)特點(diǎn)、科學(xué)評(píng)價(jià)油氣生產(chǎn)的操作難點(diǎn)，努力突破自身束縛，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要基礎(chǔ)。加熱爐能耗占上游業(yè)務(wù)總能耗的23%，是油氣田企業(yè)重要耗能設(shè)備之一。如何有效提高加熱爐熱效率，降低燃料消耗、提高能源利用率顯得尤為重要。

1 油氣田加熱爐概況

油氣田加熱爐主要用于油氣田的井場(chǎng)、中轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站，用火焰加熱含水原油、天然氣、水等混合介質(zhì)，以滿足降黏輸送和油水分離等工藝技術(shù)的要求。

目前，油氣田加熱爐燃料類型主要以燃?xì)鉃橹?，兼有油氣混燒（燃煤爐較少）。常見(jiàn)加熱爐結(jié)構(gòu)型式有：管式加熱爐、水套爐、火筒式直接加熱爐、相變加熱爐、有機(jī)熱載體式加熱爐（熱媒爐）、超導(dǎo)式加熱爐等6種。燃料在加熱爐輻射室（爐膛）中燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔猓?00～750℃）并作為熱載體流向?qū)α魇?，從煙囪排出。被加熱的介質(zhì)在爐管內(nèi)以對(duì)流方式從高溫?zé)煔庵蝎@得熱量。

通過(guò)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，熱負(fù)荷、排煙溫度和空氣系數(shù)對(duì)熱效率的影響最為明顯，爐體表面溫度對(duì)加熱爐熱效率影響最小。

1）合理匹配加熱爐負(fù)荷率尤為重要。當(dāng)加熱爐負(fù)荷過(guò)高時(shí)，較高的排煙溫度增加了排煙熱損失；負(fù)荷過(guò)低時(shí)，過(guò)低排煙溫度易造成爐體腐蝕，進(jìn)而增加相對(duì)散熱損失。

2）排煙溫度和空氣系數(shù)越高的加熱爐，熱效率越低；而排煙溫度和空氣系數(shù)較低的加熱爐，熱效率較高。

3）表面溫度超標(biāo)嚴(yán)重的加熱爐，經(jīng)由爐體發(fā)生的散熱損失會(huì)增加（負(fù)荷在低于30%時(shí)會(huì)有明顯影響）。

截至2011年，油氣田在用加熱爐超過(guò)2.2×104臺(tái)。加熱爐具有分布零散邊遠(yuǎn)、超期服役明顯、總體功率偏小等特點(diǎn)：60%分布在邊遠(yuǎn)的野外井場(chǎng)、在役10年以上的占36%、功率低于1.25MW的占86%。

2 油氣田加熱爐當(dāng)前水平

“十一五”以來(lái)，我們通過(guò)老油田改造、隱患治理、節(jié)能專項(xiàng)等資金渠道，對(duì)加熱爐進(jìn)行了一定程度的更新改造和調(diào)整優(yōu)化，使得加熱爐整體利用水平有了一定提高。截至2011年，上游業(yè)務(wù)加熱爐的新度系數(shù)為0.45。

2011年，經(jīng)中國(guó)石油股份公司油田節(jié)能監(jiān)測(cè)中心抽測(cè)，上游業(yè)務(wù)加熱爐平均熱效率為80%（最高為92.8%），平均熱效率較“十一五”末提高了9.8個(gè)百分點(diǎn)，見(jiàn)表1。

表1 油氣田加熱爐2005年與2011年監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)比表

3 影響熱效率的因素

由于油氣田加熱爐以確保地層油氣混合流體從井口輸送到聯(lián)合站進(jìn)行油氣分離為中心任務(wù)，油氣生產(chǎn)特點(diǎn)從客觀上就制約了加熱爐熱效率的提高。

3.1 油氣生產(chǎn)特性

1）高含水油氣混合物對(duì)金屬爐管的腐蝕性使得高效直接爐選擇受限，井口加熱爐一般采用間接加熱的管式爐（很少采用高效直接爐）。

2）低品位油藏開(kāi)發(fā)成為主力后的多井低產(chǎn)局面將井口加熱爐選擇只能局限于低容量的加熱爐選型范圍內(nèi)。

3）油氣處理規(guī)模在前期設(shè)計(jì)階段必須兼顧后期產(chǎn)能上升和接替等因素，由此造成中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站等站場(chǎng)加熱爐容量選擇偏大，油田后期產(chǎn)量遞減和采用大站預(yù)脫水等措施更加劇了加熱爐低負(fù)荷運(yùn)行的普遍性。

3.2 生產(chǎn)維護(hù)特點(diǎn)

1）受限于低成本的運(yùn)行和投資規(guī)模控制，僅使用15年以上的超期服役加熱爐占總數(shù)的17.2%。油氣田加熱爐更新力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到老舊超期的速度。

2）油氣田眾多加熱爐分布在地處邊遠(yuǎn)的荒郊野外（超過(guò)1.3×104臺(tái)位于野外井場(chǎng)）。使得維護(hù)管理不能及時(shí)有效。

3）由于眾多低容量井口爐本體價(jià)值低，同時(shí)出于惡劣氣候和防盜等原因使得煙氣監(jiān)測(cè)分析等自動(dòng)化儀器不值得配套應(yīng)用。

4 主要對(duì)策建議

加熱爐熱效率提高涉及到設(shè)計(jì)制造、標(biāo)準(zhǔn)選型、運(yùn)行維護(hù)、更新改造等諸多環(huán)節(jié)。

1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造。

在加熱爐設(shè)計(jì)制造方面應(yīng)著手：

◇研究低容量高效加熱爐的創(chuàng)新技術(shù)和制造工藝。

◇積極探索適用非標(biāo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，增加可選高效加熱爐規(guī)格。

2）優(yōu)化匹配選型。

在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該從以下幾個(gè)方面提高加熱爐的熱效率：

◇簡(jiǎn)化優(yōu)化集輸流程，優(yōu)先選用多井串接工藝、減少分散加熱點(diǎn)。

◇對(duì)高含水稀油區(qū)塊盡量采用不加熱輸送工藝、結(jié)合關(guān)停并轉(zhuǎn)減，控制加熱爐數(shù)量。

◇通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范，合理設(shè)置加熱爐設(shè)計(jì)余量系數(shù)，嚴(yán)控過(guò)大的設(shè)計(jì)富余。

◇準(zhǔn)確核實(shí)站場(chǎng)熱負(fù)荷，科學(xué)匹配加熱爐能力和需求之間的關(guān)系。

◇增加井口加熱爐設(shè)計(jì)中的可選規(guī)格，使得加熱爐能力與需求盡量匹配。

◇充分考慮油氣田開(kāi)發(fā)不同階段的需求，適當(dāng)降低單臺(tái)容量、合理設(shè)置數(shù)量，提高運(yùn)行過(guò)程中加熱爐運(yùn)行的靈活度。

◇在設(shè)備選型中，綜合權(quán)衡設(shè)備投資與節(jié)能降耗的關(guān)系，推薦選用高效加熱爐。

3）規(guī)范設(shè)備管理。

在設(shè)備管理方面應(yīng)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作：

◇完善加熱爐管理制度。以加熱爐平穩(wěn)高效運(yùn)行為中心，合理規(guī)范加熱爐管理制度，推動(dòng)分級(jí)分類管理、細(xì)化加熱爐操作規(guī)程。

◇淘汰低效高耗加熱爐。盡快建立低效高耗設(shè)備更新淘汰制度、努力提高設(shè)備新度系數(shù)，確保加熱爐具有合理的機(jī)械性能。

◇提高操作人員能力水平。加強(qiáng)加熱爐操作人員的技能培訓(xùn)，確保加熱爐安全高效運(yùn)行。

4）推廣節(jié)能技術(shù)。

在技術(shù)改造方面應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持常規(guī)監(jiān)測(cè)分析，科學(xué)評(píng)價(jià)加熱爐提效技術(shù)，進(jìn)一步推廣應(yīng)用先進(jìn)適用的節(jié)能改造技術(shù)。目前常用的加熱爐提效技術(shù)有：

◇采用真空相變加熱爐。此類加熱爐熱效率能夠達(dá)到90%左右。

◇采用煙火管可抽式加熱爐。比普通火筒爐熱效率高5%左右。

◇應(yīng)用高效燃燒器。自動(dòng)控制系統(tǒng)與燃料空氣比例聯(lián)鎖調(diào)節(jié)控制，可提高燃燒效率10%。

◇應(yīng)用引射式輻射管。使用輻射管后，排煙溫度平均下降20～30℃，熱效率提高5%以上。

◇應(yīng)用遠(yuǎn)紅外涂層。噴涂后，熱效率可提高3%以上。

◇應(yīng)用高效除防垢裝置。單臺(tái)節(jié)氣率5%以上。

5 加熱爐提效潛力預(yù)測(cè)

以研制高效爐型和集成先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)合理的產(chǎn)能預(yù)測(cè)、精準(zhǔn)的功率匹配、細(xì)致的維護(hù)管理和及時(shí)的淘汰更新，我們能夠有效提高油氣田加熱爐的整體熱效率水平。

按照設(shè)備提效經(jīng)驗(yàn)推算，目前油氣田在用加熱爐平均熱效率為80%，按照不同熱效率下提效所產(chǎn)生的節(jié)能效果分別測(cè)算：若加熱爐熱效率整體提高1個(gè)百分點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)節(jié)能量約11.9×104t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于節(jié)約原油8.4×104t。