長慶油田加熱爐提效途徑探討

王錄軍 ，周學軍,2，雷 鈞 ，梁海峰 ，王海軍 ，濮新宏

1.中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710018）

2.西北大學地質(zhì)學系 （陜西 西安 710075）

1 加熱爐應用現(xiàn)狀

1.1 加熱爐數(shù)量

中國石油長慶油田分公司(以下簡稱長慶油田)目前有加熱爐4 503臺，分布在21個主要油氣生產(chǎn)單位，承擔著油氣田生產(chǎn)用熱及生活采暖，具體情況見表1。

1.2 加熱爐容量及使用年限

目前使用加熱爐有水套加熱爐、真空相變加熱爐、熱媒爐和管式加熱爐4類，總?cè)萘? 688.1MW。具體情況見表2。

1.3 能源消耗情況

2013年,加熱爐能源消耗為天然氣66 015萬m3,原油59 323t/a，煤炭20 9371t/a，供熱系統(tǒng)年耗能1 112 302t標煤，供熱系統(tǒng)占企業(yè)總能耗的比例19.1%，與其他油田用能先進單位相比有一定差距。

表1 2013年油氣田在用加熱爐數(shù)量統(tǒng)計表 臺

表2 2013年油氣田在用加熱爐容量及使用年限統(tǒng)計表

1.4 能效監(jiān)測情況

2013年，共對15個生產(chǎn)單位的445臺加熱爐（平均功率590kW）進行了節(jié)能監(jiān)測，綜合評價合格臺數(shù)126臺，占總數(shù)的28.3%。其中，爐體外表面溫度26℃，合格率為99.6%；熱效率79.81%，合格率為84.5%；排煙溫度218.9℃，合格率為80.4%；空氣系數(shù)2.79，合格率僅為44.5%，導致綜合評價指標偏低的主要因素為空氣系數(shù)合格率低。

1.5 加熱爐爐型分析

2013年，在監(jiān)測的445臺加熱爐中，容量大于3.15MW的加熱爐熱效率大于85%比例達到75%，說明大容量加熱爐從設備配置、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面均優(yōu)于小容量加熱爐。另外，容量大于0.63MW的加熱爐熱效率大于80%的加熱爐占監(jiān)測總數(shù)的75%以上，說明鍋加熱爐提效具有一定潛力。

2 存在主要問題

2.1 排煙溫度超標，燃料消耗量大

長慶油田加熱爐排煙溫度平均值為218.9℃，個別生產(chǎn)單位鍋爐、加熱爐排煙溫度達到290℃以上，部分熱量直接排空放掉，熱損失較大。排煙溫度高的主要原因如下：

一是爐膛、煙道積灰，導致加熱爐受熱面導熱系數(shù)降低，影響傳熱效果。相關(guān)研究表明，由于污垢傳熱系數(shù)僅為鋼鐵的1/10～1/100，如果結(jié)垢1.5mm，燃料消耗將增加11%～13%。

二是加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理或部件傳熱換熱效果差，熱量未充分交換就進入煙道排放。

三是油田用加熱爐盤管內(nèi)壁結(jié)垢嚴重，影響傳熱系數(shù)和使用壽命。

2.2 空氣系數(shù)超標，爐膛燃燒不充分

空氣系數(shù)是影響油田鍋爐、加熱爐運行效率的主要因素之一，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，長慶油田鍋爐、加熱爐空氣系數(shù)為2.79，空氣系數(shù)過大，排煙量也越大，通過煙氣排出的熱量也越多，導致加熱爐的熱損失增加，熱效率下降[1]。其主要原因是：

一是全自動燃燒器運行時間過長，零部件老化，溫控器、控制調(diào)節(jié)閥、減壓閥、供氣壓力調(diào)節(jié)器等靈敏度降低，燃燒狀況變差。

二是配套燃燒器型號較多，技術(shù)性能差異較大。功率大的加熱爐，配套了全自動節(jié)能燃燒器和自控系統(tǒng)，空氣系數(shù)控制較合理，現(xiàn)場監(jiān)測的排煙溫度和熱效率指標較好；而大部分功率小于800kW的加熱爐因配套普通或簡易燃燒器，需手動調(diào)節(jié)風門和燃油（燃氣）量，且無自動熄火報警和切斷裝置，現(xiàn)場監(jiān)測指標較差。

2.3 使用負荷率低，處于非經(jīng)濟運行區(qū)

長慶油田加熱爐負荷率為40.17%，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，大部分加熱爐處于非經(jīng)濟運行區(qū) （熱負荷在50%～75%為額定負荷區(qū)，即一般經(jīng)濟運行區(qū)），需要在優(yōu)化調(diào)整改造過程中合理改進[2]。

一是隨著開發(fā)時間的延長，老區(qū)塊產(chǎn)量逐步遞減，部分油氣站場處理液量減少，造成加熱爐負荷率降低。

二是個別加熱爐進行現(xiàn)場監(jiān)測時，由于受季節(jié)、運行工況等因素的影響，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低。

2.4 部分加熱爐陳舊老化，影響安全運行

長慶油田目前仍有136臺加熱爐使用時間超過15年，加之部分加熱爐因客觀條件限制，使用水質(zhì)不達標，腐蝕、老化嚴重，運行安全隱患大，燃料消耗大，熱效率低。長慶油田加熱爐平均熱效率為79.81%，個別單位加熱爐熱效率低于70%，與其他油田相比有一定差距[3]。

3 加熱爐提效技術(shù)對策

3.1 更新低效高耗加熱爐

1）冷凝臥式常壓水套加熱爐在改進原有水套加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了具有防露點腐蝕、排冷凝水功能的冷凝器及排水裝置，顯著降低了排煙溫度，提高了熱效率?，F(xiàn)場試驗后監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：熱效率達到91%，排煙溫度下降到95.3～120℃，與傳統(tǒng)常壓水套加熱爐相比，降低排煙溫度約80℃。

2）真空加熱爐運行時，鍋殼內(nèi)部壓力始終低于外界大氣壓力(一般在-0.03MPa至 0.0MPa之間)，即使鍋殼中盤管換熱器內(nèi)的承壓工質(zhì)泄漏，壓力一旦超過外界大氣壓力，即會立刻推開真空閥泄壓，鍋殼無承壓爆炸的危險。真空加熱爐熱效率達到87%～91%；采用全自動燃燒器，使燃料利用率達99%以上；配套自控系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的精確控制。

3.2 配套節(jié)能型高效燃燒器

空氣系數(shù)的大小與燃燒器性能、操作的好壞及爐體密封等有直接關(guān)系，在排除管理因素后，燃燒器配套是控制空氣系數(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。全自動燃燒器是在燃燒器基礎(chǔ)上配置風機、自動點火器、火焰檢測器、燃燒程序控制器、燃料控制調(diào)節(jié)裝置(如電磁閥、自動調(diào)節(jié)閥)和燃燒風量控制調(diào)節(jié)裝置 (如自動風門、風門調(diào)節(jié)器)，由此組成一個智能化的燃燒系統(tǒng)。采用可自動調(diào)節(jié)風門配風量的高效節(jié)能燃燒器，可根據(jù)設定的生產(chǎn)參數(shù)及時調(diào)整燃燒狀態(tài)，以保證運行時不出現(xiàn)燃燒空氣不足或過剩的現(xiàn)象，提高燃燒效率，降低燃料使用量5%～10%。

3.3 配套輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)

1）定向輻射。在受熱體表面誕敷形成固化瓷膜后，在受熱體表面垂直于其切線方向產(chǎn)生遠紅外線向被加熱介質(zhì)輻射，增強了被加熱介質(zhì)的熱能吸收效率[4]。

2）減少灰垢。受熱面附近的灰垢受到多次輻射而產(chǎn)生不規(guī)則運動，降低了灰垢的吸附力，提高爐內(nèi)受熱面的熱吸收效率。

3）降低水垢。遠紅外線波使鈣、鎂等離子與碳酸根離子碰撞機會明顯減少，降低內(nèi)壁結(jié)垢速度。

4）保護受熱體。在受熱面形成固化磁膜后全密閉保護受熱體，延長加熱爐使用壽命。

3.4 加熱盤管清垢防垢技術(shù)

針對油田加熱爐盤管內(nèi)壁結(jié)垢嚴重的問題，應對措施如下：

1）超聲波防垢技術(shù)。現(xiàn)場應用發(fā)現(xiàn)超聲波除垢儀對以碳酸鹽垢為主的區(qū)塊有較好的效果。

2）真空加熱爐技術(shù)改造。姬塬油田開發(fā)層位多，部分站點混層集輸導致加熱爐盤管結(jié)垢嚴重，采用物理和化學清洗防垢效果均不理想。2010年，試驗將真空原油加熱爐改造為分體相變真空加熱爐，換熱器封頭改造為法蘭聯(lián)接，盤管結(jié)垢嚴重影響生產(chǎn)時，僅對可拆卸盤管進行更換。與前期需對加熱爐解體更換盤管相比，更換盤管難度減小，延長了加熱爐使用壽命，取得了良好效果。

3.5 加熱爐余熱回收技術(shù)

由于冬季氣溫低，進入爐膛的空氣溫度也較低，使助燃空氣在燃燒過程中吸收大量的熱能，增加了燃燒消耗。因進入爐膛的空氣溫度低，空氣分子不活躍，燃氣（燃油）與空氣混合不充分，影響加熱爐的燃燒效果。應用加熱爐空氣預熱技術(shù)后，進入爐膛的空氣溫度提高，排煙溫度也相應降低，加熱爐熱效率可提高1%～2%，燃料消耗降低5%～8%，并能有效抑制空氣的熱污染[5]。

從表3可看出，綜合加熱爐各節(jié)能改造技術(shù)的配套費用和熱效率提高值，輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)投入費用較低，熱效率提高較大。

表3 加熱爐節(jié)能改造技術(shù)效果預測表

4 結(jié)論及建議

1）油田加熱爐具有數(shù)量多、功率小、耗能高、熱效率偏低的特點。

2）加熱爐提效途徑應綜合考慮安全生產(chǎn)、現(xiàn)場運行、投入費用、熱效率提高值等綜合因素。經(jīng)過對比，輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)和加熱爐盤管清防垢技術(shù)綜合性價比較高，可在油田規(guī)模推廣應用。

3）配套全自動節(jié)能高效燃燒器和更新加熱爐投入費用較大，解決因設備腐蝕、老化造成的現(xiàn)場安全隱患，設備本質(zhì)安全進一步提高。

4）加熱爐余熱回收技術(shù)投入費用較大，并需配套高溫燃燒器，可在容量大于4 000kW，排煙溫度大于250℃以上的加熱爐配套該技術(shù)。

[1]王穎，劉香蘭，申欣，等．提高加熱爐熱效率途徑的探討[J]．化學工業(yè)與工程技術(shù)，2008，29（4）：57-60．

[2]李秀娟．油田加熱爐節(jié)能運行的綜合評價[D]．大慶：東北石油大學，2011．

[3]劉亞杰，李彥平．加熱爐效率低、燃料單耗高的原因分析及改進措施[J]．中國石油和化工標準與質(zhì)量,2011,31（8）：275．

[4]鐘劍峰，伍永福，劉中興．加熱爐的節(jié)能技術(shù)改造[J]．工業(yè)爐，2009,31（1）：49-50．

[5]呂運容，陳文紅．提高加熱爐熱效率的有效途徑[J]．中國設備工程，2008（7）：22-23．