原油真空加熱爐節(jié)能改造技術探析

安彥斌 白冰（長慶油田分公司第三輸油處）

目前，在我國的油田生產(chǎn)過程中普遍采用長距離輸送管道進行原油的輸送。我國許多油田所生產(chǎn)的原油具有凝固點高和含蠟量高的特點，為了保證原油的正常輸送，需要對原油進行加熱，因此加熱爐成為油田生產(chǎn)中不可或缺的重要設備，同時加熱爐也成為耗能比較多的設備。為了降低油田的生產(chǎn)能耗，提高油田的生產(chǎn)效益，需要在油田積極開展節(jié)能降耗工作[1]。

1 真空加熱爐介紹

1.1 真空加熱爐原理

燃燒產(chǎn)生的熱量，通過火筒和煙管傳遞給外面浸泡著的水，水吸收了熱量而沸騰，變成蒸汽，蒸汽再把熱量傳遞給需要加熱的介質(zhì)后，又冷凝成水，并回落到原來的位置，再次被加熱成蒸汽。如此循環(huán)往復，使熱傳遞處于互相變換的平衡之中。由于蒸汽的冷凝，爐體的內(nèi)部就形成了真空狀態(tài)，出現(xiàn)負壓，這樣，爐體內(nèi)部壓力就始終低于外界的大氣壓力，從而保證了加熱爐在運行時的安全。加熱爐可以利用原油作為燃料，也可以利用天然氣作為燃料，在吳定首站所運行的三臺加熱爐均采用原油作為加熱燃料。

1.2 真空加熱爐性能特點

真空加熱爐的燃燒和傳熱系統(tǒng)，能使燃料得到充分燃燒并傳熱；運行中爐體內(nèi)不會出現(xiàn)鼓包、腐蝕、結垢、結焦、裂紋等現(xiàn)象，從而延長了設備的維修周期和使用壽命，有利于環(huán)境保護；真空加熱爐具有體積小、造價低、熱效率高、節(jié)約能源、安全可靠、操作簡便、自動化程度高、噪音小、排煙少、無污染、適應性強等諸多優(yōu)點?？偟膩砜?，真空加熱爐的性能特點主要體現(xiàn)在燃燒技術及傳熱和換熱技術上。

1）燃燒技術。原油真空加熱爐中使用的燃燒技術可分為自動燃燒技術和微正壓通氣燃燒技術，其中微正壓通氣燃燒技術采用的是微正壓通氣的模式，通過提高氣缸容積的熱強度和控制好過量空氣系數(shù)來實現(xiàn)熱效率的提高。隨著自動化技術的發(fā)展，在油田中已經(jīng)廣泛采用自動燃燒技術，通過給加熱爐配置全自動的燃油或燃氣燃燒器，可以通過程序控制實現(xiàn)點火、熄火和安全保護等功能，實現(xiàn)全自動燃燒功能。

2）傳熱和換熱技術。在原油加熱爐中采用了很多比較先進的傳熱和換熱技術，這些技術對提高加熱爐的總體熱效率起到了很好的保障作用。首先，在鍋爐中采用了螺紋煙管和波紋爐管傳熱技術，這增強了高溫煙氣和需要加熱的介質(zhì)間的擾動，在一定程度上增強了換熱系數(shù)。其次，由于真空加熱爐采用的是相變換熱的原理，整個加熱爐的換熱過程與熱管換熱器的原理比較相似，可以充分利用水蒸氣的汽化潛熱對原油進行加熱，相對于普通的加熱爐來說對于熱量的利用更加充分，熱效率也遠高于普通的原油加熱爐。

2 真空加熱爐運行中的節(jié)能措施

2.1 合理控制熱負荷

通過對國內(nèi)油田使用的加熱爐的調(diào)查情況分析，原油加熱爐的熱負荷與熱效率存在一定的相關性。因為原油加熱爐在進行設計時是以滿負荷作為其運行的最佳工況進行設計的，因此當熱負荷偏離設計的滿負荷運行時肯定會降低加熱爐的熱效率。也就是說，加熱爐的熱負荷過低和過高時都會降低原油加熱爐的熱效率。尤其是當加熱爐超負荷運行時，由于供給燃燒系統(tǒng)的燃料量要大于供給燃燒系統(tǒng)的空氣量，使燃料發(fā)生不完全燃燒的現(xiàn)象，未充分燃燒的燃料隨著煙氣一起排出，造成未完全燃燒熱損失增加。

2.2 控制風量配比

根據(jù)燃燒學的原理可知，加熱爐的燃料必須在一定的多余空氣量下才能實現(xiàn)完全燃燒，原油真空加熱爐的過量空氣系數(shù)一般為1.05～1.15，因為在這種情況下加熱爐的熱效率較高。當過量空氣系數(shù)過小時會使燃料的燃燒不充分，而在過量空氣系數(shù)較高的情況下，會降低燃燒溫度，燃料在未完全燃燒的情況下就隨煙氣排出，因此必須控制好燃燒時的風量配比。

2.3 正確選擇燃燒器和對燃燒器進行改造

燃燒器對真空加熱爐的燃燒性能有重要的決定作用，因此為了提高加熱爐的熱效率，必須重視燃燒器的選型和改造工作。首先，應根據(jù)油田的燃料供應情況決定選擇燃油、燃氣、油氣兩用燃燒器，所選擇的燃燒器能實現(xiàn)比例控制燃燒，適應油田的伴生氣和自產(chǎn)原油。其次，所選燃燒器必須配備火焰監(jiān)測裝置，具有負荷自動調(diào)節(jié)、程序自動點火、熄火報警保護、根據(jù)實際工況實現(xiàn)燃氣壓力超高超低壓力保護、燃油溫度超高過低溫度保護、燃油壓力超高超低壓力保護、供風壓力超低壓保護、燃燒器故障報警等功能，可實現(xiàn)前后吹掃、供風、點火、燃燒、停機、再啟動等全自動控制，適應點火時產(chǎn)生的過壓；再次，選擇的燃燒器必須與加熱爐所用燃料相匹配，并應滿足現(xiàn)場燃料系統(tǒng)實際運行參數(shù)的要求。重油燃燒器應配有重油增壓泵組，燃氣燃燒器配有質(zhì)量過硬的閥組及燃氣泄漏安檢報警系統(tǒng)；最后，功率調(diào)節(jié)范圍必須適應生產(chǎn)實際變化的要求，燃燒器可實現(xiàn)手動/自動操作狀態(tài)切換。

2.4 對加熱爐進行SCADA技術改造

SCADA是supervisorycontrolanddataacquisition系統(tǒng)的簡稱，這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能為一體的自動化控制系統(tǒng)。在原油真空加熱爐中采用SCADA系統(tǒng)可以獲得很好的節(jié)能效果。首先，SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)了對原油加熱爐溫的控制，在SCADA系統(tǒng)中對原油的出口溫度進行單回路的PID調(diào)節(jié)，這樣保證了系統(tǒng)承受擾動的能力較強，使原油的出口溫度始終穩(wěn)定在設定值附近，通過修改PID函數(shù)中的相關參數(shù)可以實現(xiàn)對加熱爐燃油量和助燃風量消耗的精確控制，使加熱爐在運行過程中始終保持最近的空燃比，從而達到了節(jié)約燃料、提高燃燒效率的目的。

3 真空加熱爐現(xiàn)場應用情況

吳定首站在2012年引進的三臺2000kW相變式真空加熱爐，采用原油作為燃料，控制采用調(diào)節(jié)煤水溫度保證生產(chǎn)運行參數(shù)（出爐溫度等）的方式，熱負荷主要靠人工設置參數(shù)（爐水溫度）進行控制，如果運行參數(shù)（原油出口溫度、采暖出口溫度）發(fā)生變化，就需要人工反復調(diào)試，選擇下一個最佳負荷點，增加了加熱爐的耗能。2013年10月底，吳定首站對舊的三臺加熱爐進行了控制方式及SCADA改造，同時引進了一臺4500kW的新爐子，將舊爐子改造為通過確定原油出口溫度來進行自動化調(diào)節(jié)自身運行參數(shù)（爐水溫度）的控制方式；新引進的爐子具有自動調(diào)節(jié)和控制風量配比的控制系統(tǒng)。舊爐子改造之后，合理的控制了熱負荷，通過能耗報表統(tǒng)計，平均每天至少節(jié)省燃油0.5m3。

4 結語

原油加熱爐是油田生產(chǎn)過程中主要的耗能設備之一，對原油真空加熱爐的節(jié)能技術進行研究是降低油田生產(chǎn)能耗、提高油田生產(chǎn)效益的重要途徑之一。本文對原油真空加熱爐的原理進行了介紹，并就如何提高原油加熱爐的節(jié)能效果提出了一些對策，對真空加熱爐的現(xiàn)場運用作了總結分析，希望能為相關工作人員提供一些有益的參考。

[1]王顯豐.真空原油加熱爐應用現(xiàn)狀研究及其發(fā)展方向[J].化學工程與裝備,2009（10）:112-113.

[2]張偉,遲進華,徐明海.原油加熱爐變工況運行熱效率[J].油氣儲運,2011（5）:352-354.

[3]馮傳清.仿人智能控制及其在原油加熱爐中的應用[D].山東科技大學,2004.