加熱爐運(yùn)行分析及改進(jìn)

楊春（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

加熱爐運(yùn)行分析及改進(jìn)

楊春（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

大慶油田第七采油廠開發(fā)三十余年，由于產(chǎn)能遞減，早期安裝的加熱爐部分出現(xiàn)負(fù)荷偏低、加熱效率下降、腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重等問題。因此，探討加熱系統(tǒng)的特點(diǎn)及尋求對(duì)應(yīng)的提高效率措施成為油田的重要任務(wù)。結(jié)合廠加熱系統(tǒng)現(xiàn)狀，對(duì)影響加熱爐效率的因素進(jìn)行了分析，影響加熱爐效率的主要原因是結(jié)垢，因此，有效的除垢防垢技術(shù)是提高加熱爐效率的有效方法，如空穴射流清洗技術(shù)、應(yīng)用節(jié)能涂料，從而達(dá)到提高加熱爐爐效、降低耗氣量的目的。

加熱爐 技術(shù)改造 空穴射流清洗 節(jié)能涂料 爐效

大慶油田所產(chǎn)石油大部分為石蠟基原油，具有“高含蠟、高凝點(diǎn)、高黏度”的特點(diǎn)，為了保證原油的正常輸送，需要對(duì)原油進(jìn)行加熱，因此，加熱爐成為油田生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備；同時(shí)，加熱爐也是耗能比較大的設(shè)備。大慶油田第七采油廠早期安裝的加熱爐部分出現(xiàn)負(fù)荷偏低、加熱效率下降、腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重等問題，因此，降低加熱爐能耗，提高加熱爐熱效率成為目前的緊要任務(wù)。

1 原因分析

加熱爐熱效率主要是指加熱設(shè)備對(duì)燃料熱量的利用率，受多方面因素的影響，如燃料燃燒情況、設(shè)備換熱能力、熱量損失等。目前，影響該廠加熱爐效率的因素主要有以下兩方面：

1）加熱爐結(jié)垢問題[1]。油田加熱爐工質(zhì)成分復(fù)雜、雜質(zhì)多、礦化度高，極易結(jié)垢，結(jié)垢后嚴(yán)重影響加熱爐換熱管的傳熱效果?；鹜彩郊訜釥t煙火管壁面溫度高，工質(zhì)流動(dòng)速度緩慢，相對(duì)處于靜止?fàn)顟B(tài)，反應(yīng)垢和沉積垢生成速度快，不易清理，且清垢周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，垢的存在嚴(yán)重影響加熱爐的傳熱效果。相變爐和水套爐理論上殼程不結(jié)垢，被加熱介質(zhì)在管程流動(dòng)，會(huì)在換熱管內(nèi)壁生成反應(yīng)垢和沉積垢，但由于其換熱管壁面溫度較低，工質(zhì)流速較快，垢的生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢，但同樣影響加熱爐的傳熱效果。相比火筒式加熱爐，隨著現(xiàn)代清管技術(shù)日趨成熟，相變爐和水套爐換熱管垢層的清理相對(duì)簡(jiǎn)單，周期短、成本低、見效快。

2）運(yùn)行參數(shù)與加熱爐的匹配問題。油田加熱爐目前在運(yùn)行參數(shù)控制上大多采用粗獷式管理，沒有按照加熱爐的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)要求運(yùn)行，超負(fù)荷、低負(fù)荷等情況普遍，沒有充分發(fā)揮加熱爐的優(yōu)勢(shì)。

2 技術(shù)對(duì)策

通過上述分析可知，影響加熱爐效率的主要因素為結(jié)垢，因此，有效的除垢防垢技術(shù)是提高加熱爐爐效行之有效的方法。

2.1 空穴射流清洗技術(shù)

空穴射流清洗技術(shù)運(yùn)用的是流體力學(xué)領(lǐng)域中的“空穴效應(yīng)”原理。投放在管線中的清洗器，在流水和壓縮空氣的推動(dòng)下快速向前移動(dòng)，清洗器上的葉片產(chǎn)生高頻、劇烈振顫，清洗器被由此產(chǎn)生的急速旋轉(zhuǎn)的渦流所包圍，形成了連續(xù)移動(dòng)的低壓區(qū)；這個(gè)區(qū)域的流水始終呈汽化狀態(tài)，由此產(chǎn)生的細(xì)微汽泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬時(shí)激射出強(qiáng)力的微射流，無數(shù)的微射流匯聚成沖擊波，徹底粉碎了沉積物（圖1）。

圖1 空穴射流工作原理

2.2 節(jié)能涂料涂敷技術(shù)

FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料是一種涂刷于加熱爐爐膛內(nèi)壁的新型節(jié)能涂料（圖2），采用輻射吸熱原理，提高了加熱爐爐膛吸熱能力和加熱爐系統(tǒng)效率，具有耐高溫、輻射率高、降低煙垢和水垢生成速度的特點(diǎn)。

圖2 FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料現(xiàn)場(chǎng)照片

3 應(yīng)用及效果

3.1 空穴射流清洗技術(shù)

對(duì)第三油礦葡南1#轉(zhuǎn)油站3#真空加熱爐、葡四聯(lián)合站3#、4#真空加熱爐進(jìn)行空穴射流清洗，3臺(tái)加熱爐參數(shù)見表1。

表1 3臺(tái)試驗(yàn)真空加熱爐基本情況統(tǒng)計(jì)

3臺(tái)試驗(yàn)加熱爐均為早期產(chǎn)品，換熱盤管匯集器或內(nèi)置爐體內(nèi)、或無清洗接口，為便于進(jìn)行物理清洗，首先對(duì)試驗(yàn)爐匯集器進(jìn)行改造，從爐體內(nèi)拉出到爐外，設(shè)置清洗接口，以便于清洗器可以順利地進(jìn)入管路中，平均改造周期為3天。改造方式如下：

◇將加熱爐摻水管線進(jìn)出口的一端割開，將進(jìn)水匯管移到爐外；

◇將爐外摻水管線出口縮徑部位更換成同徑管線；

◇安裝物理清洗儀器的投放和回收接口；

◇恢復(fù)爐體保溫。

2013年11月完成了采油七廠三礦葡南1#站3#加熱爐、三礦葡四聯(lián)3#加熱爐、4#加熱爐的清垢清洗作業(yè)。平均清垢清洗作業(yè)周期為1天。

表2 空穴射流清洗前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由表2可知，葡南1#轉(zhuǎn)油站3#真空爐爐效提高5.6%，節(jié)氣率為6.45%；葡四聯(lián)合站3#真空爐爐效提高5.53%，節(jié)氣率為8.94%；葡四聯(lián)合站4#真空爐爐效提高5.73%，節(jié)氣率為9.16%。按照加熱爐平均節(jié)氣率為8.18%，單爐耗氣量為2000 m3/d計(jì)算，1年運(yùn)行200天，年節(jié)氣9.82×104m3；天然氣價(jià)格按2.02元/m3計(jì)算，則年節(jié)氣效益為19.84萬元。投入6萬元，產(chǎn)出19.84萬元。

3.2 節(jié)能涂料涂敷技術(shù)

對(duì)葡北1#轉(zhuǎn)油站3臺(tái)二合一加熱爐進(jìn)行節(jié)能涂料涂敷，2014年10月，完成了3臺(tái)加熱爐節(jié)能涂料涂敷工作。根據(jù)節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心的評(píng)價(jià)報(bào)告，對(duì)比涂敷前后加熱爐的節(jié)能效果（表3）。1#中轉(zhuǎn)站加熱爐涂敷遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料后，1#加熱爐節(jié)氣率8.01%，2#加熱爐節(jié)氣率8.28%，3#加熱爐節(jié)氣率7.95%。

表3 加熱爐涂敷遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

加熱爐涂敷節(jié)能涂料前按照平均單爐日耗氣2000 m3，涂敷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料后（平均節(jié)氣率8.08%）單爐節(jié)氣161.6 m3/d。涂敷節(jié)氣有效期限為1年，3臺(tái)加熱爐年節(jié)氣9.7×104m3，年節(jié)氣效益19.59萬元。投入3萬元，產(chǎn)出19.59萬元。

4 結(jié)論

1）應(yīng)用高效清垢防垢技術(shù)是提高加熱爐效率的有效方法，使用后加熱爐爐效可提高5%以上。

2）對(duì)于相變加熱爐和水套爐，合理匹配運(yùn)行參數(shù)，尤其是工質(zhì)流速，能在一定程度上降低污垢的生長(zhǎng)速度，延長(zhǎng)高效周期，提高運(yùn)行效率。

3）按季節(jié)變化合理配置加熱爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)，以提高負(fù)荷率。

4）對(duì)排煙溫度超標(biāo)、過剩空氣系數(shù)較高的加熱爐，應(yīng)提高監(jiān)測(cè)次數(shù)，實(shí)時(shí)掌握其運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)節(jié)配風(fēng)量，從而降低各項(xiàng)損失，減少環(huán)境污染，提高爐效，節(jié)約能源。

[1]錢家麟.管式加熱爐[M].2版.北京:中國(guó)石化出版社, 2013:642-643.

表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

1）抽油機(jī)是油田采油設(shè)備主要負(fù)載之一，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了六合一節(jié)能裝置節(jié)能效果顯著，降低了無功功率在線路上的損耗。

2）可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，提高油田輸電線路和變壓器的輸電能力，提高油田配電變壓器的運(yùn)行效率，有效提高了油田電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

3）能夠根據(jù)油井狀況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)運(yùn)行沖速，沖速調(diào)節(jié)方便靈活。

4）具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)油田油井設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，方便隨時(shí)掌握各油井運(yùn)行狀況，為油田的自動(dòng)化運(yùn)行奠定了一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]薄保中,龔新強(qiáng).抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造[J].節(jié)能技術(shù),2000,3(2):31-32.

[2]武偉偉.抽油機(jī)節(jié)能型變頻驅(qū)動(dòng)裝置研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2012.

（收稿日期：2015-02-04）

中國(guó)石化河北承德石油公司三岔口油庫(kù)

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.017

2015-01-27）

楊春，工程師，2004年畢業(yè)于西南石油大學(xué)（油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)），從事油氣集輸規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，E-mail：306262181@qq. com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163517。