加熱爐負荷率與能耗關系研究

白曉彤，李明峰，吳麗娜，劉昊明

（1. 東北石油大學, 黑龍江 大慶163318； 2. 長城鉆探頂驅技術分公司, 遼寧 盤錦124010; 3. 上海海洋大學，上海201306）

加熱爐負荷率與能耗關系研究

白曉彤1，李明峰2，吳麗娜1，劉昊明3

（1. 東北石油大學, 黑龍江 大慶163318； 2. 長城鉆探頂驅技術分公司, 遼寧 盤錦124010; 3. 上海海洋大學，上海201306）

加熱爐作為油田生產的主要耗能設備，主要用于對原油、天然氣等介質進行加熱，以滿足油氣集輸與處理工藝要求。由于季節(jié)性和油田產量變化的影響，油田多數加熱爐的運行負荷偏離設計負荷，處于低負荷運行，研究負荷率與能耗的關系對加熱爐的節(jié)能降耗管理具有很大意義。通過數據分析得到負荷率和熱效率、能耗的關系，并推導不同負荷率下，熱效率提高相同幅度時，能耗節(jié)約量與負荷率的關系。得出更應加強加熱爐在高負荷下的節(jié)能技術管理。

加熱爐；負荷率；熱效率；能耗

1 現場加熱爐負荷情況分析

根據各大節(jié)能監(jiān)測機構提供的監(jiān)測數據，共測試394臺加熱爐，其加熱爐負荷率匯總如表1所示，形成柱狀圖如圖1所示。

表1 加熱爐負荷率匯總Table 1 Summary of load rate of heating furnace

可以看出，負荷率低于60%的加熱爐臺數比例為 80.8%，但加熱爐設計最優(yōu)負荷率一般在70%～90%之間，所監(jiān)測加熱爐負荷率在此范圍的僅占9.14%，說明大多數加熱爐負荷率大大偏離設計負荷率，影響了加熱爐的熱效率。那么負荷率是怎樣影響加熱爐熱效率的呢？

圖1 加熱爐負荷率分布圖Fig.1 Distribution map of load rate of heating furnace

2 加熱爐負荷率與熱效率關系

選取管式、真空、水套加熱爐，為了排除排煙溫度和空氣系數對加熱爐熱效率的影響，要保證每組排煙溫度和空氣系數分別近似。分析加熱爐負荷率對熱效率的影響。

（1）管式加熱爐負荷率和熱效率的關系

選取加熱爐容量（0.63＜D≤2.50）MW范圍內的管式加熱爐，統(tǒng)計不同負荷率時的熱效率。如表2所示。做出熱效率—負荷率曲線，如圖2所示。

表2 管式加熱爐負荷率和熱效率的關系Table 2 The relationship between load rate of tubular furnace and efficiency

圖2 管式加熱爐熱效率—負荷率曲線Fig.2 Thermal efficiency-load rate curve of tubular furnace

從圖2中可以看出，管式加熱爐隨著負荷率的增加，熱效率增加。

（2）真空相變加熱爐負荷率和熱效率的關系選取加熱爐容量（2.00＜D≤3.15）MW范圍內的真空相變加熱爐，統(tǒng)計不同負荷率時的熱效率。如表3所示。做出熱效率—負荷率的曲線，如圖3所示。

表3 真空相變加熱爐負荷率和熱效率的關系Table 3 The relationship between load rate of transformation furnace and efficiency

圖3 真空相變加熱爐熱效率-負荷率曲線Fig.3 Thermal efficiency-load rate curve of transformation furnace

由圖3可以看出，真空相變加熱爐在一定范圍內，隨著負荷率的增加，熱效率呈上升趨勢。

本文從礦區(qū)地質特征入手，系統(tǒng)分析礦床的地質特征，礦床成因及物質來源，總結出該區(qū)的成礦規(guī)律，為深、邊部找礦提供思路。

（3）水套爐負荷率和熱效率的關系

選取加熱爐容量（0.63＜D≤1.25）MW范圍內的水套爐，統(tǒng)計不同負荷率時的熱效率。如表4所示。做出熱效率—負荷率的曲線，如圖4所示。

表4 水套爐負荷率和熱效率的關系Table 4 The relationship between load rate of water jacket furnace and efficiency

圖4 水套爐熱效率-負荷率曲線Fig.4 Thermal efficiency-load rate curve of water jacket furnace

由圖4可以看出，水套爐在一定范圍內，隨著負荷率的增加，熱效率增加。

由以上結果可以看出，在一定范圍內，加熱爐熱效率隨著負荷率的增加而增加。那么，為了追求高效率而提高負荷率是正確的么？負荷率與能耗的關系是怎樣的呢？

3 加熱爐負荷率與能耗的關系

對大慶油田 2014年加熱爐變負荷多工況測算數據進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如下：

（1）統(tǒng)計容量為2.33 MW加熱爐的負荷率和燃料消耗量，如表5。

表5 加熱爐不同類型不同負荷率下的天然氣消耗量Table 5 Gas consumption under different type and load rate

從表5中可以看出，一是各類型的加熱爐在相同負荷率下，燃料消耗量基本相同。也就是說，燃料消耗量與加熱爐的類型無關；二是負荷率越大，燃料消耗量越大。

（2）統(tǒng)計負荷率約為 40%加熱爐的功率和燃料消耗量，如表6。

表6 加熱爐不同功率相同負荷率下的天然氣消耗量Table 6 Gas consumption under different power and same load rate

從表6中可以明顯看出，加熱爐在相同負荷率下，隨著功率的增加，燃料消耗量增大。

（3）負荷率和能耗關系的推導

下面來推導一下負荷率與能耗的關系：

設負荷率R1＜R2，其中，

在低負荷率R1下，將加熱爐的效率由η1升至η2。

同樣，在高負荷率R2下，將加熱爐的效率由η1升至η2。

所以，在同一低負荷率R1下，

所以，在同一高負荷率R2下，

Study on the Relationship Between Load Rate of Heating Furnace and Energy Consumption

BAI Xiao-tong1，LI Ming-fengi2，WU Li-na1，LIU Hao-ming3
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. CNPC Greatwall Drilling Company, Liaoning Panjin 124010，China；3. Shanghai Ocean University, Shanghai 201306，China）

As main energy consumption facility of the oil field, the heating furnace is mainly used to heat medium such as crude oil and gas in order to satisfy the need of oil-gas storage and transportation and treatment process. Due to the influence of seasonality and output fluctuation, the operation load of most heating furnaces deviates from the design load. It is great significance to study the relationship between load rate of heating furnace and energy consumption for energy conservation management. In this paper, through analyzing data, the relationship between load rate of heating furnace and heat efficiency, energy consumption was got. And the relationship between energy consumption saving and load rate under different load rate and the same variable quantity of thermal efficiency was derived. It’s pointed out that we should spend more time to enhance the saving management of heating furnace under the high-load rate.

Heating furnace; Load rate; Thermal efficiency; Energy consumption

TQ 052

A

1671-0460（2015）08-1934-03

2015-06-10

白曉彤，女，遼寧沈陽人，2013年畢業(yè)于東北石油大學油氣儲運專業(yè)，研究方向：油田地面工程節(jié)能優(yōu)化。E-mail：haku0412@sina.com。