加熱爐火嘴改造實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效

李斌 何巖 毛謙明 黨文濤 馬堰杰（中石化西北油田分公司采油一廠采油管理一區(qū)，新疆 烏魯木齊830011）

加熱爐是油田生產(chǎn)中最重要的地面設(shè)備之一，西北油田產(chǎn)出原油多為高粘度、高含蠟、高壓力油氣井，加熱爐顯得更為重要。隨著油田開發(fā)逐步推進(jìn)，加熱爐成為能源消耗較大的裝置。目前管理區(qū)共有各類加熱爐220 臺，其中針對老式56 臺400KW加熱爐火嘴進(jìn)行改造，前期每臺加熱爐平均用氣472m3/d。數(shù)據(jù)顯示，管理區(qū)目前有400KW 老式加熱爐56 臺，由于多年長期運(yùn)行，普遍熱效率低，能耗偏高，經(jīng)過改造后，加熱爐平均熱效率提升了2.57 個百分點(diǎn)，降回壓明顯，節(jié)氣增效成果顯著。因此對現(xiàn)有加熱爐進(jìn)行技術(shù)改造和新技術(shù)應(yīng)用，可達(dá)到降低能耗和提高經(jīng)濟(jì)效益目的。

1 火嘴工況對加熱爐熱效率的影響

1.1 工作原理

水套加熱爐主要用于油氣集輸過程中，將原油加熱到工藝要求的溫度輸送至各站點(diǎn)，進(jìn)行沉降、分離、脫水和初加工?；鹱旖Y(jié)構(gòu)和燃燒程度直接影響原油外輸加熱的效果和原油外輸溫度的提高。工作原理是將天然氣和助燃空氣按比例混合后通過火嘴噴人爐筒中燃燒后，產(chǎn)生的熱能以輻射對流換熱形式將熱量傳給水套中的水，使水的溫度升高，水再將熱量傳遞給盤管中的原油，使原油獲進(jìn)一步的熱量，逐步提高至需求溫度，降低原油粘度及含蠟點(diǎn)，降低原油阻力，提高油井產(chǎn)量。

1.2 火嘴運(yùn)行不佳對加熱爐生產(chǎn)造成影響

（1）燃?xì)馊紵催_(dá)到要求指標(biāo),導(dǎo)致加熱爐受熱面不能全覆蓋,使導(dǎo)熱受影響并造成排煙溫度升高,最終導(dǎo)致加熱爐熱效率下降；

（2）燃?xì)饣瘜W(xué)性質(zhì)不能充分燃燒,造成加熱爐熱效率下降；

（3）燃燒過?？諝庀禂?shù)過大，增加排煙熱損失,造成加熱爐熱效率下降[1]。

（4）燃燒時頻繁熄火、爐膛內(nèi)有余氣，點(diǎn)火易造成安全事故。

（5）智能化運(yùn)用對加熱爐燃?xì)庀到y(tǒng)要求較高,如燃?xì)鈮毫刂?、風(fēng)壓調(diào)節(jié)和雜質(zhì)含量等，只有燃?xì)庀到y(tǒng)滿足要求，燃燒器與火嘴才能高效運(yùn)行;

1.3 注意事項

加熱爐的有效熱負(fù)荷越高，熱效率也就越高,要想達(dá)到燃?xì)庥昧吭缴伲€要達(dá)到加熱目的。優(yōu)化不僅考慮燃燒量與熱負(fù)荷匹配,火焰尺寸能否與爐膛尺寸匹配，還要考慮爐膛形狀是否能夠適合要求[2]。

2 現(xiàn)場應(yīng)用過程存在問題分析

通過對管理區(qū)220 臺加熱爐現(xiàn)場進(jìn)行測試分析，其中400KW加熱爐有56臺，主要用于輸送粘度較高、含蠟較高的油氣井，普遍存在熱效率低的問題，尤其冬季在西北油田沙漠腹地，氣候零下30度左右，加熱爐燃燒效果直接影響原油進(jìn)站外輸，燃燒效果差導(dǎo)致各單井頻繁出現(xiàn)回壓高、停井、熱油車掃線解堵。影響主要因素有：

（1）加熱爐使用年限長，故障多發(fā)。目前400KW加熱爐56臺使用年限已超過12 年。普遍存在火嘴變形，火焰無力，發(fā)飄，耐火磚脫落，爐膛及煙道積碳嚴(yán)重等問題，保溫層鐵皮部分脫落、影響了熱效率。

（2）燃?xì)夥蛛x處理不好，燃燒效果差，由于燃料使用的是從輸油站內(nèi)經(jīng)除油器分離出來的天然氣，分離效果不好，分離不徹底，外界氣溫底時，燃料氣就含一定冷凝液，經(jīng)常導(dǎo)致爐火熄滅、造成加熱爐經(jīng)常停運(yùn)。導(dǎo)致油井產(chǎn)液外輸困難，嚴(yán)重的導(dǎo)致油井停產(chǎn)，發(fā)生安全事故。

（3）現(xiàn)有火嘴存在安裝位置不合適，在狹小的燃燒孔道內(nèi)，火嘴位置過低，高溫火焰短距離噴射，耐火膠泥崩落，火焰直接燒灼爐底鋼板，縮短加熱爐的使用和運(yùn)行壽命。

（4）油田環(huán)境特殊影響，為沙漠戈壁構(gòu)造，一年四季常刮風(fēng)，尤其春夏季節(jié)，風(fēng)沙大，爐火頻繁熄滅，影響加熱爐運(yùn)行和加熱效果。

（5）未安裝遠(yuǎn)程溫度變送器及排煙溫度表，造成燃?xì)鈮毫εc煙道擋板檢測調(diào)節(jié)不到位，燃燒效率下降[3]。

（6）加熱爐煙道擋板較高，操作不靈活，調(diào)節(jié)困難，調(diào)節(jié)器常出現(xiàn)銹死、卡主現(xiàn)象發(fā)生。

（7）火嘴為圓柱裝孔式結(jié)構(gòu)，氣體進(jìn)入火嘴后，爐膛口處火量較大，爐膛深處火量較小，導(dǎo)致爐膛內(nèi)部加熱不夠均勻，熱傳導(dǎo)不好，外輸溫度較低。

（8）因管徑孔過細(xì)，導(dǎo)致進(jìn)氣量有限，天然氣在爐膛內(nèi)燃燒不充分，導(dǎo)致大量黑煙從煙囪內(nèi)排出，對井場內(nèi)環(huán)境造成煙塵污染。

3 改進(jìn)措施及效果

在生產(chǎn)過程中，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行技改與改進(jìn)措施，取得了良好的效果。

3.1 節(jié)氣減碳

通過現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，改造加熱爐火嘴長度、直徑，同時在其末端加裝1.0mm 多孔氣嘴，達(dá)到節(jié)流作用，使氣體在加長的管徑中流速降低、壓力增大。燃料氣由氣嘴噴出后壓力降低、流速增大，與由風(fēng)門進(jìn)入的空氣混合，體積比形成最佳混配，讓燃?xì)獬浞秩紵⒃跔t內(nèi)腔室形成負(fù)壓，達(dá)到節(jié)氣和減少積碳的目的，有效避免堵塞火嘴，保障加熱爐高效運(yùn)行。

3.2 高效運(yùn)行

通過改變火嘴開孔的尺寸和多點(diǎn)噴射方向的結(jié)構(gòu)形式等，同時調(diào)整燃燒器和火嘴的安裝位置，增大燃?xì)饬髋c空氣流夾角，并在噴嘴頭部增加一個穩(wěn)焰罩、點(diǎn)火孔，降低燃料氣流速，燃料氣在火嘴中的停留時間延長。同時通過風(fēng)門和擋板調(diào)節(jié)適量空氣比，保持最佳燃燒。投用后火焰呈青藍(lán)色，剛勁有力，燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度均勻，爐膛及煙道積碳減少。因火嘴是多孔小口徑結(jié)構(gòu)，在火嘴前方還增加一個穩(wěn)煙罩，可保證在大風(fēng)沙天氣火焰不易熄滅，有利于長期穩(wěn)定運(yùn)行，加熱爐使用壽命延長。消除火焰無根和易抽滅現(xiàn)象，解決了加熱爐燃燒不充分、易閃爆和煙塵量的問題，提高加熱爐安全性，讓加熱爐實(shí)現(xiàn)較好燃燒。

3.3 最佳爐效

針對大部分加熱爐未安裝遠(yuǎn)程溫度變送器進(jìn)行加裝改造，動態(tài)監(jiān)控排煙溫度。在加熱爐運(yùn)行時利用手持含氧分析儀或熱效率檢測儀進(jìn)行煙囪排煙溫度的檢測。在介質(zhì)流量固定的情況下，通過多個溫度點(diǎn)煙道擋板的開啟程度，將加熱爐煙氣中含氧量控制在3%左右。折算出最佳爐效，據(jù)此確定煙道擋板最佳開啟度并做好標(biāo)示，使加熱爐始終在最佳爐效狀態(tài)下運(yùn)行[4]。

3.4 長燃長效

控制燃料中的水份，站外配氣閥組出口200米處采取加裝分液（氣）包的措施，在分液包外加裝保溫棉和電伴熱，使其降低因低溫而出現(xiàn)的冷凝液。站內(nèi)值班人員2小時一次排液，特殊情況加密排液，減少燃?xì)夂绊?。爐火熄滅大大降低，保證單井加熱爐平穩(wěn)運(yùn)行。

3.5 安全運(yùn)行

針對加熱爐使用年限長，頻繁出現(xiàn)故障，采取優(yōu)化加熱爐運(yùn)行措施。對15臺保溫層脫落進(jìn)行保溫層更換修復(fù)，對4臺年久運(yùn)行加熱爐進(jìn)行維修處理，對井況、壓力不同，在滿足生產(chǎn)熱負(fù)荷的情況下，對3口井加熱爐進(jìn)行調(diào)換，通過優(yōu)化運(yùn)行，噸油消耗燃料明顯降低，避免了燃?xì)獾睦速M(fèi)，杜絕了安全隱患，提高了加熱爐熱效率。

3.6 技改增效

老式火嘴通過改造后，效果顯著，可以在戶外運(yùn)行和適應(yīng)風(fēng)沙、雨雪和低溫氣候條件，降回壓明顯，應(yīng)用新型節(jié)氣火嘴燃燒充分，煙道及爐膛積灰明顯減少，每年減少3次清灰。同時調(diào)整燃燒器和火嘴的安裝位置，從而控制過?？諝庀禂?shù)，使燃燒氣與空氣完全均勻地混合而達(dá)到降低排煙損失和提高熱效率，通過采取以上措施，與前期數(shù)據(jù)對比，加熱爐熱效率提高了2、57個百分點(diǎn)，解決冬季生產(chǎn)困難，全年累計節(jié)氣285萬方，節(jié)約170 多萬元，累計增油1200 噸，達(dá)到了穩(wěn)定操作，節(jié)能降耗、增產(chǎn)的目的。

4 結(jié)語

通過對加熱爐火嘴合理改造，新型節(jié)氣火嘴克服了以往使用的加熱爐火嘴天然氣燃燒不完全、容易熄火、爐膛內(nèi)呈紅火、煙道及爐膛易產(chǎn)生積碳、浪費(fèi)天然氣等缺點(diǎn)，通過優(yōu)化運(yùn)行，具有讓天然氣燃燒充分、爐膛內(nèi)呈藍(lán)色強(qiáng)勢火苗、減少加熱爐用氣量，還能減少煙道及爐膛內(nèi)產(chǎn)生積碳，提升加熱爐熱效率，降回壓明顯，通過取樣化驗(yàn)煙氣CO含量有原來的48g/mL減少為7g/mL，節(jié)能環(huán)保和增產(chǎn)增效非常明顯。天然氣節(jié)約費(fèi)用產(chǎn)生年度效益530萬元。

同時延長加熱爐使用壽命，消除安全隱患風(fēng)險。實(shí)際運(yùn)行情況反應(yīng)出，改造后的加熱爐火嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理、更節(jié)能、更安全、能夠達(dá)到環(huán)保要求，下步在全局推廣使用。