加熱爐燃燒器故障檢測方法的研究與應用

魏作濤（大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司）

加熱爐作為介質加熱的重要設備，在油田企業(yè)中應用極為廣泛，用戶包括油氣田開采、油氣儲運、石油煉化等眾多行業(yè)和單位[1-2]?，F(xiàn)油田使用的加熱爐型號眾多，配備的燃燒器品牌各一，使用地點較為廣泛，在使用中維護保養(yǎng)和維修極不方便，一旦出現(xiàn)故障，無法運行，嚴重影響安全生產(chǎn)和導致事故的發(fā)生。油田進入開采中后期，存在著設備老化、工藝設計與運行工況不匹配等情況，進行節(jié)能改造勢在必行。通過增加加熱爐燃燒器故障快速檢測回路，可有效降低加熱爐燃燒器故障的排查時間，快速查清故障原因，確保加熱爐燃燒器順利運行，有助于提高節(jié)能降耗水平。

1 存在的問題

加熱爐燃燒器在啟動過程中，程控器接到啟動指令后進行前期大風吹掃[3]，電磁閥動作（關閉和打開相關電磁閥），噴油嘴（閥）在吹掃過程中受到預熱，溫控器在吹掃和霧化期對燃料油進行加溫；吹掃期后伺服馬達行至點火負荷，電磁閥動作（關閉和打開相關電磁閥），燃料油在油泵作用下經(jīng)噴油嘴控制回路，點火電極拉弧點燃加溫霧化后的燃料油（噴油量根據(jù)設定溫度指示進行自動調整），進風量同時進行自動調整，點爐運行過程完畢。加熱爐停運后，風機自動繼續(xù)后期吹掃，將爐膛內煙氣吹掃到設定時間后，風機停止工作。

但在燃燒器啟動中，經(jīng)常出現(xiàn)程控器信號無法指令風機運行，電磁閥不動作或誤動作造成爐膛充油的二次燃燒，點火電極不能進行拉弧和油泵無法啟動，以及進風量與噴油量不平衡造成燃料油不完全燃燒產(chǎn)生的大量黑煙和不充分燃燒產(chǎn)生顆粒物的飄散[4]等多種故障的發(fā)生，不僅增加了油耗[5]，而且造成環(huán)境污染事件的發(fā)生。

在燃燒器故障處理過程中，控制回路繁瑣設備部件較多，故障原因查找判別用時較長。對2009—2017 年同月份中出現(xiàn)的維修時長、出站溫度變化、油料消耗進行對比分析表明：維修時間越長外輸管道介質溫度下降越快；處理故障后，燃燒器運行在進站溫度不變、設定出站溫度不變、外輸流量不變的工況下，瞬時油耗明顯增大，經(jīng)燃料油流量計計量確定當日燃料油消耗明顯增多。

2 解決方案

2.1 研發(fā)宗旨

以單位在用多臺某品牌燃油燃燒器[6]為研究改造對象，在不改變原控制回路（220 V）和功能[7]狀態(tài)下，添加測試裝置回路，以便進行高壓點火電極、電磁閥、油槍預熱、風機運行和油泵運行等控制回路測試，及時判斷故障原因，減少故障排查時間，提高設備完好率和使用率和達到節(jié)能減排的目的。

2.2 建立燃燒器故障檢測回路

經(jīng)現(xiàn)場排查燃燒器各項控制回路，確定添加測試裝置回路[8]，它能夠進行高壓點火電極、電磁閥、油槍預熱、風機運行和油泵運行等控制回路測試，燃燒器故障檢測回路見圖1，其安裝使用后效果良好，符合各項工況運行條件。

2.2.1 風機測試回路

1）測試目的：測試風機電動機運轉是否正常；測試風機交流接觸器、過流保護器是否正常；測試風機電動機主回路是否缺相和線路及節(jié)點是否正常；測試伺服馬達運轉是否正常；風門擋板是否能正常開啟；排煙系統(tǒng)是否正常。

2）操作步驟：按動K2開關確認開啟，按動K1開關確認開啟；同時檢查風機運轉是否正常，伺服馬達運行是否正常，風門擋板是否打開。關閉K2、K1開關，確認關閉測試回路。

2.2.2 點火電極測試回路

1）測試目的：用來判斷高壓點火回路、電器元件運行是否正常（如高壓線圈點火電極及連接節(jié)點和部分高壓點火回路）。

2）操作步驟：按動K7開關，確認測試回路開啟；同時在觀火孔處檢查點火電極的位置，弧光是否正常。測試完畢關閉K7開關。

2.2.3 電磁閥測試回路

1）測試目的：檢測電磁閥線圈工作是否正常；檢測閥體部件是否工作；檢測電磁閥部分控制回路是否正常。

2）5#電磁閥檢測操作步驟：按動K5 開關，確認測試回路開啟；同時確定5#電磁閥是否動作或用絕緣棒觸在5#電磁閥體上，確定電磁閥是否動作。測試完畢關閉K5開關。

3）4#電磁閥檢測操作步驟：按動K4 開關，確認測試回路開啟；同時確定4#電磁閥是否動作或用絕緣棒觸在4#電磁閥體上，確定電磁閥是否動作。測試完畢關閉K4開關。

4）3#電磁閥檢測操作步驟：按動K3 開關，確認測試回路開啟；同時確定3#電磁閥是否動作或用絕緣棒觸在3#電磁閥體上，確定電磁閥是否動作。測試完畢關閉K3開關。

2.2.4 油泵測試回路

1）測試目的：檢測油泵運行是否正常；檢測油泵電動機運行是否正常；檢測油泵主回路運行是否正常（如交流接觸器、過熱保護器等）。

2）操作步驟：啟動按鈕K6 確認測試回路運行，同時檢查燃燒器油泵出口壓力表判斷油泵運行情況。檢測完畢關閉K6開關。

2.2.5 油槍預熱測試回路

1）測試目的：用于冬季加熱爐運行期間。在長時間停爐情況下，因油槍總成和噴嘴閥處于補風漏風區(qū)極易形成油槍總成和噴嘴閥低溫，使得油槍內燃油（重油）凝結于油槍內部元件上（如制動彈簧、桿、活塞型圈、噴嘴閥及噴嘴閥過濾網(wǎng)等），若強行運行易造成油槍內元件和噴嘴閥損壞。

2）操作步驟：按順序開啟K2、K5、K6 開關，預熱油路導通。用溫度計通過燃燒器和爐體交接處右側小孔測溫，超過設定值（50 ℃或以上）時達到預熱要求。預熱完畢按順序關閉K6、K5、K2開關。

圖1 燃燒器故障檢測回路（220 V）

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

經(jīng)改造后的燃燒器控制回路快速查找回路，可在較短時間內準確判斷出故障點和故障設備，為檢修人員提供準確的故障排除依據(jù)。通過對比維修時長、出站溫降、燃料油消耗等數(shù)據(jù)充分證明，檢修時長、外輸介質溫度與油耗關系見圖2，應用加熱爐燃燒器故障檢測方法可達到較高的節(jié)能降耗[9]水平，符合油田開發(fā)期的各項要求。特別是在油耗方面，從2009—2017年統(tǒng)計的平均故障排除時間由最低2.3 h 降至1.2 h，溫降由最高溫降34 ℃減少至26 ℃，按每小時節(jié)約0.2 t 燃料油計算，每臺加熱爐每年可節(jié)約近13 t燃料油的消耗，節(jié)約資金約3.9萬元。以油田在用的100臺燃油燃燒器為例，每年可節(jié)約燃料油消耗約1 300 t，節(jié)約資金近390萬元。

圖2 檢修時長、外輸介質溫度與油耗關系

3.2 安全效益

經(jīng)改造后的燃燒器控制回路快速查找回路，可在較短時間內準確判斷出故障原因，降低故障處理時間，有效防止因低溫凝管而造成輸油管道凍阻事故的發(fā)生；同時還能排除由電磁閥不動作或誤動作而導致的油路故障，為爐膛是否充油提供準確依據(jù)，防止在點爐過程中出現(xiàn)的爐膛內原油二次燃燒的事故發(fā)生，為油田安全生產(chǎn)提供有力保障。

4 結論

隨著油田開發(fā)的不斷深入，油氣資源的衰減和開發(fā)成本的增大，特別是近些年國際油價呈現(xiàn)較大范圍的波動和負油價時代的到來，致使油田原有的開發(fā)環(huán)境雪上加霜；因此，控制成本支出、節(jié)能降耗、內部挖潛等方法將成為油田開采期間的工作重點。對于大慶油田、海拉爾油田而言，由于其所處地理位置的限制，冬季需要大量的原油和天然氣對外輸原油進行加熱增溫，而加熱爐在原油輸送管線中起著重要的作用。研究和應用加熱爐燃燒器控制回路檢測方法，可有效降低故障查找、判斷、排除的時間，此方法具有較強的應用性和實用性，具有較高推廣和發(fā)展前景。