淺談如何提高加熱爐效率

湯軍勤

（中國(guó)石油大港油田公司檢測(cè)監(jiān)督評(píng)價(jià)中心 天津 300280）

引言

油田加熱爐節(jié)能監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)是油田企業(yè)節(jié)能管理的基礎(chǔ)工作之一。通過監(jiān)測(cè)人員對(duì)油田加熱爐主要能效參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，技術(shù)人員依據(jù)國(guó)家和行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的綜合評(píng)價(jià)理論對(duì)油田加熱爐的能源利用情況進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步選擇適用的節(jié)能提效技術(shù)，促進(jìn)油田加熱爐用能水平的有效提高。

1 加熱爐現(xiàn)狀

油田加熱爐是油氣生產(chǎn)的主要熱力設(shè)備，也是地面集輸、處理與輸送等環(huán)節(jié)中必不可少的重要生產(chǎn)裝置。油井井口加熱、摻水，原油集輸、脫水、穩(wěn)定以及地面設(shè)施的供暖和伴熱等工藝過程，都離不開這一關(guān)鍵設(shè)施的熱力保障。在油氣田的原油和天然氣長(zhǎng)途運(yùn)輸中，加熱爐消耗部分天然氣，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)脑秃吞烊粴膺M(jìn)行加熱，以滿足原油和天然氣長(zhǎng)距離輸送工藝的要求。

1.1 油田加熱爐概述

隨著油氣田勘探開發(fā)面積的增大、開發(fā)難度增加，油氣田使用加熱爐的數(shù)量、種類越來越多，在油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)中，集輸系統(tǒng)中加熱爐的能耗是最高的。目前，油氣田加熱爐主要存在負(fù)載率低、設(shè)備老化、小型加熱爐較多、爐效偏低、燃燒不充分等問題。關(guān)注油田加熱爐的技術(shù)和發(fā)展，對(duì)安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗和提高生產(chǎn)效率有著重要的意義。目前，大港油田公司共有在用各類加熱爐241 臺(tái)，其中井口加熱爐67 臺(tái)（水套加熱爐），場(chǎng)站加熱爐174 臺(tái)（多為管式加熱爐和相變加熱爐）。從燃料類型來看，以伴生天然氣為主燃料，折合總能耗為21.86 萬噸標(biāo)煤。

1.2 油田常用加熱爐結(jié)構(gòu)工作原理和特點(diǎn)

（1）管式加熱爐

管式加熱爐主要由燃燒器、輻射管、對(duì)流管構(gòu)成。外殼起到封閉火焰和爐管的作用，外殼不承壓。通常在爐內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的爐管，被加熱介質(zhì)在爐管內(nèi)連續(xù)流過，通過爐管管壁將燃料在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量傳給被加熱介質(zhì)，常用于油、水或含油污水的加熱。

管式加熱爐主要包括爐管、爐管連接件及支承件、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器、吹灰器、煙囪、煙囪擋板、各種閥門、門類（看火門、人孔門、防爆門、清掃孔門和裝卸孔門等）和儀表接管（熱電偶套管、測(cè)壓管、氧分析儀接管和煙氣采樣口接管等）。在油田廣泛應(yīng)用的是臥式圓筒形管式加熱爐。

（2）水套加熱爐

水套加熱爐主要由火管、煙管和受熱盤管構(gòu)成，殼體內(nèi)的介質(zhì)是清水，盤管內(nèi)的介質(zhì)通常是原油和天然氣。該爐型主要通過煙管和火管內(nèi)的煙氣對(duì)殼體內(nèi)的清水進(jìn)行加熱，再由熱水對(duì)盤管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行水浴加熱，提升盤管內(nèi)介質(zhì)的溫度，滿足外輸工藝要求。水套加熱爐屬于火簡(jiǎn)式間接加熱爐。臥式內(nèi)燃兩回程的火簡(jiǎn)煙管結(jié)構(gòu)是水套加熱爐基本的結(jié)構(gòu)形式，火簡(jiǎn)布置在殼體的下部空間，煙管布置在火筒的另一側(cè)，火簡(jiǎn)與煙管形成U 形結(jié)構(gòu)；加熱盤管布置在殼體的上部空間；燃燒器和煙囪一般布置在水套加熱爐的前部。水套加熱爐主要由殼體加熱盤管、火簡(jiǎn)、煙囪燃燒器及其他附件（如安全閥壓力表液位計(jì)、防爆門等）組成，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 水套加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖

（3）相變加熱爐

相變加熱爐屬于微負(fù)壓或常壓容器，通過加熱水產(chǎn)生水蒸氣，再由水蒸氣來加熱受熱盤管，水蒸氣又冷凝為水，如此反復(fù)循環(huán)達(dá)到加熱目的。相變加熱爐具有效率高、爐體小、鋼耗低等優(yōu)點(diǎn)，是油氣田油氣集輸?shù)男聽t型。根據(jù)換熱盤管結(jié)構(gòu)的不同，相變加熱爐可分為一體式相變加熱爐和分體式相變加熱爐。

相變加熱爐本體主要由燃燒器、加熱盤管、煙囪、盤管進(jìn)出口管線、爐膽及各種閥門和儀表等組成，盤管在水面以上，頂部設(shè)有真空閥，防爆門位于加熱爐前部，與煙管煙氣出口處相連。

1.3 加熱爐熱效率檢測(cè)數(shù)據(jù)

國(guó)務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃》對(duì)節(jié)能減排工作做了進(jìn)一步部署，其中明確指出：在石油石化行業(yè)“推廣不加熱集油技術(shù)和油田采出水余熱回收利用技術(shù)，提高油田伴生氣回收水平”。大港油田公司加熱爐檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 加熱爐檢測(cè)數(shù)據(jù)表

2 制定可行性分析

2.1 使用加熱爐配套技術(shù)

具體包括加熱爐、燃燒器制造技術(shù)、節(jié)能燃燒技術(shù)、自動(dòng)控制類技術(shù)、煙氣余熱回收類技術(shù)、高效換熱、保溫類技術(shù)、阻垢防垢類技術(shù)。

2.2 優(yōu)化核減加熱爐數(shù)量

（1）繼續(xù)優(yōu)化簡(jiǎn)化改造和常溫輸送工藝改造，進(jìn)一步降低加熱爐在用數(shù)量。降低摻水、集輸加熱能耗。

（2）持續(xù)開展加熱爐熱負(fù)載優(yōu)化。在目前加熱爐運(yùn)行數(shù)量基礎(chǔ)上，盡大可能優(yōu)化熱負(fù)載從源頭降低燃料消耗。

2.3 運(yùn)行管理

（1）加強(qiáng)空氣系數(shù)的管理力度?？諝庀禂?shù)過大，表示向爐內(nèi)供入的空氣遠(yuǎn)大于理論空氣量，導(dǎo)致爐膛溫度降低，致使多余的冷空氣在爐膛被加熱并由煙囪排走，引起排煙熱損失增加；空氣系數(shù)過小，則造成燃料的完全燃燒，未完全燃燒熱損失增加，因此選取合理的空氣系數(shù)需要同時(shí)考慮排煙熱損失和未完全燃燒熱損失，二者之和最小時(shí)空氣系數(shù)的取值為最優(yōu)值。

（2）加強(qiáng)加熱爐除垢管理。加熱爐結(jié)垢積灰，導(dǎo)致加熱爐受熱面導(dǎo)熱系數(shù)降低，影響傳熱效果，加熱爐熱效率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致加熱爐爆管事故的發(fā)生。煙道積灰主要與其燃料有關(guān)，燃燒不充分以及燃料氣內(nèi)多雜質(zhì)易造成煙道積灰。

（3）加強(qiáng)防腐保溫管理措施。加熱爐保溫效果直接影響加熱爐外表面散熱損失，測(cè)定獲取較為準(zhǔn)確的加熱爐爐壁外表面溫度，對(duì)加熱爐爐壁進(jìn)行保溫效果綜合評(píng)估，有利于經(jīng)濟(jì)合理地實(shí)施保溫工藝改造和保溫新材料性能評(píng)價(jià)。

（4）制定完善的生產(chǎn)管理制度。嚴(yán)格落實(shí)中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)公司制定的《油氣田加熱爐運(yùn)行與維護(hù)管理規(guī)定》進(jìn)一步規(guī)范大港油田加熱爐運(yùn)行與維護(hù)管理，確保加熱爐安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

（5）加強(qiáng)加熱爐對(duì)標(biāo)管理和技術(shù)措施應(yīng)用。對(duì)標(biāo)管理必須選擇和確定被學(xué)習(xí)和借鑒的對(duì)象和標(biāo)準(zhǔn)，要在經(jīng)營(yíng)管理實(shí)踐中“優(yōu)中選優(yōu)”，制定合理的技術(shù)措施針對(duì)單臺(tái)加熱爐的問題進(jìn)行改進(jìn)提高熱效率。

（6）加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)測(cè)。以節(jié)能監(jiān)測(cè)的方式，查找熱效率不合格的加熱爐存在的具體問題，分析原因，制定切實(shí)可行的整改方案，并監(jiān)督落實(shí)。

3 措施與建議

3.1 加熱爐空氣系數(shù)

通過在加熱爐煙道安裝氧化鋯探頭，對(duì)加熱爐煙氣中的含氧量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。通過加熱爐效率測(cè)試，確定煙氣剩余氧含量區(qū)間。按預(yù)設(shè)的曲線調(diào)整加熱爐負(fù)載風(fēng)量，調(diào)節(jié)煙道擋板，確保煙道氧含量最佳，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣系數(shù)的控制和動(dòng)態(tài)調(diào)整，避免氣體壓力波動(dòng)或加熱爐漏氣而影響配比控制，保持最佳的燃燒效果，提高加熱爐運(yùn)行效率。

3.2 加熱爐本體

利用數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程啟停、監(jiān)控功能，且安裝有自動(dòng)啟停爐等自控裝置，實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)運(yùn)行。針對(duì)常壓水套加熱爐應(yīng)用比例大和間歇輸油的特點(diǎn)，在原水套爐的基礎(chǔ)上改造安裝負(fù)壓引射式主母火，通過控制爐內(nèi)傳熱介質(zhì)水的溫度自動(dòng)啟停加熱爐，實(shí)現(xiàn)無人值守。即設(shè)定加熱爐溫度啟、停的參數(shù)，達(dá)到溫度上限時(shí)自動(dòng)停爐，達(dá)到溫度下限時(shí)自動(dòng)點(diǎn)爐。

3.3 加熱爐管理

通過優(yōu)化加熱爐運(yùn)行參數(shù)，燃燒控制自動(dòng)化程度等特點(diǎn)，建立規(guī)范的加熱爐提效日常管理模式，把設(shè)備運(yùn)行管理與節(jié)能管理緊密配合，將加熱爐日常提效運(yùn)行管理措施與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范制定相結(jié)合，并納入相關(guān)規(guī)章制度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，用制度督促和約束日常節(jié)能管理措施的正常實(shí)施，促進(jìn)加熱爐日常提效運(yùn)行管理水平的不斷提高。

4 效果與意義

針對(duì)油田公司加熱爐在不同功率，不同工況，不同負(fù)載下的加熱爐，提出相應(yīng)的整改措施，有針對(duì)性的進(jìn)行整改，達(dá)到提高油田公司加熱爐效率的目的。

加熱爐提效工作是長(zhǎng)期和持續(xù)的重點(diǎn)節(jié)能工作，總結(jié)前期提效工作的得失，一方面采取措施，鞏固現(xiàn)有提效成果；另一方面總結(jié)存在問題，進(jìn)一步尋找加熱爐節(jié)能的潛力，增加節(jié)能技術(shù)儲(chǔ)備。

追求能效指標(biāo)的持續(xù)改進(jìn)，促進(jìn)企業(yè)整體能源管理水平的不斷提高，將提效活動(dòng)以常態(tài)化深入持續(xù)的開展下去。

結(jié)語

提高加熱爐效率，既節(jié)能又減排，而節(jié)能減排是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重大舉措，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇，對(duì)于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式、提高生活質(zhì)量、維護(hù)大港油田長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義。也是對(duì)社會(huì)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。我們要充分認(rèn)識(shí)節(jié)能減排工作的重要性和緊迫性。

加熱爐的節(jié)能減排運(yùn)行要從節(jié)約成本和環(huán)境保護(hù)等方面取得了突破，實(shí)施必要的技術(shù)改造升級(jí)，加強(qiáng)日常維護(hù)管理，提升加熱爐熱效率，為企業(yè)創(chuàng)造了收益，實(shí)現(xiàn)了降本增效。