徐雙友

【摘要】在我國(guó)石油行業(yè)中，開(kāi)采出的原油多為典型的“三高”原油（高含蠟、高凝點(diǎn)、高含膠質(zhì)瀝青質(zhì)），采用加壓加熱的輸油工藝。而加熱爐作為原油加熱的重要設(shè)備，其運(yùn)行效率直接決定著能源消耗的高低，本文就針對(duì)加熱爐保持在高效區(qū)運(yùn)行進(jìn)行了研究，為加熱設(shè)備的高效節(jié)能提供了較好的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】油氣管道 輸送技術(shù) 機(jī)理 原油流動(dòng)性

加熱爐在我國(guó)原油管道運(yùn)輸業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。加熱爐的效率是能源消耗高低的直接決定因素，因此如何保證加熱爐長(zhǎng)期是管道工作者必須要研究解決的一個(gè)重要問(wèn)題。1 背景技術(shù)1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

魏荊線擔(dān)負(fù)著將河南油田原油輸送至荊門(mén)煉廠的任務(wù)，管線于1978年投產(chǎn)，全長(zhǎng)為226.379km，共設(shè)魏崗、襄樊2座熱泵站及8座加熱站。管線規(guī)格為Φ426×7mm，設(shè)計(jì)年輸量為350萬(wàn)噸/年。目前河南油田已進(jìn)入開(kāi)采后期，魏荊線年輸量近10年來(lái)一直保持在100萬(wàn)噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)年輸量。河南油田所產(chǎn)原油為典型的“三高”原油（高含蠟、高凝點(diǎn)、高含膠質(zhì)瀝青質(zhì)），采用加壓加熱加降凝劑的輸油工藝。全線共有22臺(tái)直接式加熱爐，其中有8臺(tái)加熱爐常年運(yùn)行，其余14臺(tái)間歇運(yùn)行，因此加熱爐的運(yùn)行狀況的好壞不僅直接決定著魏荊線的運(yùn)行安全，也直接決定著全處輸油能耗的高低。

1.2 存在問(wèn)題

目前，加熱爐運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)主要依靠徐州管道研究院每年一次的加熱爐爐效的測(cè)試。測(cè)試完畢后，在短時(shí)間內(nèi)加熱爐可以保持在高效區(qū)運(yùn)行，由于設(shè)備維修，配件更換、人為調(diào)節(jié)等因素，使加熱爐運(yùn)行效率隨著時(shí)間的運(yùn)行將逐步下降，造成加熱爐運(yùn)行效率降低，燃料的消耗增加。

2 研究?jī)?nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，魏崗站在加熱爐煙道處加裝了主要煙氣成分分析儀（氧化鋯分析儀），編制了加熱爐爐效測(cè)試軟件。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、迅速在線測(cè)量煙道煙氣中各成分的數(shù)值量。使輸油站場(chǎng)的操作人員能夠隨時(shí)觀察到煙道煙氣中各成分的變化。將含氧量、煙道溫度、散熱損失的數(shù)值帶入計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，可以準(zhǔn)確計(jì)算出加熱爐的運(yùn)行效率。一旦發(fā)現(xiàn)加熱爐爐效降低，能夠立刻采取有效的調(diào)節(jié)措施，確保加熱爐在高效區(qū)運(yùn)行，從而降低燃料的消耗。2.1 加熱爐爐效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

加熱爐爐效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)訜釥t煙氣排放指標(biāo)進(jìn)行不間斷的測(cè)量。該系統(tǒng)是將煙氣的測(cè)試原件深入到加熱爐煙道中進(jìn)行測(cè)試，具有測(cè)定準(zhǔn)確、持續(xù)穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。崗位值班人員通過(guò)對(duì)各運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)的錄入，可以隨時(shí)掌握加熱爐的運(yùn)行效率。確保加熱爐在高效區(qū)運(yùn)行，減少CO2、SOx、NOx的排放量，有效地防止空氣污染。

2.2 工作原理

過(guò)?？諝庀禂?shù)是加熱爐燃燒器運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)之一。該系統(tǒng)通過(guò)ZR202G型一體化氧化鋯變送器插入煙道中，直接與0～700℃的高溫氣體進(jìn)行接觸，通過(guò)轉(zhuǎn)換器輸出4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)獲得煙氣過(guò)剩氧的容積百分?jǐn)?shù)含量、空氣含氧量和煙氣的濕度的數(shù)值。

（1）、氧濃度（vol%O2）計(jì)算公式為：

m={1/（21-氧濃度）}×21

（2）、濕度（燃燒氣體中）（vol%H2O）可通過(guò)以下公式算出：

濕度={（每燃料單位中水蒸氣含量）+（空氣中的水含量）}/總排氣量

=（G w + 1 . 6 1×Z×A 0×M）/（X+AO×M）

其中：Gw=排氣中的水蒸氣含量，m3/

kg（m3）

Z=外氣的絕對(duì)濕度，kg/kg

AO=理論空氣量，m3/kg（m3）M=空氣比值

X=燃料系數(shù)，Nm3/kg或m3/m3

備注：該參數(shù)是通過(guò)氧化鋯探頭通過(guò)自帶程序自動(dòng)計(jì)算輸出。

（3）空氣含氧量：氧化鋯探頭通過(guò)監(jiān)測(cè)自動(dòng)輸出。

上述參數(shù)獲得后

（4）通過(guò)反平衡法計(jì)算公式：η=（1-Q煙-Q散）×100% 計(jì)算得出加熱爐的實(shí)際運(yùn)行效率。

其中：η：運(yùn)行加熱爐的熱效率。

Q煙：有空氣預(yù)熱器的取固定值3.5%。

Q散：排煙熱損失。排煙溫度每升高13℃左右排煙熱損失約增加1%，即（排煙溫度-室溫）÷13×1%。例如魏崗輸油站運(yùn)行的2#加熱爐，實(shí)際排煙溫度為230℃，室溫20℃，則排煙熱損失約為（230-20）÷13×1%=16.15%。

3 使用方法

3.1 人機(jī)交換界面

儀器開(kāi)機(jī)后變送器本體界面顯示如下圖：

21.0：測(cè)試結(jié)果，顯當(dāng)前煙氣中的氧含量。

Output1：第一路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。Output2：第二路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

右側(cè)為系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的報(bào)警提示按鈕，自上而下分別為濕度、溫度、斷信號(hào)、量程設(shè)置。

3.2 系統(tǒng)設(shè)置

（1）變送器本體量程設(shè)置，量程可在0～100%范圍內(nèi)任意設(shè)置，本系統(tǒng)設(shè)定量程為0～25%，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為4～20mA。

崗位操作人員只需要輸入氧含量和排煙溫度按開(kāi)始計(jì)算即可得到加熱爐爐效。

圖2 加熱爐實(shí)測(cè)爐

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）加熱爐爐效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行加熱爐煙氣成分的在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)反平衡法計(jì)算式可以很容易計(jì)算出加熱爐爐效，為操作工調(diào)解燃燒器的運(yùn)行提供了有力依據(jù)，確保了加熱爐長(zhǎng)期高效運(yùn)行，大大節(jié)約了能源消耗。

（2）該系統(tǒng)自5月份在魏崗輸油站安裝使用以來(lái)，加熱爐爐效保持在84%以上運(yùn)行，大大節(jié)約了燃?xì)饬康南?，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。2012年6月份共計(jì)消耗燃?xì)饬?0.5×104立方米，在相同的工況下，比去年同期消耗的燃?xì)饬?2.36×104立方米節(jié)約了1.86×104立方米。

（3）本儀器可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)量，測(cè)量迅速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。可以幫助崗位值班人員實(shí)時(shí)監(jiān)視加熱爐運(yùn)行狀態(tài)，合理調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，確保加熱爐在高效區(qū)運(yùn)行，具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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