王錄軍 ，周學(xué)軍,2，雷 鈞 ，梁海峰 ，王海軍 ，濮新宏

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （陜西 西安 710018）

2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 （陜西 西安 710075）

1 加熱爐應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 加熱爐數(shù)量

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)慶油田)目前有加熱爐4 503臺(tái)，分布在21個(gè)主要油氣生產(chǎn)單位，承擔(dān)著油氣田生產(chǎn)用熱及生活采暖，具體情況見表1。

1.2 加熱爐容量及使用年限

目前使用加熱爐有水套加熱爐、真空相變加熱爐、熱媒爐和管式加熱爐4類，總?cè)萘? 688.1MW。具體情況見表2。

1.3 能源消耗情況

2013年,加熱爐能源消耗為天然氣66 015萬m3,原油59 323t/a，煤炭20 9371t/a，供熱系統(tǒng)年耗能1 112 302t標(biāo)煤，供熱系統(tǒng)占企業(yè)總能耗的比例19.1%，與其他油田用能先進(jìn)單位相比有一定差距。

表1 2013年油氣田在用加熱爐數(shù)量統(tǒng)計(jì)表 臺(tái)

表2 2013年油氣田在用加熱爐容量及使用年限統(tǒng)計(jì)表

1.4 能效監(jiān)測(cè)情況

2013年，共對(duì)15個(gè)生產(chǎn)單位的445臺(tái)加熱爐（平均功率590kW）進(jìn)行了節(jié)能監(jiān)測(cè)，綜合評(píng)價(jià)合格臺(tái)數(shù)126臺(tái)，占總數(shù)的28.3%。其中，爐體外表面溫度26℃，合格率為99.6%；熱效率79.81%，合格率為84.5%；排煙溫度218.9℃，合格率為80.4%；空氣系數(shù)2.79，合格率僅為44.5%，導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)偏低的主要因素為空氣系數(shù)合格率低。

1.5 加熱爐爐型分析

2013年，在監(jiān)測(cè)的445臺(tái)加熱爐中，容量大于3.15MW的加熱爐熱效率大于85%比例達(dá)到75%，說明大容量加熱爐從設(shè)備配置、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面均優(yōu)于小容量加熱爐。另外，容量大于0.63MW的加熱爐熱效率大于80%的加熱爐占監(jiān)測(cè)總數(shù)的75%以上，說明鍋加熱爐提效具有一定潛力。

2 存在主要問題

2.1 排煙溫度超標(biāo)，燃料消耗量大

長(zhǎng)慶油田加熱爐排煙溫度平均值為218.9℃，個(gè)別生產(chǎn)單位鍋爐、加熱爐排煙溫度達(dá)到290℃以上，部分熱量直接排空放掉，熱損失較大。排煙溫度高的主要原因如下：

一是爐膛、煙道積灰，導(dǎo)致加熱爐受熱面導(dǎo)熱系數(shù)降低，影響傳熱效果。相關(guān)研究表明，由于污垢?jìng)鳠嵯禂?shù)僅為鋼鐵的1/10～1/100，如果結(jié)垢1.5mm，燃料消耗將增加11%～13%。

二是加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理或部件傳熱換熱效果差，熱量未充分交換就進(jìn)入煙道排放。

三是油田用加熱爐盤管內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，影響傳熱系數(shù)和使用壽命。

2.2 空氣系數(shù)超標(biāo)，爐膛燃燒不充分

空氣系數(shù)是影響油田鍋爐、加熱爐運(yùn)行效率的主要因素之一，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，長(zhǎng)慶油田鍋爐、加熱爐空氣系數(shù)為2.79，空氣系數(shù)過大，排煙量也越大，通過煙氣排出的熱量也越多，導(dǎo)致加熱爐的熱損失增加，熱效率下降[1]。其主要原因是：

一是全自動(dòng)燃燒器運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，零部件老化，溫控器、控制調(diào)節(jié)閥、減壓閥、供氣壓力調(diào)節(jié)器等靈敏度降低，燃燒狀況變差。

二是配套燃燒器型號(hào)較多，技術(shù)性能差異較大。功率大的加熱爐，配套了全自動(dòng)節(jié)能燃燒器和自控系統(tǒng)，空氣系數(shù)控制較合理，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的排煙溫度和熱效率指標(biāo)較好；而大部分功率小于800kW的加熱爐因配套普通或簡(jiǎn)易燃燒器，需手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門和燃油（燃?xì)猓┝?，且無自動(dòng)熄火報(bào)警和切斷裝置，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)較差。

2.3 使用負(fù)荷率低，處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)

長(zhǎng)慶油田加熱爐負(fù)荷率為40.17%，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，大部分加熱爐處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū) （熱負(fù)荷在50%～75%為額定負(fù)荷區(qū)，即一般經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)），需要在優(yōu)化調(diào)整改造過程中合理改進(jìn)[2]。

一是隨著開發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，老區(qū)塊產(chǎn)量逐步遞減，部分油氣站場(chǎng)處理液量減少，造成加熱爐負(fù)荷率降低。

二是個(gè)別加熱爐進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，由于受季節(jié)、運(yùn)行工況等因素的影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏低。

2.4 部分加熱爐陳舊老化，影響安全運(yùn)行

長(zhǎng)慶油田目前仍有136臺(tái)加熱爐使用時(shí)間超過15年，加之部分加熱爐因客觀條件限制，使用水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，腐蝕、老化嚴(yán)重，運(yùn)行安全隱患大，燃料消耗大，熱效率低。長(zhǎng)慶油田加熱爐平均熱效率為79.81%，個(gè)別單位加熱爐熱效率低于70%，與其他油田相比有一定差距[3]。

3 加熱爐提效技術(shù)對(duì)策

3.1 更新低效高耗加熱爐

1）冷凝臥式常壓水套加熱爐在改進(jìn)原有水套加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了具有防露點(diǎn)腐蝕、排冷凝水功能的冷凝器及排水裝置，顯著降低了排煙溫度，提高了熱效率。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：熱效率達(dá)到91%，排煙溫度下降到95.3～120℃，與傳統(tǒng)常壓水套加熱爐相比，降低排煙溫度約80℃。

2）真空加熱爐運(yùn)行時(shí)，鍋殼內(nèi)部壓力始終低于外界大氣壓力(一般在-0.03MPa至 0.0MPa之間)，即使鍋殼中盤管換熱器內(nèi)的承壓工質(zhì)泄漏，壓力一旦超過外界大氣壓力，即會(huì)立刻推開真空閥泄壓，鍋殼無承壓爆炸的危險(xiǎn)。真空加熱爐熱效率達(dá)到87%～91%；采用全自動(dòng)燃燒器，使燃料利用率達(dá)99%以上；配套自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的精確控制。

3.2 配套節(jié)能型高效燃燒器

空氣系數(shù)的大小與燃燒器性能、操作的好壞及爐體密封等有直接關(guān)系，在排除管理因素后，燃燒器配套是控制空氣系數(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。全自動(dòng)燃燒器是在燃燒器基礎(chǔ)上配置風(fēng)機(jī)、自動(dòng)點(diǎn)火器、火焰檢測(cè)器、燃燒程序控制器、燃料控制調(diào)節(jié)裝置(如電磁閥、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥)和燃燒風(fēng)量控制調(diào)節(jié)裝置 (如自動(dòng)風(fēng)門、風(fēng)門調(diào)節(jié)器)，由此組成一個(gè)智能化的燃燒系統(tǒng)。采用可自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門配風(fēng)量的高效節(jié)能燃燒器，可根據(jù)設(shè)定的生產(chǎn)參數(shù)及時(shí)調(diào)整燃燒狀態(tài)，以保證運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)燃燒空氣不足或過剩的現(xiàn)象，提高燃燒效率，降低燃料使用量5%～10%。

3.3 配套輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)

1）定向輻射。在受熱體表面誕敷形成固化瓷膜后，在受熱體表面垂直于其切線方向產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線向被加熱介質(zhì)輻射，增強(qiáng)了被加熱介質(zhì)的熱能吸收效率[4]。

2）減少灰垢。受熱面附近的灰垢受到多次輻射而產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，降低了灰垢的吸附力，提高爐內(nèi)受熱面的熱吸收效率。

3）降低水垢。遠(yuǎn)紅外線波使鈣、鎂等離子與碳酸根離子碰撞機(jī)會(huì)明顯減少，降低內(nèi)壁結(jié)垢速度。

4）保護(hù)受熱體。在受熱面形成固化磁膜后全密閉保護(hù)受熱體，延長(zhǎng)加熱爐使用壽命。

3.4 加熱盤管清垢防垢技術(shù)

針對(duì)油田加熱爐盤管內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重的問題，應(yīng)對(duì)措施如下：

1）超聲波防垢技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)超聲波除垢儀對(duì)以碳酸鹽垢為主的區(qū)塊有較好的效果。

2）真空加熱爐技術(shù)改造。姬塬油田開發(fā)層位多，部分站點(diǎn)混層集輸導(dǎo)致加熱爐盤管結(jié)垢嚴(yán)重，采用物理和化學(xué)清洗防垢效果均不理想。2010年，試驗(yàn)將真空原油加熱爐改造為分體相變真空加熱爐，換熱器封頭改造為法蘭聯(lián)接，盤管結(jié)垢嚴(yán)重影響生產(chǎn)時(shí)，僅對(duì)可拆卸盤管進(jìn)行更換。與前期需對(duì)加熱爐解體更換盤管相比，更換盤管難度減小，延長(zhǎng)了加熱爐使用壽命，取得了良好效果。

3.5 加熱爐余熱回收技術(shù)

由于冬季氣溫低，進(jìn)入爐膛的空氣溫度也較低，使助燃空氣在燃燒過程中吸收大量的熱能，增加了燃燒消耗。因進(jìn)入爐膛的空氣溫度低，空氣分子不活躍，燃?xì)猓ㄈ加停┡c空氣混合不充分，影響加熱爐的燃燒效果。應(yīng)用加熱爐空氣預(yù)熱技術(shù)后，進(jìn)入爐膛的空氣溫度提高，排煙溫度也相應(yīng)降低，加熱爐熱效率可提高1%～2%，燃料消耗降低5%～8%，并能有效抑制空氣的熱污染[5]。

從表3可看出，綜合加熱爐各節(jié)能改造技術(shù)的配套費(fèi)用和熱效率提高值，輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)投入費(fèi)用較低，熱效率提高較大。

表3 加熱爐節(jié)能改造技術(shù)效果預(yù)測(cè)表

4 結(jié)論及建議

1）油田加熱爐具有數(shù)量多、功率小、耗能高、熱效率偏低的特點(diǎn)。

2）加熱爐提效途徑應(yīng)綜合考慮安全生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、投入費(fèi)用、熱效率提高值等綜合因素。經(jīng)過對(duì)比，輻射定向吸熱節(jié)能技術(shù)和加熱爐盤管清防垢技術(shù)綜合性價(jià)比較高，可在油田規(guī)模推廣應(yīng)用。

3）配套全自動(dòng)節(jié)能高效燃燒器和更新加熱爐投入費(fèi)用較大，解決因設(shè)備腐蝕、老化造成的現(xiàn)場(chǎng)安全隱患，設(shè)備本質(zhì)安全進(jìn)一步提高。

4）加熱爐余熱回收技術(shù)投入費(fèi)用較大，并需配套高溫燃燒器，可在容量大于4 000kW，排煙溫度大于250℃以上的加熱爐配套該技術(shù)。

[1]王穎，劉香蘭，申欣，等．提高加熱爐熱效率途徑的探討[J]．化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2008，29（4）：57-60．

[2]李秀娟．油田加熱爐節(jié)能運(yùn)行的綜合評(píng)價(jià)[D]．大慶：東北石油大學(xué)，2011．

[3]劉亞杰，李彥平．加熱爐效率低、燃料單耗高的原因分析及改進(jìn)措施[J]．中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2011,31（8）：275．

[4]鐘劍峰，伍永福，劉中興．加熱爐的節(jié)能技術(shù)改造[J]．工業(yè)爐，2009,31（1）：49-50．

[5]呂運(yùn)容，陳文紅．提高加熱爐熱效率的有效途徑[J]．中國(guó)設(shè)備工程，2008（7）：22-23．