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(1.玉門油田分公司鉆采工程研究院，甘肅 玉門 735200；2.玉門油田分公司老君廟采油廠，甘肅 玉門 735200)

目前，石油行業(yè)對于加熱爐的節(jié)能監(jiān)測主要采用正平衡法和反平衡法兩種方法，具體的測試方法主要依據SY/T 6381-2016《石油工業(yè)用加熱爐熱工測定》，評價方法主要依據GB/T 31453-2015《油田生產系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》，考慮到加熱爐的負荷率，對加熱爐能效進行分級測試評價主要依據Q/SY 09003-2017《油氣田用加熱爐能效分級測試與評價》，本文主要依據此標準對油田燃氣加熱爐進行能效分級測試評價。

1 加熱爐能效分級測試與評價理論

GB/T 31453-2015對油田加熱爐運行狀況的評價指標限值界定方法不夠合理，其主要原因是在對加熱爐的實際監(jiān)測過程中，沒有綜合考慮負荷率對設備運行工況和運行效率的影響。一方面，同一臺加熱爐在不同的負荷率下，其所能達到的最大熱效率是不同的。另一方面，隨著運行負荷、環(huán)境溫度及燃燒情況的變化，加熱爐運行工況也會隨之發(fā)生變化，導致設備偏離其高效運行區(qū)，但現(xiàn)行標準中沒有考慮負荷率等因素的影響，將不具有可比性的監(jiān)測結果以相同基準進行對比分析和評價，致使評價結果對加熱爐能效最佳工況的調節(jié)和現(xiàn)場生產無法起到指導作用[1-3]。

加熱爐能效分級測試與評價理論是基于負荷率，確定加熱爐熱效率的1級、2級、3級限定值，以熱效率指標為主，排煙溫度、空氣系數和環(huán)表溫差指標為輔，根據熱效率指標達到各級限定值的情況，綜合其它3項指標合格與否，再計算各個單項指標得分，然后通過加權計算綜合得分，據此進行綜合評價加熱爐的能耗狀態(tài)[4]。

2 能耗監(jiān)測

2.1 加熱爐測試分級

本次監(jiān)測的10臺加熱爐均為燃氣真空相變加熱爐，按照SY/T 6381-2016《石油工業(yè)用加熱爐熱工測定》規(guī)定，采用三級測試，對排煙溫度、過量空氣系數、爐體外表面溫度、熱效率等項目進行測試計算，測點布置如圖1所示。

圖1 加熱爐測點布置示意

現(xiàn)場測試參數如下：測試點①燃料壓力、燃料溫度、燃料流量；測試點②進口壓力、進口溫度；測試點③煙氣溫度、煙氣成分；測試點④出口壓力、出口溫度、出口流量；測試點⑤爐體外表面溫度；其它參數：加熱爐類型、加熱爐型號、額定熱功率、額定工作壓力、制造日期、制造單位、環(huán)境溫度、燃料組分、低位發(fā)熱量等。

2.2 評價指標要求

加熱爐三級測試能效評價指標為熱效率、排煙溫度、空氣系數、環(huán)表溫差。熱效率指標1級、2級、3級限定值如表1所示[4]。

表1加熱爐熱效率限定值

爐號功率/kW負荷率1級2級3級備注1#爐2 80030.2684.4784.1983.66負荷率>30%2#爐40071.8689.0588.2986.213#爐40024.2480.7580.0079.20負荷率<30%4#爐40049.5486.9786.1484.605#爐40030.5982.7081.9180.91負荷率>30%6#爐40011.3376.0075.3474.977#爐4005.6773.5872.9872.818#爐40013.6276.9276.2475.79負荷率<30%9#爐40013.8076.9976.3175.8610#爐40021.7779.9279.1978.46

根據加熱爐額定功率確定排煙溫度、空氣系數及環(huán)表溫差指標限定值，如表2所示。

表2排煙溫度、空氣系數、環(huán)表溫差指標限定值

爐號功率/kW排煙溫度/℃空氣系數環(huán)表溫差/℃1#爐2 8001801.6202#～10#爐4002002.120

2.3 加熱爐三級測試能效評價實例

現(xiàn)場選取10臺加熱爐進行三級測試，對相關數據進行了測試計算，并按照Q/SY 09003-2017《油氣田用加熱爐能效分級測試與評價》規(guī)范進行了評價，詳細的加熱爐測試數據及評價結果見表3。

表3加熱爐測試數據及評價結果

名稱功率/kW負荷率/[%]熱效率/[%]排煙溫度/℃空氣系數環(huán)表溫差/℃評價總分評價級別1#爐2 80030.2684.47156.01.2715.6100優(yōu)秀2#爐40071.8680.25205.01.7715.9492良好3#爐40024.2479.79103.02.0411.7584良好4#爐40049.5473.96297.01.5817.9412不合格5#爐40030.5983.20242.01.0522.788良好6#爐40011.3370.51249.01.7614.3312不合格7#爐4005.6773.39223.01.6839.3880合格8#爐40013.6276.23217.01.3610.4376合格9#爐40013.8080.91110.01.7012.22100優(yōu)秀10#爐40021.7780.75127.51.556.29100優(yōu)秀

2.4 評價結果對比

按照GB/T 31453-2015《油田生產系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》對上述10臺加熱爐進行評價，并將評價結果與表3結果進行對比，具體的對比情況如表4所示[5]。

由表4可知，依據GB/T 31453-2015《油田生產系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》對10臺加熱爐進行節(jié)能監(jiān)測評價，1#爐由于熱效率限定值不合格，被判定為“節(jié)能監(jiān)測不合格設備”，其余9臺加熱爐均被判定為“節(jié)能監(jiān)測節(jié)能運行設備”。依據Q/SY 09003-2017《油氣田用加熱爐能效分級測試與評價》，考慮加熱爐負荷率的影響，1#爐能效評價為“優(yōu)秀”，4#爐、6#爐由于熱效率小于3級限定值、排煙溫度大于限定值，能效評價為“不合格”。對比GB/T 31453-2015規(guī)范評價結果，其中1#爐、4#爐、6#爐3臺加熱爐判定結果不一致，2#爐、3#爐、5#爐、7#爐、8#爐5臺加熱爐仍有節(jié)能潛力可以挖掘，能耗還有進一步降低的空間。

表4加熱爐評價結果對比

名稱功率/kW負荷率/[%]評價總分評價級別監(jiān)測結果評價1#爐2 80030.26100優(yōu)秀不合格 2#爐40071.8692良好節(jié)能運行3#爐40024.2484良好節(jié)能運行4#爐40049.5412不合格節(jié)能運行5#爐40030.5988良好節(jié)能運行6#爐40011.3312不合格節(jié)能運行7#爐4005.6780合格節(jié)能運行8#爐40013.6276合格節(jié)能運行9#爐40013.80100優(yōu)秀節(jié)能運行10#爐40021.77100優(yōu)秀節(jié)能運行

3 加熱爐優(yōu)化運行建議

3.1 排煙溫度超標

本次監(jiān)測的10臺加熱爐，其中6臺排煙溫度超過限定值，排煙溫度過高主要是由于加熱爐長周期使用，爐體內壁和爐管有結垢的現(xiàn)象，降低了爐膛內的換熱效果，換熱不充分，導致排煙溫度高，增大了排煙損失，降低了的熱效率。應利用加熱爐檢修期，對加熱爐爐體內壁和爐管進行除垢，同時對煙氣余熱回收再利用。

3.2 運行負荷偏低

本次監(jiān)測的加熱爐6臺負荷率小于30%，低于經濟運行負荷。運行負荷偏低導致的直接結果是加熱爐排煙氣氧含量和過量空氣系數偏高，空氣過量系數過大使排煙氣量增加，排煙熱損失增大，燃燒溫度降低，熱效率降低。應根據現(xiàn)場實際工藝條件，采取相應措施，提高加熱爐運行負荷，以實現(xiàn)設備處于高效經濟運行狀態(tài)。

3.3 熱效率不合格

本次監(jiān)測的4#爐、6#爐熱效率小于3級限定值，熱效率不合格，通過對加熱爐影響因素分析，應考慮降低排煙溫度，調整空氣系數，煙氣中的氧含量過高，會造成加熱爐內的過?？諝廨^多，這樣就導致排煙溫度偏高，煙氣帶走了大量的熱量，加熱爐熱效率偏低。過大的過量空氣系數還會加速爐管的氧化，促使氮氧化物增加，影響爐管使用壽命，同時給環(huán)境造成一定的影響。因此，當加熱爐效率低或不合格時，應綜合考慮各方面因素，應從調整過量空氣系數入手，合理調整反復比對，以實現(xiàn)加熱爐熱效率的提升[6]。

3.4 環(huán)表溫差調整

本次監(jiān)測的5#爐、7#爐環(huán)表溫差超過限定值，加熱爐外壁以輻射和對流兩種方式向大氣散熱，主要考慮通過加強爐體表面的絕熱，降低環(huán)表溫差，可以采用改進爐壁耐火保溫設計，強化輻射傳熱，也可以采用在加熱爐輻射室內壁涂高溫紅外輻射涂料，這樣既能對爐壁起到隔熱保溫作用，也能減少爐壁散熱損失，同時提高加熱爐熱效率。

4 結論

加熱爐能效分級評價是在充分考慮加熱爐類型、負荷率等因素下，對加熱爐熱效率、空氣過量系數、排煙溫度和環(huán)表溫差指標進行評價，細化了熱效率在不同負荷率下的限定值指標，可以更好地指導加熱爐的節(jié)能監(jiān)測工作，通過對加熱爐的評價分析，為用戶提供更精細的數據分析服務，找出加熱爐的節(jié)能點，制定針對性的節(jié)能措施，有助于對低效高耗能設備提出更為科學的改進建議，提高加熱爐的運行效率，實現(xiàn)加熱爐的高效運行，才能最終達到節(jié)能降耗的目的[7]。