尤勇（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠(chǎng)）

喇嘛甸油田建有轉(zhuǎn)油站48座，脫水站7座，安裝加熱爐303 臺(tái)，總設(shè)計(jì)能力412 MW。負(fù)壓加熱爐248 臺(tái)，占總數(shù)的81.8%。對(duì)于油田常用的管式加熱爐，過(guò)剩空氣系數(shù)是保證加熱爐燃燒良好的主要參數(shù)之一。過(guò)剩空氣系數(shù)與合理的負(fù)壓、排煙溫度的大小有關(guān)，負(fù)壓值小，過(guò)剩空氣系數(shù)也小，燃燒不充分；負(fù)壓值大，過(guò)?？諝庀禂?shù)也大，排煙溫度升高，排煙損失加大[1-2]。通過(guò)對(duì)加熱爐熱效率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，平均效率77.5%。分析表明，過(guò)?？諝庀禂?shù)最高達(dá)到4.79，超出節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)2.79，加熱爐過(guò)?？諝庀禂?shù)高是目前影響加熱爐高效運(yùn)行的主要問(wèn)題。

1 喇嘛甸油田加熱爐熱效率水平及評(píng)價(jià)

加熱爐熱效率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定采用KM701燃燒效率測(cè)定儀和遠(yuǎn)紅外輻射測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中KM701燃燒效率測(cè)定儀測(cè)試煙氣成分，遠(yuǎn)紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)試爐體表面溫度，加熱爐熱效率測(cè)試儀器及準(zhǔn)確度見(jiàn)表1。

表1 加熱爐熱效率測(cè)試儀器及準(zhǔn)確度

通過(guò)對(duì)油田25 臺(tái)加熱爐在其正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如下：其熱負(fù)荷率平均為54.66%；空氣系數(shù)平均為1.66；排煙溫度平均為145 ℃；加熱爐熱效率平均為78.37%；加熱爐爐體外表溫度為10.5 ℃?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的25 臺(tái)加熱爐，其中空氣系數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求的有18 臺(tái)，合格率為72.00%。根據(jù)石油企業(yè)節(jié)能監(jiān)測(cè)綜合評(píng)價(jià)方法的規(guī)定，當(dāng)加熱爐額定容量在0.582＜D≤1.163 時(shí)，空氣系數(shù)≤1.6；當(dāng)加熱爐額定容量在2.326＜D≤3.489時(shí)，空氣系數(shù)≤1.5。其中7臺(tái)加熱爐排煙處過(guò)?？諝庀禂?shù)略高，不合格，分別占監(jiān)測(cè)數(shù)量的32%。

2 過(guò)剩空氣系數(shù)影響因素分析

過(guò)?？諝庀禂?shù)即燃燒所用實(shí)際空氣用量和理論空氣用量的比值，通常以α表示，用來(lái)表示空氣的過(guò)剩程度。

計(jì)算公式如下：

式中：α為過(guò)?？諝庀禂?shù)；V為實(shí)際空氣量，Nm3/kg燃料；Vo為理論空氣量，Nm3/kg燃料。

合理的α值應(yīng)根據(jù)爐型、所用燃料、燃燒方式、燃燒器性能以及工藝上對(duì)爐子的特殊要求來(lái)選定。α值過(guò)小，會(huì)造成燃料燃燒不完全而降低熱效率；α值過(guò)大，會(huì)降低火焰最高溫度，減低輻射傳熱能力，增大排煙的熱損失，從而降低爐子熱效率，并加劇爐管金屬表面氧化腐蝕[3]。

加熱爐燃燒過(guò)程中，當(dāng)燃料完全燃燒時(shí)，進(jìn)行加熱爐標(biāo)定、核算可通過(guò)煙氣組成分析，計(jì)算實(shí)際加熱爐[4]過(guò)?？諝庀禂?shù)。

影響過(guò)?？諝庀禂?shù)的主要因素有以下幾個(gè)方面[5-6]：

一是燃料性質(zhì)。加熱爐可采用液體與氣體燃料，液體燃料的黏度、密度比氣體燃料大，不易與空氣混合均勻，α較高；油田加熱爐主要燃料為天然氣，易與空氣混合均勻，α較小。

二是燃燒器的性能。不同形式、性能的燃燒器，其空氣與燃料混合的程度也不同，因此，過(guò)?？諝庀禂?shù)也不同。改進(jìn)燃燒器的性能，使用各種高效燃燒器是降低過(guò)?？諝庀禂?shù)的關(guān)鍵。

三是爐體密封性。油田應(yīng)用的加熱爐大部分微負(fù)壓的條件下工作，如果加熱爐爐體密封不好，大量吸入空氣就會(huì)導(dǎo)致剩空氣系數(shù)增大，增加了現(xiàn)場(chǎng)操作控制難度。

四是加熱爐調(diào)節(jié)的參數(shù)水平。其中入爐空氣量是加熱爐操作中可調(diào)節(jié)的參數(shù)之一，其調(diào)節(jié)直接影響α的大小。因此，生產(chǎn)操作中，三門(mén)一板（風(fēng)門(mén)、油門(mén)、氣門(mén)和煙道擋板）的調(diào)節(jié)是保證燃料完全燃燒，降低α的有效方法。

目前油田在用的加熱爐，燃料性質(zhì)固定，由于采用微正壓操作，加熱爐不受漏風(fēng)問(wèn)顆影響，因此“三門(mén)一板”的調(diào)控是主要影響因素，當(dāng)燃?xì)饬颗c進(jìn)風(fēng)量比例失調(diào)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致配風(fēng)不合理，從而直接導(dǎo)致加熱爐效率損失。

3 過(guò)?？諝庀禂?shù)治理方法及效果

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)主要采取多種治理優(yōu)化方法，包括應(yīng)用燃燒器PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)負(fù)壓信號(hào)對(duì)煙道擋板進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)；根據(jù)燃料消耗量，適時(shí)調(diào)整配風(fēng)量，將空氣系數(shù)降到合格指標(biāo)范圍內(nèi)；以及優(yōu)化過(guò)?？諝庀禂?shù)配方參數(shù)，調(diào)節(jié)煙道擋板開(kāi)度，適應(yīng)季節(jié)溫度、風(fēng)力的變化，使?fàn)t加熱爐過(guò)?？諝庀禂?shù)處于經(jīng)濟(jì)合理范圍[7]。

3.1 應(yīng)用煙氣含氧檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化燃燒器PLC 控制系統(tǒng)

調(diào)查表明，熱洗爐使用自動(dòng)燃燒器，平均效率只有71%。通過(guò)配置煙氣含氧分析儀、爐腔負(fù)壓檢測(cè)儀等完善的測(cè)控系統(tǒng)，可以自動(dòng)檢測(cè)煙氣中的氧含量，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)可以對(duì)輸入氧含量進(jìn)行判斷，及時(shí)調(diào)節(jié)煙道擋板，用煙氣分析儀檢測(cè)加熱爐運(yùn)行效率、過(guò)?？諝庀禂?shù)，比較分析加熱爐過(guò)?？諝庀禂?shù)、運(yùn)行效率與負(fù)壓對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而計(jì)算控制量，校正燃燒曲線(xiàn)，在經(jīng)系統(tǒng)輸出指令給合風(fēng)控制器，調(diào)節(jié)煙道擋板，加熱爐負(fù)壓處于合理范圍，從而實(shí)現(xiàn)加熱爐過(guò)?？諝庀禂?shù)處于經(jīng)濟(jì)合理范圍，同時(shí)又可大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度[8-9]?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，排煙溫度下降了156 ℃，熱效率提高9.1 個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到81.4%，3#熱洗爐（1.74 MW）措施前后效果對(duì)比見(jiàn)表2。累計(jì)實(shí)施14臺(tái)，累計(jì)節(jié)氣25.02×104m3。

表2 3#熱洗爐（1.74 MW）措施前后效果對(duì)比

3.2 過(guò)?？諝庀禂?shù)配方參數(shù)優(yōu)化

試驗(yàn)表明，當(dāng)過(guò)?？諝庀禂?shù)較大時(shí)，會(huì)有大量沒(méi)有參加燃燒的空氣僅由環(huán)境溫度被加熱到排煙溫度后排放到大氣，造成大量的熱量損失。

通過(guò)對(duì)加熱爐測(cè)試數(shù)據(jù)回歸分析，找出空氣系數(shù)、排煙溫度與熱效率之間的定量關(guān)系，見(jiàn)圖1、圖2。試驗(yàn)表明，當(dāng)過(guò)?？諝庀禂?shù)每降低0.1～0.15，熱效率提升1 個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)排煙溫度每降低10～18 ℃，熱效率提升1個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 過(guò)?？諝庀禂?shù)與熱效率關(guān)系曲線(xiàn)

圖2 排煙溫度與熱效率關(guān)系曲線(xiàn)

同時(shí)考慮到季節(jié)變化，分階段（11—3 月）、（4—10月）設(shè)定過(guò)?？諝庀禂?shù)配方表和擋板開(kāi)度范圍，即按照季節(jié)天氣變化情況優(yōu)化擋板開(kāi)度[10]，分別設(shè)置為2個(gè)不同范圍，通過(guò)檢測(cè)煙道壓力，根據(jù)設(shè)定壓力連鎖煙道擋板開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)加熱爐對(duì)氣溫、風(fēng)力的適應(yīng)，有效控制過(guò)剩空氣系數(shù)，不同季節(jié)通過(guò)擋板開(kāi)度控制過(guò)?？諝庀禂?shù)優(yōu)化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施優(yōu)化調(diào)節(jié)86臺(tái)次累計(jì)節(jié)氣119.51×104m3。

圖3 不同季節(jié)通過(guò)擋板開(kāi)度控制過(guò)剩空氣系數(shù)優(yōu)化曲線(xiàn)

3.3 其他優(yōu)化治理措施

針對(duì)熱效率低的加熱爐，在煙火管、爐管表面涂刷遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料，通過(guò)遠(yuǎn)紅外涂料受熱可發(fā)射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)，將熱能轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外輻射能，提高加熱爐換熱效率。40臺(tái)熱洗爐應(yīng)用節(jié)能涂料后，效率提高5.88 個(gè)百分點(diǎn)，日節(jié)氣123 m3，節(jié)氣率12.7%，當(dāng)年累計(jì)節(jié)氣66.7×104m3。

同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)摸索熱洗爐流量參數(shù)界限（表3），按優(yōu)化后控制參數(shù)，在保證熱洗質(zhì)量的同時(shí)，排煙溫度能夠控制在260 ℃以?xún)?nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)治理后，排煙溫度平均降低39 ℃，單臺(tái)年節(jié)氣2.64×104m3，實(shí)施37臺(tái)，當(dāng)年累計(jì)節(jié)氣10.1×104m3。

表3 熱洗爐流量參數(shù)優(yōu)化界限

此外，加強(qiáng)熱洗爐精細(xì)管理，應(yīng)對(duì)運(yùn)行2臺(tái)以上的加熱爐，按季節(jié)變化和生產(chǎn)實(shí)際的需要，合理確立加熱爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)，采取“停一開(kāi)一”的運(yùn)行方式，使加熱爐盡可能處于高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，以提高負(fù)荷率，從而降低各項(xiàng)損失，節(jié)約燃?xì)馐褂谩?/p>

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

2020年應(yīng)用加熱爐優(yōu)化措施177臺(tái)次，累計(jì)節(jié)約天然氣221.33×104m3，加熱爐優(yōu)化節(jié)氣效果統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表4。依據(jù)油田2021年經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法及參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)中的天然氣銷(xiāo)售購(gòu)銷(xiāo)價(jià)格，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益約335.9萬(wàn)元。

表4 加熱爐優(yōu)化節(jié)氣效果

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）過(guò)?？諝庀禂?shù)是影響加熱爐運(yùn)行效率的主要參數(shù)，與排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失及加熱爐熱效率有著直接的關(guān)系。通過(guò)研究分析定量給出空氣系數(shù)、排煙溫度、負(fù)荷率與熱效率的關(guān)系，為指導(dǎo)加熱爐優(yōu)化運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。

2）不同季節(jié)氣溫下，加熱爐負(fù)壓顯示不同的變化規(guī)律，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱爐煙囪擋板開(kāi)度大小，在冬夏兩個(gè)階段優(yōu)化燃燒器的配風(fēng)，能夠進(jìn)一步提高加熱爐熱效率。

3）通過(guò)加強(qiáng)加熱爐運(yùn)行狀態(tài)控制管理，依據(jù)加熱爐的進(jìn)口溫度、出口溫度、排煙溫度等環(huán)節(jié)判斷加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對(duì)處于非合理狀態(tài)的加熱爐參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，能夠提高加熱爐燃燒效率，大幅度提升加熱爐技術(shù)管理水平。