武昆（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

1 現(xiàn)狀

截至目前，杏北油田共建有各類加熱爐454臺，包括：二合一216臺，火筒爐54臺，真空爐135臺，除垢爐10臺，微正壓爐4臺，杏北油田在用加熱爐情況統(tǒng)計(jì)見表1。其中，杏北502轉(zhuǎn)油站等10座轉(zhuǎn)油站應(yīng)用33套爐況優(yōu)化裝置，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整燃燒器及煙道擋板開合，確保加熱爐在最優(yōu)工況下運(yùn)行。

表1 杏北油田在用加熱爐情況統(tǒng)計(jì)

隨著大慶油田數(shù)字化建設(shè)的全面推進(jìn)，加熱爐的信息化技術(shù)也在不斷完善，開發(fā)出了加熱爐完整性管理平臺技術(shù)。杏北油田已開展兩座站庫的加熱爐數(shù)字化系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)站庫生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中監(jiān)控[1]。為了進(jìn)一步了解該技術(shù)的建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行情況，從節(jié)能效果、安全生產(chǎn)以及管理提升三方面對杏北油田已建加熱爐完整性管理平臺的運(yùn)行效果進(jìn)行分析，明確該技術(shù)的適應(yīng)性及應(yīng)用潛力。

2 加熱爐完整性集控管理平臺的應(yīng)用

2.1 技術(shù)原理

加熱爐完整性管理平臺是基于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化等先進(jìn)技術(shù)和理念搭建的鍋爐及加熱爐全生命周期管理平臺，主要由爐效優(yōu)化系統(tǒng)、室內(nèi)分控系統(tǒng)、加熱爐完整性管理集控裝置共三個(gè)部分組成，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程中全自動(dòng)狀態(tài)檢測、監(jiān)測、智能診斷、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)自動(dòng)分析處理等功能，加熱爐現(xiàn)場系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 加熱爐現(xiàn)場系統(tǒng)組成

1）爐效優(yōu)化系統(tǒng)。系統(tǒng)主要通過對燃燒過程的過剩空氣系數(shù)的控制實(shí)現(xiàn)燃燒效率的提升。主要包括燃?xì)饬髁坑?jì)、溫度傳感器、氧含量傳感器、視頻攝像頭等傳感器及效率優(yōu)化控制程序。

2）室內(nèi)分控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以控制器為核心構(gòu)建，對鍋爐、加熱爐運(yùn)行過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集與控制，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)安全參數(shù)的自動(dòng)保護(hù)。組成主要包括：控制系統(tǒng)、自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)、熄火保護(hù)系統(tǒng)、閥組檢漏系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、綜合連鎖報(bào)警、火筒超溫系統(tǒng)及漏液保護(hù)系統(tǒng)等。

3）鍋爐加熱爐完整性管理集控裝置。系統(tǒng)通過工業(yè)計(jì)算機(jī)搭載軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)多臺鍋爐及加熱爐集中控制與數(shù)據(jù)的對比分析與管控。并可通過網(wǎng)絡(luò)與上級管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問、交換、控制等[3]。主要包括：視頻監(jiān)控、公共信息采集、通信等單元。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

杏三聯(lián)合站及杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站通過2018年杏七區(qū)中部Ⅱ、Ⅲ塊三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能項(xiàng)目安裝加熱爐完整性管理平臺。杏三聯(lián)合站完整性管理平臺控制14臺加熱爐，包括：杏北3001轉(zhuǎn)油的6臺二合一加熱爐及2臺采暖爐，杏三聯(lián)合站的4臺二段加熱爐和2臺外輸爐。杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站完整性管控平臺管控9臺加熱爐，包括：4臺摻水熱洗爐，2臺分體式加熱爐和3臺新型余熱回收加熱爐。

2.3 運(yùn)行效果

根據(jù)現(xiàn)場跟蹤，該平臺可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）保障加熱爐高效運(yùn)行。通過對爐體運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測和控制，實(shí)現(xiàn)燃燒效率的提升。

2）實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)變化情況?？赏ㄟ^參數(shù)分析、爐間分析、時(shí)域分析對加熱爐歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)。員工可通過視頻監(jiān)控，在值班室實(shí)現(xiàn)可視化了解現(xiàn)場及火焰燃燒情況，有效提高生產(chǎn)的安全系數(shù)。

4）實(shí)現(xiàn)智能托管定時(shí)管理，熱洗時(shí)匯管溫度設(shè)定，進(jìn)行出口溫度設(shè)定，在滿足安全和生產(chǎn)要求的前提下，保證加熱設(shè)備在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。

5）實(shí)現(xiàn)故障識別及智能診斷，準(zhǔn)確識別故障根因，智能化提供解決方案，使設(shè)備可靠穩(wěn)定長周期運(yùn)行[4-5]。

2.4 節(jié)能效果跟蹤

2.4.1 應(yīng)用托管技術(shù)的節(jié)能效果跟蹤

目前站上還有不少的二合一負(fù)壓爐，這種加熱爐提火、降火對溫度的影響慣性很大，例如現(xiàn)在提火操作，溫度大概近1 h后才能體現(xiàn)出來，所以存在人工控制的時(shí)候溫度波動(dòng)大及需要經(jīng)驗(yàn)豐富的人員才好控制[6]。人工控制具有以下缺點(diǎn)：一是安全性較低，二合一加熱爐加熱慣性大容易溫度過高；二是流量波動(dòng)大，對人工操作的經(jīng)驗(yàn)要求很高，同時(shí)也必須實(shí)時(shí)的關(guān)注溫度波動(dòng)情況；三是安全保護(hù)措施不足，原有的控制系統(tǒng)，并不能根據(jù)每臺加熱爐的情況設(shè)置對應(yīng)的燃燒條件；四是操作繁瑣，如熱洗的指標(biāo)的溫度白天和晚上需求不一樣，為了滿足白天的溫度要求，經(jīng)常半夜開始操作[7]。

通過托管技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)以下功能：一是實(shí)現(xiàn)爐管保護(hù)，可設(shè)定火管及火筒，通過實(shí)時(shí)檢測火筒表面溫度，預(yù)警火筒燒漏燒損，杜絕加熱介質(zhì)外部泄漏事故的發(fā)生；二是實(shí)現(xiàn)定時(shí)熱洗，可通過對加熱爐進(jìn)行分組設(shè)置，設(shè)定熱洗啟停時(shí)間，精控?zé)嵯礈囟?，有效降低工人勞?dòng)強(qiáng)度，且提溫過程較為平穩(wěn)；三是可設(shè)置降火上限，使系統(tǒng)調(diào)火遵照安全規(guī)范的要求，避免不規(guī)范調(diào)火帶來的安全隱患、設(shè)備受損，確保加熱爐安全運(yùn)行，降低安全隱患。

針對智能托管的節(jié)能效果開展現(xiàn)場跟蹤，在杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，在熱洗井?dāng)?shù)、熱洗溫度等參數(shù)相同的情況下，分別采用智能托管和人工手動(dòng)兩種方式進(jìn)行熱洗，經(jīng)數(shù)據(jù)對比，單臺加熱爐日節(jié)氣量648 m3，能耗對比見表2。

表2 能耗對比

2.4.2 爐效提升節(jié)能效果分析

2019、2020 年加熱爐爐效測試數(shù)據(jù)見表3，安裝加熱爐完整性管臺平臺前，測試的11臺加熱爐平均爐效僅達(dá)81.9%，低于集團(tuán)公司85%的指標(biāo)要求。應(yīng)用后平均爐效率達(dá)89.01%，平均爐效提升7.11%，平均排煙溫度為157℃，平均過剩空氣系數(shù)1.47，加熱爐運(yùn)行效率顯著提升。

表3 2019、2020年加熱爐爐效測試數(shù)據(jù)

2.4.3 精準(zhǔn)控溫節(jié)能效果分析

利用完整性管理平臺，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定溫，與人工手動(dòng)調(diào)節(jié)相比，可減少1.5℃以上的溫差。以杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站為例，計(jì)算精準(zhǔn)控溫的節(jié)能效果。2019年杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站全年總摻水量為136×104m3，平均摻水量為150 m3/h，按照降低溫差1.5℃計(jì)算，共計(jì)節(jié)約熱量24.6×104m3。

2.5 經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

2.5.1 節(jié)氣效益

1）爐效提升節(jié)能效益。已建全數(shù)字化站場的2019年17臺加熱爐全年耗氣478.41×104m3，按節(jié)氣率7.9%計(jì)算，年可節(jié)氣約37.79×104m3，每立方米天然氣單價(jià)0.55元，年節(jié)約生產(chǎn)成本20.78萬元。

2）智能托管節(jié)能效益。按照單站月熱洗周期20天計(jì)算，單臺加熱爐日節(jié)氣403 m3，杏北3001轉(zhuǎn)油站及杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站兩座站庫年節(jié)氣共計(jì)19.34×104m3，節(jié)約成本10.64萬元。

3）杏北3001轉(zhuǎn)油站及杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站平均摻水量共計(jì)200 m3/h，按照降低1.5℃溫差計(jì)算，年可實(shí)現(xiàn)節(jié)氣33×104m3，按照每立方米天然氣0.55元，年節(jié)約生產(chǎn)成本18.15萬元。

2.5.2 安全效益

完整性掛管理平臺可對設(shè)備全方面360°診斷和預(yù)測，準(zhǔn)確識別故障原因，快速診斷狀態(tài)與維修設(shè)備，可節(jié)省30%以上加熱爐生產(chǎn)維修、維護(hù)成本以及年度清淤成本，提高設(shè)備使用壽命、實(shí)現(xiàn)降本增效[8]。預(yù)計(jì)每臺加熱爐年節(jié)約各類維修維護(hù)費(fèi)用2萬元，年可節(jié)約維修維護(hù)費(fèi)用34萬元。

2.5.3 管理效益

通過應(yīng)用完整性管理平臺，可有效提高員工的工作效率，降低用工人數(shù)，減少人員的浪費(fèi)[9]。節(jié)約人工成本25%左右，一個(gè)員工的年成本按10萬元計(jì)算，單站可年節(jié)約人工成本20萬元。

3 結(jié)論

1）加熱爐完整性管理平臺通過精準(zhǔn)控溫、爐效提升、智能托管三個(gè)方式有效降低耗氣量，杏北3001轉(zhuǎn)油站及杏北三元-9轉(zhuǎn)油放水站可實(shí)現(xiàn)年節(jié)氣90.13×104m3，節(jié)約生產(chǎn)成本49.6萬元。

2）加熱爐完整性管理平臺通過漏液檢測、視頻監(jiān)控、智能診斷、爐管保護(hù)等功能，及時(shí)掌控爐膛及各部件運(yùn)行情況，使系統(tǒng)調(diào)火遵照安全規(guī)范的要求，避免不規(guī)范調(diào)火帶來的安全隱患、設(shè)備受損。

3）加熱爐完整性管理平臺依托智能托管、視頻監(jiān)控等功能，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)熱洗，室內(nèi)觀察燒火間及爐膛燃燒情況，有效降低員工工作量[10]。