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提高加熱爐效率措施及改造思路

文檔作者：王麒田園文檔來源： 1．大慶油田有限責任公司第七采油廠；2．大慶油田電力工程設計院)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月17日
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提高加熱爐效率措施及改造思路
王麒 田園。(1．大慶油田有限責任公司第七采油廠；2．大慶油田電力工程設計院)
萱理·實髓■_
摘要 油田加熱系統(tǒng)是油田的耗能大戶，提高加熱爐的效率是實施油田節(jié)能戰(zhàn)略的關鍵
油田開發(fā)2 0余年， 由于產能遞減，早期安裝的加熱爐部分出現(xiàn)負荷偏低、加熱效率下降、腐蝕
結垢嚴重等問題，因此，探討加熱系統(tǒng)的特點及尋求對應的效率措施成為'-3下油田必須實行的
重要任務。結合加熱系統(tǒng)現(xiàn)狀，對影響加熱爐效率的因素進行分析，通過對近年在油田加熱爐
所采用的提高爐效措施的探討和總結，對加熱爐提高爐效潛力及技術的應用提出初步思路。
關鍵詞 加熱爐 提高效率 措施 技術改造
00 I：10．3969／ ．i SSIq．2095-1493．201 1。10．014
1 加熱爐運行現(xiàn)狀 2 影響加熱爐效率因素分析
目前，大慶油田第七采油廠建有各類燃氣加熱
裝置140臺，其中加熱爐127臺，鍋爐13臺，包括
有管式加熱爐(高效爐)、火筒式直接加熱爐(二
合一、四合一、五合一、脫水加熱爐、水套爐)、
真空加熱爐及鍋爐等(表1、表2)。
表1 加熱爐分類統(tǒng)計
全廠47 26 3 7 6 35 3
所占比例／％ 37．O1 2O．47 2_36 5．51 4．72 27．56 2．36
17
46
28
l3
23
l27
作者簡介：王麒，2010年畢業(yè)于東北石油大學，技術員，從事地面
技術管理工作，E-mail：wangqi@petr0china．corn．Oil，地址：大慶油田
第七采油廠規(guī)劃設計研究所，163517。
加熱爐是油田的主要耗能設備。根據統(tǒng)計，七
廠2009年全年消耗能量14．23×10 t(標煤)，其中
油田生產用氣為4 937 X 10 m ，折合標煤為6．57 X
10 t， 占總能耗的46．2％，而生產用氣的90％以上
是集輸系統(tǒng)消耗使用。因此，盡可能地提高加熱爐
的效率是油田節(jié)能的重要目標之一。
根據加熱爐燃燒器結構分類，確定加熱爐系統(tǒng)
效率為79％一83．5％ (表3)。
表3 各類加熱爐系統(tǒng)效率目標
2011年第二季度全廠加熱爐平均系統(tǒng)效率為
83．09％ ，其中真空加熱爐平均系統(tǒng)效率87．43％ ，
自動燃燒器加熱爐的平均系統(tǒng)效率82．42％，高效爐
平均系統(tǒng)效率70．25％，只有高效爐的平均系統(tǒng)效率
沒有達到目標要求(表4、表5)。
表4 二季度全廠加熱爐爐效統(tǒng)計
l
201 1年第1 n期石油石化節(jié)能l 37
0 3
2 8 3 7
1 l
2 2 3
3
6 7 5 8
4 4
礦礦礦礦礦
一 二三四五
I Management＆Practice
表5 二季度全廠各類加熱爐爐效統(tǒng)計
造成部分加熱爐爐效偏低的因素主要有以下幾
個方面。
2．I 部分加熱爐使用時間較長， 加熱爐損耗較
大，熱效率較低
據統(tǒng)計，加熱爐中運行時間在l1年以上的有
59臺， 占集輸系統(tǒng)加熱爐總數(shù)的47．2％，其中火筒
爐42臺，占該部分加熱爐的71．1％。該部分加熱爐
經過長時間的運行，普遍存在火筒及炯管腐蝕老化
嚴重，各類故障發(fā)生頻率高，導致加熱爐損耗較
大，爐效偏低(表6)。
表6 加熱爐運行時間統(tǒng)計
使用時間 真空爐 水套爐 火筒爐 高效爐 合計
21 25伍
合計
2O
15
35
Il
1 8
23
22
7
8l
3I
35
26
24
9
125
2．2 無法保證加熱爐的運行狀態(tài)達到最佳
1)部分加熱爐的參數(shù)設置不合理，空氣過剩
系數(shù)大，帶走的熱量也大，加熱爐效率低；空氣過
剩系數(shù)小，燃料不能充分燃燒，加熱爐效率低。大
部分加熱爐燃燒器屬于自動控制，只能依靠廠家調
設，導致不能及時調整合理的燃氣配比，影響了加
熱爐的效率。
2)個別加熱爐排煙溫度過高時，由于缺乏加
熱爐檢測儀器及相關的技術人員，不能及時調節(jié)煙
道擋板，影響了加熱爐的效率。
3)由于加熱爐工況的特殊性決定其需要定期
維護保養(yǎng)，其中對燃燒器火嘴的維護工作是保證加
熱爐燃燒效果的重要環(huán)節(jié)，尤其是使用濕氣的加熱
爐燃燒器火嘴，長時間運行火嘴容易結焦或腐蝕，
如不及時清理或維修，必然會導致燃燒效果差，甚
至偏燒，影響加熱爐的系統(tǒng)效率，同時造成能源浪費。
2，3 部分加熱爐熱負荷偏低，導致熱效率降低
系統(tǒng)投產至今，由于產能的下降，導致部分加
38 J www．sysh in．com
熱爐低負荷運轉。比如葡二聯(lián)合站地區(qū)，建設時間
從1989年至1999年不等，改造前只有9 轉油站近
滿負荷運行， 其余轉油站的負荷率在42．5％～
88．1％，負荷率較低(表7)。
表7 葡二聯(lián)合站地區(qū)轉油站負荷現(xiàn)狀
轉油站
項目 —
1 I I 1 I __j太 合計
2．4 加熱爐結垢導致熱效率降低，燃料及運行成
本增加
根據有關文獻介紹，如果油田加熱爐換熱面平
均結垢1～5 mm，燃料至少多消耗3．4％ ～28．1％ ，
若再加上軟垢部分，燃料至少多消耗5％ ～30％ 。
一般情況下，加熱爐全年均處于運行或備用狀態(tài)，
很少開爐檢查除垢，再加上二合一加熱爐的加熱介
質較為惡劣，導致長期運行后加熱爐結垢嚴重，影
響傳熱效果。同時，加熱爐結垢導致加熱介質吸收
熱量的能力大大降低，剩余的熱量通過煙氣散發(fā)到
大氣中，使加熱爐的熱效率降低，造成能源的大量
浪費。為保證加熱介質的出口溫度，必須加大燃氣
用量，這樣就會使火管壁溫升得更高，同時燃料浪
費也越來越多，形成了惡性循環(huán)。
2．5 部分老式加熱爐受工藝技術條件限制， 加熱
爐效率普遍偏低
14 中轉站共有高效爐3臺，平均排炯溫度
200℃ 以上，冬季達到280 oC以上，平均爐效抬終
維持在71％以下。由于高效爐的火焰直接加熱爐管
中的生產介質，加熱溫差大，溫升快，管壁易結
垢，且結垢層分布不均勻，導致管壁局部過熱，嚴
重影響加熱爐的換熱能力。熱量通過嫻氣散發(fā)到大
氣中，在造成能量浪費的同時，加熱爐的熱效率
降低。
另外，還有6臺水套爐，爐效在71％～84％不
等，平均爐效為77％左右。水套爐具有操作簡便、
安全、結構簡單等優(yōu)點，符合油田早期開發(fā)對加熱
爐的要求，但是水套爐的熱效率較低，隨著油田生
產管理逐步走向精細化，水套爐已不符合生產低成
本、低能耗的要求(表8)。
年
0 卜 2乳
表8 現(xiàn)有水套爐基本情況
在用站名 設備名稱 規(guī)格型號 熱負荷／Mw 爐效／％ 投產時間
3 提高加熱爐效率的措施
3．1 加強加熱爐日常運行管理制度
1)明確加熱爐收油時間、倒爐時間、停爐檢
查部位、運行溫度等具體要求。確定日常管理的重
點和程序，保證加熱爐運行在良好工況，均衡使用
加熱爐設備，避免單一過度使用造成設備疲勞。
2)反復巡查加熱爐附屬設備的運行狀況，及
時清理或維修加熱爐的運行故障，如避免火嘴結焦
或腐蝕導致燃燒效果差，甚至偏燒。
3)加熱爐實行分級管理模式，通過加熱爐日
常分級管理進行異常狀況控制。明確崗位、隊(
站)、礦、廠的_[作職責，做到層層負責、層層把
關，控制異常狀況出現(xiàn)?。
4)明確加熱爐運行操作技術界限，明確加熱
爐啟爐、停爐操作規(guī)程，明確提溫、降溫等操作的
具體方法和完成時間。
3．2 對服役期在15年以上加熱爐進行改造或維修
對老化嚴重、故障較多、效率偏低的加熱爐，
原計劃“十二五”期間進行分批更換， 由于加熱
爐的整體更換需要油田公司鍋爐檢驗所提供加熱爐
檢測報告，只有經檢測不能滿足安全要求的加熱爐
才能更換，難度較大，只能考慮對爐效偏低的加熱
爐進行局部改造或維修。
3．3 對老式加熱爐進行技術改造
真空加熱爐采用真空相變換熱技術，充分利用
汽、液相變潛熱的熱量，其換熱過程首先是利用真
空控制閥把加熱爐頂部空問抽成真空，水作為傳熱
介質吸收燃料燃燒供給的汽化熱蒸發(fā)，由此形成負
壓，水蒸汽在氣相空間與換熱盤管進行換熱，蒸汽
在釋放熱量后冷凝成液滴回落至液相空間。換熱如
此不斷循環(huán)往復地吸熱蒸發(fā)、放熱冷凝，形成動態(tài)
熱平衡。目前油田使用的真空加熱爐普遍爐效
較高。
針對3臺高效爐及6臺水套爐存在的熱損失
大、爐效較低的問題，可以把高效爐及水套爐改造
管理·實殘I
為真空加熱爐，燃燒器更換為漏液檢測燃燒器。參
照現(xiàn)有加熱爐的效率(87．43％)，改造后加熱爐熱
效率提高了7％～15％。
3．4 對加熱爐及時清淤除垢， 改善加熱爐的傳熱
效果
1)加熱爐個性化清淤。如果加熱爐煙火管上
的硬垢、軟垢和泥沙等雜質的累積厚度達到7～8
mm時，則很難保證加熱裝置的熱效率和安全生
產。因此，除定期清污外，重點加強投運新井區(qū)
塊、加熱爐易損區(qū)塊的加熱爐清淤，實施個性化清
淤制度。
2)應用效果好的防垢除垢設備，解決加熱爐
結垢快的生產難題。2008年在葡北l 轉油站1 、
2 、3 二合一加熱爐應用了高頻震蕩除垢防垢技
術，使用3個月后，發(fā)現(xiàn)爐壁以及堰板前端結垢已
基本去除，煙火管下部垢已大部分除去或脫落，上
部也僅留下用手可輕易大片揭下的黑灰色含砂塊狀
物，除垢效果較好，可應用推廣。
3)真空加熱爐加強空穴射流技術的推廣。該
技術通過放人管路中的清洗器的金屬葉片產生高頻
震蕩，清洗器被急速旋轉的渦流所包圍，形成連續(xù)
移動的低壓區(qū)，該區(qū)域的流水始終呈汽化狀態(tài)，由
此產生的細微氣泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬時激
射出強力的微射流，無數(shù)的微射流會聚成沖擊波，
徹底粉碎沉積物。
4)二合一加熱爐采用高壓水射流等清洗技
術。利用高壓泵的高流速射流沖擊物體表面的垢層
或沉積物使其粉碎，在噴射過程中被沖碎的污垢顆
粒夾在射流中，能夠幫助沖擊更多的污垢顆粒，加
速污垢的清除。該技術采用的射流介質是水，對環(huán)
境無污染，壓力參數(shù)可以自由選擇，不會造成爐體
傷害，清洗徹底，效率高。
3．5 使用高效節(jié)能燃燒器，安裝高溫檢測裝置
近年來，在老油田改造工程、安全隱患工程中
對加熱爐燃燒系統(tǒng)進行了改造。目前，油田仍有l(wèi)6
臺加熱爐安裝的均是普通燃燒器，而高效節(jié)能燃燒
器能夠依據加熱爐進出口溫度或爐膛溫度的檢測控
制燃料氣流量，并對燃燒的燃料／空氣混合比進行
調節(jié)，降低了人為因素對燃燒的影響，大幅度提高
了加熱爐效率。2011年將23臺存在故障、腐蝕老
化的燃燒器更換為防漏液保護燃燒器，“十二五”
期間將按計劃對剩余存在故障的燃燒器進行更換，
普通燃燒器也將逐年更換，提高加熱爐的效率。
加熱爐在運行過程中的爐效并不是單純地與火
口I 1年第l口期石油石化節(jié)能}39
I Management&amp;amp;Practice
管溫度成正比，如果加熱爐的溫度過高，不但容易
造成加熱爐火管燒壞而存在安全隱患，同時將導致
排煙溫度增大，直接影響加熱爐的系統(tǒng)效率。在加
熱爐上安裝高溫檢測裝置，用于檢測加熱爐火管的
表面溫度； 當火管溫度超過其設定溫度(475℃)
時，爐管高溫檢測裝置會自動降低加熱爐的燃氣
量，確保加熱爐火管不被燒壞，保證加熱爐運行良
好、爐效平穩(wěn)。
3．6 采用超導液替代傳熱介質—— 水，提高真空
爐效率
超導液是一種淡黃色透明液體，無毒、不揮
發(fā)、無腐蝕、不結垢、一40℃不結冰、沸點低的有
機化合物，pH值為7．9，其余指標與水接近。超導
液與水相比有不同的特性：
1)沸點比較低。在標準狀態(tài)下，超導液的沸
點為55℃ ，水的沸點是100 oC。加熱相同單位體
積的介質時，超導液所需要的熱量僅為加熱水的熱
量的45％。由于超導液沸點較低，不需用太大火燃
燒就可滿足油田生產要求，爐膛溫度得到了有效降
低，減少了加熱爐因煙火管燒損的幾率。
2)汽化溫度高、傳熱快。標準狀態(tài)下，水蒸
氣的溫度為100℃ ， 而超導液汽化后溫度可達
160℃ 。
3)汽化潛熱值高。達到100℃時，超導液汽
化潛熱為3 290 J／kg，水的汽化潛熱為2 257 J／kg，
比水高1 033 J／kg 。
應用超導液替代真空加熱爐的傳熱介質——
水，可改變真空爐運行狀況，提高真空爐效率，降
低能耗。由于超導液自身特性，無毒、不揮發(fā)、無
腐蝕、不結垢、一40％不結冰，對爐體本身是一種
保護；在冬季加熱爐停運時，不用將爐體液體介質
外排，可防凍。根據調查，其他油田應用超導液后
爐效平均提高6％ ，可以考慮在部分爐效偏低的真
空加熱爐上試驗應用。
3．7 涂刷高效節(jié)能涂料，改善加熱爐火管的輻射
傳熱效率
在加熱爐的輻射受熱面上涂刷耐高溫紅外線節(jié)
能涂料可以增強受熱面的輻射吸收率，并且紅外波
涂層反復多次吸收并轉化為內能傳遞， 自身成為紅
外輻射熱源，增強了受熱面吸收輻射熱量的能力。
輻射面溫度提高，吸收的熱量能夠透過火筒最大限
度地傳遞給加熱爐內的流體介質，通過增強加熱爐
火筒的吸熱、傳熱效果，達到提高加熱爐效率的
目的
40 1 www．syshjn．c。m
2009年，對爐效偏低、缺氣較嚴重地區(qū)的45
臺加熱爐開展了該技術的應用推廣。通過計算加熱
爐涂刷節(jié)能涂料前后1 m 工質升溫1℃耗氣量，涂
刷后加熱爐平均節(jié)氣率提高9．15％左右。
4 下一步改造思路
通過以上的分析，集輸系統(tǒng)加熱爐在提高爐效
方面仍有一定的改善空間。
1)從加熱爐的現(xiàn)狀調查來看，加熱爐低負荷
運行的情況較為嚴重。根據統(tǒng)計，摻水加熱爐負荷
一般在60％～80％，部分達到34％～50％。當2臺和2
臺以上同類型加熱爐低負荷運行時，可以合并為1
臺使用，在保證生產參數(shù)正常的條件下，使加熱爐
在高負荷狀態(tài)下運行。
2)對于油田內老區(qū)塊由于產能下降較大造成
的低負荷運行情況，如果有產能加密或調整項目，
可以在產能或改造項目中使用熱效率高的加熱爐。
3)油田內的水套爐可以進行負壓真空加熱技
術改造，將水套爐改造為真空加熱爐，這樣既延緩
了老加熱爐的使用壽命，又提高了熱效率。
4)引進可靠耐用的自動控制燃燒技術，完善
現(xiàn)有加熱爐的自控檢測技術，減少人為因素造成的
低效高耗使用。部分早期安裝的加熱爐由于控制元
件老化或本身的質量問題，存在燃燒不好的情況，
對于這些燃燒器，今后可以逐步更新或聯(lián)系廠家升
級改造。
5)加熱爐運行中要根據實際工況及時進行參
數(shù)調節(jié)， 自動調節(jié)存在故障的及時聯(lián)系廠家維修。
6)做好油田在用加熱爐運行情況調查，為今
后幾年加熱爐的改造及維護做好數(shù)據及資料準備。
7)繼續(xù)開展加熱爐除垢技術研發(fā)與推廣工
作，加緊跟進與應用高壓射流清洗、低功耗高頻振
蕩除防垢、超導液、節(jié)能涂料等新型技術。
參考文獻：
[1]徐巍．曾黎．加熱爐綜合治理及防護技術應用[c]／／大慶
油田有限責任公司2009年地面工程論文集(優(yōu)化簡化
組)，大慶，2009：296．
[2]楊軍杰．超導液在真空加熱爐的應用[c]／／大慶油田有
限責任公司2009年地面工程論文集(節(jié)能降耗組)，大
慶，2009：1 76．
(收稿日期：2011-09—20)

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