安彥斌 白冰（長(zhǎng)慶油田分公司第三輸油處）

目前，在我國(guó)的油田生產(chǎn)過(guò)程中普遍采用長(zhǎng)距離輸送管道進(jìn)行原油的輸送。我國(guó)許多油田所生產(chǎn)的原油具有凝固點(diǎn)高和含蠟量高的特點(diǎn)，為了保證原油的正常輸送，需要對(duì)原油進(jìn)行加熱，因此加熱爐成為油田生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備，同時(shí)加熱爐也成為耗能比較多的設(shè)備。為了降低油田的生產(chǎn)能耗，提高油田的生產(chǎn)效益，需要在油田積極開展節(jié)能降耗工作[1]。

1 真空加熱爐介紹

1.1 真空加熱爐原理

燃燒產(chǎn)生的熱量，通過(guò)火筒和煙管傳遞給外面浸泡著的水，水吸收了熱量而沸騰，變成蒸汽，蒸汽再把熱量傳遞給需要加熱的介質(zhì)后，又冷凝成水，并回落到原來(lái)的位置，再次被加熱成蒸汽。如此循環(huán)往復(fù)，使熱傳遞處于互相變換的平衡之中。由于蒸汽的冷凝，爐體的內(nèi)部就形成了真空狀態(tài)，出現(xiàn)負(fù)壓，這樣，爐體內(nèi)部壓力就始終低于外界的大氣壓力，從而保證了加熱爐在運(yùn)行時(shí)的安全。加熱爐可以利用原油作為燃料，也可以利用天然氣作為燃料，在吳定首站所運(yùn)行的三臺(tái)加熱爐均采用原油作為加熱燃料。

1.2 真空加熱爐性能特點(diǎn)

真空加熱爐的燃燒和傳熱系統(tǒng)，能使燃料得到充分燃燒并傳熱；運(yùn)行中爐體內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)鼓包、腐蝕、結(jié)垢、結(jié)焦、裂紋等現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的維修周期和使用壽命，有利于環(huán)境保護(hù)；真空加熱爐具有體積小、造價(jià)低、熱效率高、節(jié)約能源、安全可靠、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、噪音小、排煙少、無(wú)污染、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)?？偟膩?lái)看，真空加熱爐的性能特點(diǎn)主要體現(xiàn)在燃燒技術(shù)及傳熱和換熱技術(shù)上。

1）燃燒技術(shù)。原油真空加熱爐中使用的燃燒技術(shù)可分為自動(dòng)燃燒技術(shù)和微正壓通氣燃燒技術(shù)，其中微正壓通氣燃燒技術(shù)采用的是微正壓通氣的模式，通過(guò)提高氣缸容積的熱強(qiáng)度和控制好過(guò)量空氣系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱效率的提高。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，在油田中已經(jīng)廣泛采用自動(dòng)燃燒技術(shù)，通過(guò)給加熱爐配置全自動(dòng)的燃油或燃?xì)馊紵鳎梢酝ㄟ^(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、熄火和安全保護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)燃燒功能。

2）傳熱和換熱技術(shù)。在原油加熱爐中采用了很多比較先進(jìn)的傳熱和換熱技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)提高加熱爐的總體熱效率起到了很好的保障作用。首先，在鍋爐中采用了螺紋煙管和波紋爐管傳熱技術(shù)，這增強(qiáng)了高溫?zé)煔夂托枰訜岬慕橘|(zhì)間的擾動(dòng)，在一定程度上增強(qiáng)了換熱系數(shù)。其次，由于真空加熱爐采用的是相變換熱的原理，整個(gè)加熱爐的換熱過(guò)程與熱管換熱器的原理比較相似，可以充分利用水蒸氣的汽化潛熱對(duì)原油進(jìn)行加熱，相對(duì)于普通的加熱爐來(lái)說(shuō)對(duì)于熱量的利用更加充分，熱效率也遠(yuǎn)高于普通的原油加熱爐。

2 真空加熱爐運(yùn)行中的節(jié)能措施

2.1 合理控制熱負(fù)荷

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)油田使用的加熱爐的調(diào)查情況分析，原油加熱爐的熱負(fù)荷與熱效率存在一定的相關(guān)性。因?yàn)樵图訜釥t在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)是以滿負(fù)荷作為其運(yùn)行的最佳工況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此當(dāng)熱負(fù)荷偏離設(shè)計(jì)的滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)肯定會(huì)降低加熱爐的熱效率。也就是說(shuō)，加熱爐的熱負(fù)荷過(guò)低和過(guò)高時(shí)都會(huì)降低原油加熱爐的熱效率。尤其是當(dāng)加熱爐超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于供給燃燒系統(tǒng)的燃料量要大于供給燃燒系統(tǒng)的空氣量，使燃料發(fā)生不完全燃燒的現(xiàn)象，未充分燃燒的燃料隨著煙氣一起排出，造成未完全燃燒熱損失增加。

2.2 控制風(fēng)量配比

根據(jù)燃燒學(xué)的原理可知，加熱爐的燃料必須在一定的多余空氣量下才能實(shí)現(xiàn)完全燃燒，原油真空加熱爐的過(guò)量空氣系數(shù)一般為1.05～1.15，因?yàn)樵谶@種情況下加熱爐的熱效率較高。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)小時(shí)會(huì)使燃料的燃燒不充分，而在過(guò)量空氣系數(shù)較高的情況下，會(huì)降低燃燒溫度，燃料在未完全燃燒的情況下就隨煙氣排出，因此必須控制好燃燒時(shí)的風(fēng)量配比。

2.3 正確選擇燃燒器和對(duì)燃燒器進(jìn)行改造

燃燒器對(duì)真空加熱爐的燃燒性能有重要的決定作用，因此為了提高加熱爐的熱效率，必須重視燃燒器的選型和改造工作。首先，應(yīng)根據(jù)油田的燃料供應(yīng)情況決定選擇燃油、燃?xì)?、油氣兩用燃燒器，所選擇的燃燒器能實(shí)現(xiàn)比例控制燃燒，適應(yīng)油田的伴生氣和自產(chǎn)原油。其次，所選燃燒器必須配備火焰監(jiān)測(cè)裝置，具有負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)、程序自動(dòng)點(diǎn)火、熄火報(bào)警保護(hù)、根據(jù)實(shí)際工況實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈮毫Τ叱蛪毫ΡＷo(hù)、燃油溫度超高過(guò)低溫度保護(hù)、燃油壓力超高超低壓力保護(hù)、供風(fēng)壓力超低壓保護(hù)、燃燒器故障報(bào)警等功能，可實(shí)現(xiàn)前后吹掃、供風(fēng)、點(diǎn)火、燃燒、停機(jī)、再啟動(dòng)等全自動(dòng)控制，適應(yīng)點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的過(guò)壓；再次，選擇的燃燒器必須與加熱爐所用燃料相匹配，并應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)燃料系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的要求。重油燃燒器應(yīng)配有重油增壓泵組，燃?xì)馊紵髋溆匈|(zhì)量過(guò)硬的閥組及燃?xì)庑孤┌矙z報(bào)警系統(tǒng)；最后，功率調(diào)節(jié)范圍必須適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際變化的要求，燃燒器可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)操作狀態(tài)切換。

2.4 對(duì)加熱爐進(jìn)行SCADA技術(shù)改造

SCADA是supervisorycontrolanddataacquisition系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能為一體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在原油真空加熱爐中采用SCADA系統(tǒng)可以獲得很好的節(jié)能效果。首先，SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)原油加熱爐溫的控制，在SCADA系統(tǒng)中對(duì)原油的出口溫度進(jìn)行單回路的PID調(diào)節(jié)，這樣保證了系統(tǒng)承受擾動(dòng)的能力較強(qiáng)，使原油的出口溫度始終穩(wěn)定在設(shè)定值附近，通過(guò)修改PID函數(shù)中的相關(guān)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐燃油量和助燃風(fēng)量消耗的精確控制，使加熱爐在運(yùn)行過(guò)程中始終保持最近的空燃比，從而達(dá)到了節(jié)約燃料、提高燃燒效率的目的。

3 真空加熱爐現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

吳定首站在2012年引進(jìn)的三臺(tái)2000kW相變式真空加熱爐，采用原油作為燃料，控制采用調(diào)節(jié)煤水溫度保證生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)（出爐溫度等）的方式，熱負(fù)荷主要靠人工設(shè)置參數(shù)（爐水溫度）進(jìn)行控制，如果運(yùn)行參數(shù)（原油出口溫度、采暖出口溫度）發(fā)生變化，就需要人工反復(fù)調(diào)試，選擇下一個(gè)最佳負(fù)荷點(diǎn)，增加了加熱爐的耗能。2013年10月底，吳定首站對(duì)舊的三臺(tái)加熱爐進(jìn)行了控制方式及SCADA改造，同時(shí)引進(jìn)了一臺(tái)4500kW的新爐子，將舊爐子改造為通過(guò)確定原油出口溫度來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)自身運(yùn)行參數(shù)（爐水溫度）的控制方式；新引進(jìn)的爐子具有自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制風(fēng)量配比的控制系統(tǒng)。舊爐子改造之后，合理的控制了熱負(fù)荷，通過(guò)能耗報(bào)表統(tǒng)計(jì)，平均每天至少節(jié)省燃油0.5m3。

4 結(jié)語(yǔ)

原油加熱爐是油田生產(chǎn)過(guò)程中主要的耗能設(shè)備之一，對(duì)原油真空加熱爐的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究是降低油田生產(chǎn)能耗、提高油田生產(chǎn)效益的重要途徑之一。本文對(duì)原油真空加熱爐的原理進(jìn)行了介紹，并就如何提高原油加熱爐的節(jié)能效果提出了一些對(duì)策，對(duì)真空加熱爐的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用作了總結(jié)分析，希望能為相關(guān)工作人員提供一些有益的參考。

[1]王顯豐.真空原油加熱爐應(yīng)用現(xiàn)狀研究及其發(fā)展方向[J].化學(xué)工程與裝備,2009（10）:112-113.

[2]張偉,遲進(jìn)華,徐明海.原油加熱爐變工況運(yùn)行熱效率[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2011（5）:352-354.

[3]馮傳清.仿人智能控制及其在原油加熱爐中的應(yīng)用[D].山東科技大學(xué),2004.