鄧壽祿　范　路　鄭煒博　楊秀麗　胡曉峰（中國石化勝利油田分公司技術(shù)檢測中心）

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加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術(shù)的研究

鄧壽祿范路鄭煒博楊秀麗胡曉峰（中國石化勝利油田分公司技術(shù)檢測中心）

目前各大油田運行著大量的原油加熱爐，其運行狀況無法進(jìn)行實時判斷，通常要通過定期監(jiān)測才能知道，這給現(xiàn)場管理帶來諸多不便。鑒于此，研究了加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術(shù)，給出了加熱爐正平衡熱效率實時在線測量的技術(shù)理論。同時，研究了測量系統(tǒng)構(gòu)成，分析了它的工作原理。研究表明，要測量加熱爐正平衡熱效率只需要采集6個參數(shù)的量：被加熱介質(zhì)的體積流量，含水率，被加熱介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度，加熱爐的燃料量，燃料的溫度。該技術(shù)的推廣應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)加熱爐熱效率在線測量，解決現(xiàn)場管理缺陷的問題。

加熱爐正平衡熱效率測量技術(shù)

引言

用熱設(shè)備經(jīng)常需要進(jìn)行熱工測試，熱工測試能夠確定被測試對象是否符合設(shè)計要求，是否違反自然科學(xué)規(guī)律、國家法律和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；熱工測試還能對被測試對象進(jìn)行量的評估，通過具體數(shù)據(jù)描述被測試對象的狀態(tài)，并且能為管理者和操作人員提供依據(jù)［1］。

油田的原油開采、處理、輸送、儲運過程中運行著大量的加熱爐。加熱爐作為油田的重要耗能設(shè)備，其用能管理顯得尤為重要。在加熱爐的整個使用過程中，需要對加熱爐采集數(shù)據(jù)、建立檔案和實施管理措施，并且對加熱爐進(jìn)行調(diào)試、操作和維護(hù)，這些過程都需要借助于加熱爐的熱工測試，需要了解加熱爐的運行狀況才能完成。以往對加熱爐運行狀況的了解，判斷加熱爐的運行效率如何，通常要通過定期監(jiān)測才能知道，這給現(xiàn)場管理帶來諸多不便。

傳統(tǒng)的加熱爐正平衡熱效率測量方法采用定期的非在線人工方法。該方法的缺點主要表現(xiàn)為：測量需要多人配合；測量時間長；不能實現(xiàn)在線實時測量；受人為因素影響，準(zhǔn)確性差。鑒于此，從加熱爐的管理現(xiàn)狀出發(fā)，對油田原油加熱爐正平衡熱效率的實時在線測量技術(shù)進(jìn)行研究。

1　加熱爐正平衡熱效率實時在線測量原理

加熱爐正平衡熱效率是指加熱爐有效利用熱量與單位時間內(nèi)所消耗燃料的輸入熱量的百分比。它表明燃料輸入加熱爐的熱量被有效利用的程度。

根據(jù)加熱爐正平衡熱效率的定義，其計算公式［2］可表示為：

式中：η1為加熱爐正平衡熱效率，%；Qy為加熱爐的有效熱量，kJ/h；Qr為加熱爐輸入的熱量，kJ/h。

其中，加熱爐的輸入熱量為燃料的化學(xué)能和燃料的顯熱，通常加熱爐的助燃空氣未經(jīng)預(yù)熱，在此助燃空氣的輸入熱量即為零。燃料的化學(xué)能即為燃料的低位發(fā)熱量Qdw；燃料的顯熱Qrx為燃料的比熱容與其溫度的乘積。加熱爐的輸入熱量可由下式表示：

式中：B為燃料的消耗量，kg/h或m3/h；Qdw為燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg或kJ/m3；Qrx為燃料的顯熱，kJ/kg或kJ/m3；cr為燃料的比熱容，kJ/（kg·℃）或kJ/（m3·℃）；tr為燃料溫度，℃。

加熱爐的有效熱量為加熱爐的熱負(fù)荷，可由下式求得：

式中：D為被加熱介質(zhì)流量，kg/h；h1、h2分別為被加熱介質(zhì)進(jìn)、出口質(zhì)量焓，kJ/kg；V為加熱爐被加熱介質(zhì)的體積流量，m3/h；w為被加熱介質(zhì)的含水率，%；ρw、ρo分別為水和油的密度，kg/m3；cw2、co2分別為水和油在溫度t2下的比熱容，kJ/（kg·℃）；cw1、co1分別為水和油在溫度t1下的比熱容，kJ/（kg·℃）；t1為加熱爐中被加熱介質(zhì)的進(jìn)口溫度，℃；t2為加熱爐中被加熱介質(zhì)的出口溫度，℃。

把式（2）和式（3）帶入式（1）中，可得加熱爐正平衡熱效率的計算公式

由式（4）可見，要測量加熱爐正平衡熱效率需要采集6個參數(shù)的量：被加熱介質(zhì)的體積流量V，被加熱介質(zhì)的含水率w，被加熱介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度t1、t2，加熱爐的燃料量B，燃料的溫度tr。

2　實時在線測量系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理

加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統(tǒng)［3］如圖1所示。該系統(tǒng)包括被加熱介質(zhì)體積流量計、含水測量儀、進(jìn)口溫度計、出口溫度計、燃油（燃?xì)猓┝髁坑嫛⑷加停ㄈ細(xì)猓囟扔?、?shù)據(jù)采集及積算儀。

在該系統(tǒng)中，被加熱介質(zhì)體積流量計選擇渦輪流量計或靶式流量計；被加熱介質(zhì)含水測量儀選擇FKC01型在線含水率分析儀；被加熱介質(zhì)進(jìn)口溫度計選擇熱電偶溫度計；被加熱介質(zhì)出口溫度計選擇熱電偶溫度計；燃油（燃?xì)猓┝髁坑嫓y量燃油時，可選擇橢圓齒輪流量計或腰輪流量計，如果測量燃?xì)鈺r，選擇渦街流量計；燃油（燃?xì)猓囟扔嬤x擇熱電偶溫度計；數(shù)據(jù)采集及積算儀具備信號轉(zhuǎn)換、存儲、數(shù)據(jù)處理、顯示和輸入/輸出功能。

上述的6種儀器儀表具備電信號遠(yuǎn)傳，首先電信號輸入數(shù)據(jù)采集及積算儀中，電信號通過信號轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號被儲存模塊實時儲存，然后數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行實時處理計算出正平衡熱效率，顯示模塊能夠?qū)崟r顯示各個參數(shù)及計算結(jié)果，輸入/輸出模塊能夠?qū)崿F(xiàn)外部參數(shù)的設(shè)定及內(nèi)部參數(shù)的輸出。

圖1　加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統(tǒng)

3　實時在線測量技術(shù)的優(yōu)勢

油田原油加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術(shù)具有如下優(yōu)點：

1）能夠?qū)τ吞镌图訜釥t正平衡熱效率進(jìn)行實時在線測量。

2）實時顯示油田加熱爐熱負(fù)荷，燃料消耗量。

3）給現(xiàn)場操作人員調(diào)爐提供實時數(shù)據(jù)。由加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統(tǒng)工作原理可知，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集被加熱介質(zhì)體積流量、含水率、進(jìn)口溫度、出口溫度和燃油（燃?xì)猓┝髁?，通過這些數(shù)據(jù)的采集，積算儀能夠?qū)崟r計算加熱爐的運行負(fù)荷并加以顯示。現(xiàn)場操作人員可以根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)對加熱爐的運行參數(shù)進(jìn)行及時的調(diào)整；根據(jù)積算儀計算顯示的運行負(fù)荷，可以根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷需求狀況對加熱爐的運行負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。

4）給現(xiàn)場管理人員實時判斷爐況提供依據(jù)。

5）無需人工操作，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

4　結(jié)論

1）通過加熱爐正平衡熱效率實時在線測量理論表明，要測量加熱爐正平衡熱效率只需要采集6個參數(shù)的量：被加熱介質(zhì)的體積流量V，含水率w，進(jìn)、出口溫度t1、t2，加熱爐的燃料量B，燃料的溫度tr。

2）加熱爐正平衡熱效率實時在線測量系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、存儲、數(shù)據(jù)處理、顯示和輸入/輸出功能。

3）加熱爐正平衡熱效率實時在線測量技術(shù)的推廣應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)加熱爐熱效率在線測量，解決現(xiàn)場管理缺陷的問題。

［1］唐經(jīng)文.熱工測試技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2007：6-7.

［2］鄧壽祿，王貴生.油田加熱爐［M］.北京：中國石化出版社，2011：245-249.

［3］鄧壽祿，寇瑋，馬景樹，等.油田原油加熱爐正平衡熱效率實時在線測量裝置：中國，201220051919.X［P］.2012-09-12.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.002

2015-08-01）

鄧壽祿，高級工程師，1991年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）（熱能工程專業(yè)），從事能源檢測及利用研究，E-mail：sljc16888@126. com，地址：山東省東營市濟(jì)南路2號技術(shù)檢測中心，257001。