張志娟（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

集輸系統(tǒng)加熱爐節(jié)能措施探討

張志娟（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

針對(duì)加熱爐熱效率低、負(fù)荷率低、結(jié)垢嚴(yán)重、冬夏季運(yùn)行負(fù)荷變化大等問題，從生產(chǎn)管理和技術(shù)改造兩方面尋求提高加熱爐熱效率的方法，優(yōu)化加熱爐冬夏季運(yùn)行臺(tái)數(shù)、建立加熱爐按周期清垢制度等管理措施，及采用真空加熱爐、高效燃燒器、輻射管、高效除垢裝置、真空加熱爐超導(dǎo)液等技術(shù)措施，分析了實(shí)施效果，并對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中節(jié)能措施的應(yīng)用提出了建議，保證加熱爐高效運(yùn)行，從而達(dá)到降低能耗的目的。

集輸系統(tǒng) 加熱爐 生產(chǎn)管理 技術(shù)改造

加熱爐作為油田重要的耗能設(shè)備，其能耗水平的高低對(duì)油田節(jié)能降耗工作起著至關(guān)重要的作用。截至2014年底，某油田集輸系統(tǒng)共建有加熱爐131臺(tái)，其中摻水爐77臺(tái)，外輸加熱爐26臺(tái)，采暖加熱爐19臺(tái)，脫水加熱爐6臺(tái)，其他加熱爐3臺(tái)。能源消耗總量為11.89×104t（標(biāo)煤），其中加熱爐消耗天然氣5786×104m3（標(biāo)況），折合7.66×104t標(biāo)煤，占能源消耗總量的67.6%。隨著“十三·五”的到來，油田節(jié)能形勢日益嚴(yán)峻，加熱爐節(jié)能工作也越來越重要。

1 加熱爐存在的問題

1）加熱爐熱效率低，負(fù)荷率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用時(shí)間在15年以上的加熱爐有53臺(tái)，系統(tǒng)投產(chǎn)至今，由于產(chǎn)能下降，造成加熱爐低負(fù)荷運(yùn)行；監(jiān)測力度不夠，無法保證加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)真正達(dá)到最佳；缺乏完善的維護(hù)保養(yǎng)機(jī)制。

2）部分加熱爐內(nèi)部結(jié)垢淤積嚴(yán)重。加熱爐在長時(shí)間運(yùn)行后，介質(zhì)中的泥沙等雜質(zhì)會(huì)在煙火管外表面逐漸沉積，造成煙火管外表面結(jié)垢淤積，一方面導(dǎo)致加熱爐排煙溫度升高，熱效率降低；另一方面產(chǎn)生煙火管鼓包甚至燒穿現(xiàn)象，給安全運(yùn)行帶來隱患。

3）冬夏季運(yùn)行負(fù)荷變化較大。隨著油田降溫集油技術(shù)的推廣，加熱爐運(yùn)行負(fù)荷率尤其是夏季負(fù)荷率逐年降低，而負(fù)荷率是影響加熱爐運(yùn)行效率的重要因素之一。目前，在運(yùn)摻水加熱爐的負(fù)荷率冬季為64.4%，夏季為47.8%，低負(fù)荷率運(yùn)行使加熱爐熱效率降低，燃料損耗率加大。

4）加熱爐運(yùn)行有待進(jìn)一步優(yōu)化。由于加熱爐運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)較大，現(xiàn)場操作人員只能憑經(jīng)驗(yàn)通過對(duì)火焰的觀察調(diào)節(jié)配風(fēng)，難以按加熱爐運(yùn)行負(fù)荷變化及時(shí)合理地調(diào)節(jié)燃燒器的進(jìn)風(fēng)量，配風(fēng)偏大，不能做到最優(yōu)化控制。因此，造成加熱爐的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都偏于保守，空氣系數(shù)和排煙溫度偏高，造成能源的浪費(fèi)。

2 節(jié)能措施及效果分析

針對(duì)集輸系統(tǒng)加熱爐存在的問題，主要從生產(chǎn)管理和技術(shù)改造兩方面，對(duì)加熱爐實(shí)施一系列節(jié)能技術(shù)改造措施，取得了一定成效。

2.1 節(jié)能管理措施

1）優(yōu)化加熱爐冬夏季運(yùn)行臺(tái)數(shù)。由于冬夏季的溫差較大，為保證正常生產(chǎn)，冬季各站摻水用量較多，進(jìn)入夏季后，環(huán)境溫度升高，摻水用量減少。如果摻水加熱爐的數(shù)量不變，則加熱爐的負(fù)荷率將明顯降低。低負(fù)荷率運(yùn)行將會(huì)增大熱能損失的比例，加大燃料損耗率。為此，進(jìn)入夏季后，根據(jù)氣溫的變化，合理調(diào)整摻水用量，并根據(jù)摻水量的變化，對(duì)加熱爐的熱負(fù)荷進(jìn)行核算。同時(shí)，利用煙氣分析儀的爐效測試結(jié)果，及時(shí)調(diào)整加熱爐運(yùn)行負(fù)荷和參數(shù)，以合理降低加熱爐的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。2014年冬季運(yùn)行摻水加熱爐53臺(tái)，平均運(yùn)行負(fù)荷率64.4%，其中有16座站的負(fù)荷率低于50%，14座站可以減少運(yùn)行加熱爐15臺(tái)；夏季運(yùn)行33臺(tái)，平均運(yùn)行負(fù)荷率為47.8%，其中有15座站的負(fù)荷率低于50%，5座站可以減少運(yùn)行加熱爐5臺(tái)[1]。調(diào)整后，加熱爐熱效率整體提高了1%，年可節(jié)氣60× 104m3（標(biāo)況）。

2）加強(qiáng)加熱爐清淤除垢。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，加熱爐在一個(gè)生產(chǎn)周期（1年）內(nèi)結(jié)垢最小量為4 mm，將增加燃料消耗26.6%。為提高摻水系統(tǒng)加熱爐的運(yùn)行效率和運(yùn)行安全性，需定期對(duì)加熱爐進(jìn)行人工清垢或化學(xué)清洗除垢。按照上一年度加熱爐節(jié)能測試的結(jié)果，確定合理的加熱爐清垢周期，建立按周期清垢制度，提高爐效。累計(jì)清淤除垢150余次，熱效率可提高2%，年可節(jié)氣50×104m3（標(biāo)況）。

2.2 節(jié)能技術(shù)措施

1）真空加熱爐。真空加熱爐采用真空相變換熱技術(shù)，即燃燒產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)火筒和煙管將熱量傳遞給爐體殼程內(nèi)的水，水吸收而沸騰，產(chǎn)生蒸汽，蒸汽將熱量傳遞給管程內(nèi)的介質(zhì)后冷凝成水并下落，再次吸收熱量被加熱成蒸汽，如此反復(fù)，形成熱平衡狀態(tài)。由于蒸汽的冷凝，使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，形成真空狀態(tài)。截至目前，集輸系統(tǒng)共有相變真空加熱爐57臺(tái)，根據(jù)節(jié)能測試報(bào)告，相變加熱爐的熱效率一般要比其它加熱爐高2%～5%。

2）高效燃燒器。高效燃燒器通過改變?nèi)紵鞯慕Y(jié)構(gòu)和進(jìn)氣方式等來提高燃燒效率，降低空氣系數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。具有燃?xì)庑孤┳詣?dòng)檢測、雙重電磁閥組保護(hù)、火焰監(jiān)測系統(tǒng)等功能。目前，集輸系統(tǒng)131臺(tái)加熱爐已經(jīng)全部安裝了節(jié)能燃燒器，通過檢測，加熱爐熱效率提高了5%以上（表1）。

表1 高效燃燒器應(yīng)用前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3）高效除防垢裝置。高效除防垢裝置采用超聲波除垢，破壞垢類產(chǎn)生和沉積的條件，阻礙在管壁上的沉淀，同時(shí)又能夠破壞原有垢的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使垢在金屬表面上產(chǎn)生疲勞、裂紋、疏松、破碎而脫落，達(dá)到除垢，從而提高爐效的目的。已安裝除防垢裝置84套，改造后，實(shí)現(xiàn)了加熱爐持續(xù)防垢，減少設(shè)備維護(hù)和更新費(fèi)用，延長了設(shè)備的使用壽命[2]。

4）加熱爐粉刷遠(yuǎn)紅外線涂層。在加熱爐內(nèi)部涂刷節(jié)能涂料，發(fā)射熱射線，將熱能轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外輻射能，直接輻射到被加熱物體上，引起被輻射物質(zhì)分子的激烈運(yùn)動(dòng)，迅速升溫，從而達(dá)到提高加熱速度，節(jié)約能源消耗的目的。對(duì)61臺(tái)加熱爐粉刷了遠(yuǎn)紅外線節(jié)能涂料，經(jīng)測試，加熱爐粉刷遠(yuǎn)紅外涂層后，熱效率平均提高了2%以上。

5）真空加熱爐超導(dǎo)液。超導(dǎo)液是一種淡黃色透明液體，無毒、不揮發(fā)、無腐蝕、不結(jié)垢、-40℃不結(jié)冰、沸點(diǎn)低的有機(jī)化合物，與水相比有不同的特性：沸點(diǎn)比較低。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，超導(dǎo)液的沸點(diǎn)為55℃，水的沸點(diǎn)是100℃。加熱相同單位體積的介質(zhì)時(shí)，超導(dǎo)液所需要的熱量僅為加熱水的熱量的45%。汽化溫度高、傳熱快，超導(dǎo)液汽化后溫度可達(dá)160℃。汽化潛熱值高。對(duì)11臺(tái)真空加熱爐應(yīng)用了超導(dǎo)液，取代水作為傳熱介質(zhì)。根據(jù)測試，爐效可以提高2%～5%以上，同時(shí)，由于超導(dǎo)液沸點(diǎn)降低到55℃，降低了爐膛溫度，減少了加熱爐煙火管燒損概率。

3 認(rèn)識(shí)及建議

1）通過加強(qiáng)加熱爐管理和應(yīng)用節(jié)能技術(shù)改造措施，提高了加熱爐熱效率，減少了能源消耗。

2）每項(xiàng)加熱爐節(jié)能技術(shù)都有各自的特點(diǎn)和適用性，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)盡量依托生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行合理的選擇，同時(shí)應(yīng)注意技術(shù)的組合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，從而達(dá)到最佳效果。

3）由于真空相變加熱爐采用正壓燃燒設(shè)計(jì)，可有效降低排煙溫度，從而提高加熱爐熱效率，且具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、鋼耗低、安裝方便等特點(diǎn)，應(yīng)從加熱爐運(yùn)行時(shí)間和熱效率等方面整體考慮，逐年更換高耗能加熱爐。

4）由于節(jié)能涂料的有效期一般不超過2年，對(duì)已涂刷過節(jié)能涂料的加熱爐應(yīng)重新進(jìn)行涂刷。

[1]周宏偉.提高加熱爐熱效率技術(shù)淺析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012(9):69-70.

[2]楊洪生,席勵(lì)新,毛恒軒.相變換熱技術(shù)在油氣集輸加熱設(shè)備中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),2005(1):92-95.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.017

2015-03-05）

張志娟，工程師，2004年畢業(yè)于西安石油大學(xué)（油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)），從事油田地面工程管理工作，E-mail：zhangzhijuan@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第十采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，166405。