劉剛路兵齊飛（中國石油大港油田天然氣公司）

天然氣凈化處理廠導(dǎo)熱油爐提效改造

劉剛路兵齊飛（中國石油大港油田天然氣公司）

導(dǎo)熱油爐是天然氣凈化處理廠中廣泛使用的加熱設(shè)備。目前，大港油田天然氣處理站導(dǎo)熱油爐耗氣量占總耗氣量的60%，但其在使用過程中存在排煙溫度高、耗能高、負(fù)荷率和熱效率偏低等問題，未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)熱效率的要求。結(jié)合大港油田天然氣處理站加熱爐存在的實(shí)際情況，開展了加熱爐提效對策分析，通過應(yīng)用煙氣余熱回收技術(shù)、空氣預(yù)熱技術(shù)及采用全自動電子比例調(diào)節(jié)式燃燒器，加熱爐效率提高了10%，每年可以節(jié)約天然氣18×104～35×104m3，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排目標(biāo)。

導(dǎo)熱油爐；提效改造；效率；排煙溫度

1 概述

加熱爐是油氣田生產(chǎn)中廣泛使用的加熱設(shè)備[1]。大港油田天然氣處理裝置加熱爐年耗氣約300×104m3，為分子篩脫水及精餾等單元提供熱量。其中，有1臺4000 kW導(dǎo)熱油爐因投產(chǎn)年限較早，達(dá)不到《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》及中油勘探與生產(chǎn)公司關(guān)于加熱爐提效工作要求。根據(jù)節(jié)能監(jiān)測結(jié)果，該加熱爐排煙溫度、空氣系數(shù)、效率均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。且該加熱爐年耗氣約為180×104m3，占該站燃?xì)庀牡?0%，對天然氣處理站總體綜合能耗有較大影響，需要進(jìn)行提效改造。

表1 天然氣處理站4000 kW導(dǎo)熱油爐能效測試結(jié)果

2 原因分析

經(jīng)過分析，該導(dǎo)熱油爐主要存在如下問題：

1）排煙溫度偏高。在加熱爐各種熱損失中，排煙熱損失所占比重最大[2]。由表1可知，該加熱爐排煙溫度達(dá)250℃，遠(yuǎn)高于規(guī)范限定值，排煙熱損失非常大，導(dǎo)致了效率偏低。

2）空氣系數(shù)偏大。該加熱爐未配備煙氣監(jiān)測儀器，空氣系數(shù)的調(diào)整無法精準(zhǔn)，配風(fēng)量過小則造成燃燒不充分，大氣污染物排放不達(dá)標(biāo)。為確保正常運(yùn)行，通常會選擇比較保險的空氣系數(shù)（偏大），空氣系數(shù)的增大雖不影響加熱爐的運(yùn)行，但使得效率低，燃料消耗增大。

3 改造方案

加熱爐提效改造的方法較多，如賈中輝等[3]提出的膜法富陽局部增氧射流助燃技術(shù)在大港石化公司獲得良好應(yīng)用，馬建國等[4]提出的采用真空相變加熱爐提效，楊春[5]提出的應(yīng)用高效清垢防垢技術(shù)提高加熱爐效率等。通過對比不同方法，并結(jié)合天然氣處理站加熱爐實(shí)際，制定改造方案。

3.1 方案

將已建4000 kW加熱爐的一體化燃燒器更換為分體式燃燒器，在煙道處增設(shè)空氣預(yù)熱器和鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收，通過換熱提供燃燒用熱空氣，以提高加熱爐綜合熱效率。對相應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)新的燃燒器與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的匹配。對相應(yīng)配電系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足新增助燃鼓風(fēng)機(jī)電力需求。在煙道處增加氧氣分析儀，監(jiān)測空氣系數(shù)，通過實(shí)時調(diào)節(jié)氧含量，節(jié)約燃?xì)庀摹?/p>

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，循環(huán)泵、儲油罐、膨脹罐及注油泵均可以利舊。系統(tǒng)改造后，供熱管網(wǎng)不變，如圖1所示。

圖1 改造示意圖（點(diǎn)畫線內(nèi)設(shè)施為新增）

3.2 工作原理

增加空氣預(yù)熱器（煙氣-空氣換熱器），其原理是將天然氣燃燒后的煙氣余熱回收預(yù)熱助燃空氣溫度，即通過空氣預(yù)熱器收集和利用加熱爐出口的高溫?zé)煔?，提高空氣入爐溫度，提高輻射傳熱水平和受熱效率，并降低加熱爐排煙溫度。另外，增加煙氣氧氣分析儀，監(jiān)測煙氣中氧含量，合理調(diào)整配風(fēng)比，減少燃料不完全燃燒而造成的熱量損失，從而達(dá)到節(jié)省燃料和排放環(huán)保的目的。

3.3 改造實(shí)施注意事項(xiàng)

3.3.1 空氣預(yù)熱器

按照GB24848《石油工業(yè)用加熱爐能效限定值及能效等級》要求，以91%的熱效率為改造目標(biāo)，設(shè)計空氣預(yù)熱器。新增空氣預(yù)熱器參數(shù)如表2所示，型式為換熱管式。應(yīng)該注意的是，因改造項(xiàng)目受制于現(xiàn)場空間位置，必須對現(xiàn)場進(jìn)行踏勘后方可進(jìn)行招標(biāo)采購。

表2 空氣預(yù)熱器參數(shù)

冬季啟運(yùn)加熱爐時，由于濕熱的煙氣與溫度較低的空氣進(jìn)行換熱，將產(chǎn)生一定量的冷凝水，必須在煙道、風(fēng)道管路中設(shè)置冷凝水排放點(diǎn)，在加熱爐的升溫過程中加密排放，否則易導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕。

3.3.2 分體式燃燒器

燃燒器為熱風(fēng)型燃燒器，其選擇必須考慮法蘭口徑、火筒長度、輸出功率等參數(shù)與原系統(tǒng)兼容，新燃燒器的安裝不應(yīng)改變加熱爐本體結(jié)構(gòu)。另外，應(yīng)將二段式燃燒器更換為效率更高的全自動電子比例調(diào)節(jié)式燃燒器。現(xiàn)有加熱爐風(fēng)機(jī)電動機(jī)功率為18.5 kW，新增電動機(jī)功率應(yīng)該滿足最大負(fù)荷下風(fēng)量，考慮到耗電因素，不宜選擇過大功率的電動機(jī)。經(jīng)過核算，此次改造選擇22 kW電動機(jī)即可滿足所需。

因?qū)嵊蜖t在凈化處理裝置中屬于重點(diǎn)設(shè)備，一旦停爐將造成裝置被迫停產(chǎn)，不但造成液化氣、輕烴產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)損失，還將造成天然氣的大量放空。因此，加熱爐的改造只能在裝置停產(chǎn)檢修期間進(jìn)行，改造的工期控制非常關(guān)鍵。可以在煙囪改造前，提前完成風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器的安裝，煙道、風(fēng)道的預(yù)制工作以及燃燒器控制程序的編制工作。停爐后，只需完成煙道、風(fēng)道及燃?xì)夤芫€的連頭，更換控制柜內(nèi)部分元件及程序后進(jìn)行投產(chǎn)調(diào)試。

4 應(yīng)用效果

控制煙氣氧含量，對控制燃燒過程，實(shí)現(xiàn)安全、高效和低污染排放是非常重要的[6]。因此，在改造實(shí)施后，應(yīng)用了新增的煙氣分析儀，對燃燒器的燃燒進(jìn)行調(diào)試，精確測量煙氣中氧含量。

選擇不同負(fù)荷情形對該加熱爐再次進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測，結(jié)果如表3所示，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 天然氣處理站4000 kW導(dǎo)熱油爐改造后能效測試結(jié)果

改造后，對該加熱爐改造前、后天然氣消耗量進(jìn)行了對比，由改造前5500 m3/d變?yōu)?000 m3/d，日節(jié)約500 m3天然氣；帶大負(fù)荷時，由改造前的7200 m3/d變?yōu)?200 m3/d，日節(jié)約1000 m3天然氣。年可節(jié)約耗氣量為18×104～35×104m3。

5 結(jié)論

通過對大港油田天然氣處理站導(dǎo)熱爐存在的問題進(jìn)行分析和探討，針對性地提出了相應(yīng)的提效技術(shù)改造方案。實(shí)施后，導(dǎo)熱爐效率可以提升至91%以上，說明導(dǎo)熱油爐煙氣余熱應(yīng)用于自身所用助燃空氣是可行的，可以節(jié)約約10%的耗氣量?？諝忸A(yù)熱技術(shù)的應(yīng)用過程中，需注意溫度變化引氣的冷凝水問題，避免腐蝕發(fā)生。同時，導(dǎo)熱油爐是天然氣處理站廠中的重點(diǎn)耗能設(shè)備，在招標(biāo)采購時，除考慮其運(yùn)行可靠性外，耗能水平的高低也應(yīng)作為考核的重要指標(biāo)。

[1]孫仁龍，張侃毅，賴德貴，等.輪南作業(yè)區(qū)加熱爐提效技術(shù)改造[J].油氣地面工程，2015，34（9）：5.

[2]張慶峰，周學(xué)軍，王軍民，等.長慶油田加熱爐提效措施分析[J].石油石化節(jié)能，2015，5（11）：45.

[3]賈中輝，李紅軍，劉剛.膜法富陽局部增氧射流助燃系統(tǒng)的減壓爐的應(yīng)用[J].煉油與化工，2011，22（6）：32.

[4]馬建國，蒲明.油氣田加熱爐提高熱效率對策分析[J].石油石化節(jié)能，2013，3（1）：9.

[5]楊春.加熱爐運(yùn)行分析及改進(jìn)[J].石油石化節(jié)能，2015，5（4）：41.

[6]金虎，王成軍.控制煙氣氧含量是鍋爐大氣污染物達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵[J].新疆石油科技，2016，26（1）：55.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.011

2017-02-11

（編輯 李發(fā)榮）

沙漠綠島石西油田

劉剛，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（化學(xué)工程與工藝專業(yè)），從事天然氣處理、集輸、生產(chǎn)運(yùn)行及節(jié)能管理工作，E-mail:liuguangmei0120@163.com，地址：天津市大港油田天然氣公司生產(chǎn)運(yùn)行科，300280。