王 剛，夏友山

（吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆鄯善 838202）

1 管式加熱爐

（1）管式加熱爐是指被加熱介質(zhì)(氣體和液體，它們通常都是易燃易爆的烴類(lèi)物質(zhì))在管內(nèi)流動(dòng)的加熱爐，加熱方式為直接受火式，燃料為氣體或液體燃料，工作方式為長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）管式加熱爐一般由煙囪、對(duì)流室、輻射室、燃燒器4個(gè)主要組成部分構(gòu)成（圖1）。

（3）管式加熱爐正常工作時(shí)，被加熱介質(zhì)首先進(jìn)入對(duì)流室，利用煙氣的余熱對(duì)介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的介質(zhì)進(jìn)入輻射室，通過(guò)金屬管壁與燃燒器燃燒后的高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換，提高溫度后的介質(zhì)再流出加熱爐。

2 排煙溫度升高

2.1 基本情況

魯克沁采油廠現(xiàn)有2臺(tái)管式加熱爐，型號(hào)為GW2300-Y/8-Q，由北京百恒達(dá)石油技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)制造，額定熱功率2300 kW，加熱爐盤(pán)管設(shè)計(jì)額定工作壓力8 MPa，使用奧林GP-280M全自動(dòng)比例調(diào)節(jié)燃?xì)馊紵鳌?010年8月出廠，2010年10月底完成安裝、調(diào)試及投運(yùn)。2臺(tái)加熱爐開(kāi)1備1，將原油外輸泵加壓后的合格原油從40℃加熱至70℃外輸，外輸原油壓力高，流量大，流量穩(wěn)定，加熱爐的爐膛溫度、排煙溫度、空氣系數(shù)、熱效率、爐體外表面溫度、介質(zhì)進(jìn)口溫度、出口溫度、全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖1 管式加熱爐示意圖

2.2 工藝及運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化

隨著魯克沁采油廠產(chǎn)能的增加，原來(lái)大罐沉降脫水工藝已無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。2011年11月，隨著2臺(tái)三相分離器的投運(yùn)，2臺(tái)加熱爐工藝流程隨之改變，被加熱介質(zhì)由兩相分離器分離后在原油大罐沉降脫水處理合格的外輸原油改為經(jīng)三相分離器脫水之后的含水原油，工作壓力由（6～8）MPa降至0.3 MPa。由于含水原油的處理量較大，且工作壓力較低，1臺(tái)加熱爐無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，故2臺(tái)加熱爐基本上全負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行；由于管式加熱爐進(jìn)口管線(xiàn)沒(méi)有安裝流量計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入2臺(tái)管式加熱爐的介質(zhì)流量不穩(wěn)定，由于工作壓力降低，流速也大大降低；三相分離器油出口來(lái)的原油由于沒(méi)有加熱，溫度只有約20℃，而魯克沁采油廠采出原油為極稠原油和輕質(zhì)原油、水的混合物，黏度很高，流動(dòng)性很差，原油黏度見(jiàn)表1。

表1 魯克沁采油廠原油溫度與黏度對(duì)應(yīng)表

2.3 排煙溫度逐漸升高

自2012年3月份以來(lái)2臺(tái)管式加熱爐的出口油溫度始終升不上去，長(zhǎng)時(shí)間＜50℃，后將燃燒器的燃燒盤(pán)位置前移，將燃燒器的負(fù)荷調(diào)高，出口油溫略有提升，可達(dá)到55℃正常運(yùn)行，排煙溫度有所升高。

2013年開(kāi)始管式加熱爐管理人員發(fā)現(xiàn)2臺(tái)管式加熱爐排煙管表面發(fā)白，懷疑是排煙溫度過(guò)高，經(jīng)過(guò)查看監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)爐膛溫度高達(dá)530℃，排煙溫度高達(dá)330℃。后來(lái)請(qǐng)有加熱爐節(jié)能檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)對(duì)這2臺(tái)管式加熱爐進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，所測(cè)試的平均排煙溫度262℃（評(píng)價(jià)指標(biāo)≤200℃），空氣系數(shù)1.52（評(píng)價(jià)指標(biāo)≤1.8），爐體外表面溫度31℃（評(píng)價(jià)指標(biāo)≤50℃），熱效率81%（限定值η≥82%，節(jié)能平均值η≥85%）；

監(jiān)測(cè)結(jié)論：2臺(tái)管式加熱爐排煙溫度遠(yuǎn)＞200℃的限定值，熱效率不達(dá)標(biāo)。

3 原因分析

（1）運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了變化。這2臺(tái)管式加熱爐原本是為合格原油外輸加熱用，合格原油含水率低（＜0.5%），壓力高（6～8）MPa，流量穩(wěn)定在100 m3/h，溫度≥40℃，黏度不高，流動(dòng)性好；后改為經(jīng)三相分離器脫水之后的含水（30%～40%）原油加熱，各個(gè)工作參數(shù)都發(fā)生了變化，工作壓力由（6～8）MPa降至0.3 MPa，流速低，流量是時(shí)高時(shí)低，介質(zhì)溫度＜20℃，黏度大，流動(dòng)性差。

（2）由于爐膛內(nèi)溫度過(guò)高，被加熱介質(zhì)（液體烴類(lèi)）溫度低，黏度大，流速低，在爐管內(nèi)的停留時(shí)間也越長(zhǎng)，則邊界層越厚，熱傳導(dǎo)系數(shù)越低，管壁溫度越高，結(jié)果是介質(zhì)越易結(jié)焦。

（3）原油含水礦化度高(高達(dá)145 570 mg/L)，長(zhǎng)期高溫運(yùn)行導(dǎo)致?tīng)t管內(nèi)壁結(jié)垢。

（4）管式加熱爐的煙道擋板銹蝕無(wú)法正常調(diào)節(jié)，大量高溫?zé)煔膺^(guò)快排出，導(dǎo)致排煙溫度過(guò)高。

4 防治對(duì)策及效果

（1）通過(guò)取樣分析，證實(shí)管式加熱爐爐管內(nèi)確實(shí)存在結(jié)焦、結(jié)垢現(xiàn)象。

（2）組織有資質(zhì)的施工隊(duì)伍對(duì)2臺(tái)加熱爐的爐管進(jìn)行了化學(xué)清洗，后進(jìn)行監(jiān)測(cè)，排煙溫度＜190℃，達(dá)到排煙溫度＜200℃的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在排煙管后端加裝螺旋管式換熱器，利用煙氣余熱對(duì)進(jìn)入管式加熱爐的低溫介質(zhì)進(jìn)行第一次預(yù)熱，然后進(jìn)入對(duì)流室進(jìn)行第二次預(yù)熱，最后進(jìn)入輻射室進(jìn)行加熱，逐步提高介質(zhì)溫度，降低介質(zhì)黏度，改善介質(zhì)的流動(dòng)性及換熱效果，減少結(jié)焦、結(jié)垢程度，降低排煙溫度，達(dá)到節(jié)能，保證管式加熱爐長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行的目的。

（4）優(yōu)化了管式加熱爐的運(yùn)行方式，特別是在介質(zhì)剛進(jìn)入管式加熱爐時(shí)，先點(diǎn)爐，讓加熱爐在手動(dòng)小火狀態(tài)下對(duì)爐管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行慢慢預(yù)熱，慢慢提高介質(zhì)的溫度，降低介質(zhì)的黏度，增加介質(zhì)的流動(dòng)性，然后慢慢的手動(dòng)調(diào)高加熱爐的負(fù)荷，待爐管內(nèi)的介質(zhì)正常流動(dòng)后改為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)要根據(jù)負(fù)荷要求及檢測(cè)數(shù)據(jù)合理調(diào)整負(fù)荷大小、爐膛溫度煙囪內(nèi)擋板開(kāi)度，保證爐膛內(nèi)具備（-19.6～-39.2）Pa的負(fù)壓。

（5）時(shí)時(shí)關(guān)注加熱爐的爐膛溫度、排煙溫度，介質(zhì)的進(jìn)出口溫度、進(jìn)出口壓力差及燃?xì)獾南牧?，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)查找原因，如果是爐管內(nèi)部結(jié)焦、結(jié)垢，要及時(shí)組織有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍進(jìn)行化學(xué)清洗。

（6）吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心節(jié)能監(jiān)測(cè)站，依據(jù)GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》于2015年11月19日對(duì)魯克沁采油廠魯中聯(lián)合站2臺(tái)燃?xì)夤苁郊訜釥t進(jìn)行節(jié)能測(cè)試，達(dá)到了很好的效果。評(píng)價(jià)指標(biāo)D（加熱爐額定容量）選取的是2.00＜D≤2.50，單位為MW。測(cè)試臺(tái)數(shù)2臺(tái)，合格臺(tái)數(shù)2臺(tái)，合格率100%。評(píng)價(jià)結(jié)果如表2。

表2 燃?xì)饧訜釥t實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)比綜合評(píng)價(jià)表

經(jīng)過(guò)改造，煙氣經(jīng)余熱利用裝置后，2臺(tái)燃?xì)夤苁郊訜釥t的排煙溫度由平均190℃降到137℃，降低53℃，熱效率由2012年的82%提高到89%，提高了7%。每臺(tái)管式加熱爐年節(jié)約燃?xì)?12萬(wàn) m3。