曲照濤（大慶石油管理局有限公司技術監(jiān)督中心）

1 現(xiàn)狀

加熱爐是油氣田集輸工藝中廣泛使用的設備?，F(xiàn)在油田主要在用加熱爐按其結構可分為火筒爐、管式爐和真空加熱爐。目前，大慶油田在運行的加熱爐2000多臺，經過數據分析與現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，加熱爐過?？諝庀禂递^大，主要原因：一部分加熱爐在5月—10月處于低負荷運行狀態(tài)，一部分加熱爐處于烘爐狀態(tài)，在以上工作狀態(tài)下加熱爐負荷率較低，排煙溫度偏低，爐體散熱熱損失較大，加熱爐熱效率偏低。加熱爐熱效率是評定加熱爐經濟性的主要指標之一，熱效率的高低可以反映出加熱爐對燃料有效利用的程度。油田加熱爐通常應用正平衡法和反平衡法對加熱爐熱效率進行測試[1]。

2 加熱爐運行存在問題

2.1 加熱爐送風系統(tǒng)

由于燃料的成分以及加熱爐的負荷隨季節(jié)的變化而發(fā)生改變，加熱爐燃燒所需進氣量也相應發(fā)生變化，燃燒器廠家第一次安裝調試后，進氣量很少再隨實際燃氣量的變化而進行再次調整?，F(xiàn)場操作人員不能根據加熱爐運行狀態(tài)的改變及時進行進氣量調節(jié)，就會導致加熱爐的運行熱效率下降，造成燃料的浪費，增加運行成本。當加熱爐進氣量過大時，會將一部分熱量直接吹入排煙通道，致使排煙溫度升高。

2.2 負荷率對加熱爐效率的影響

加熱爐的散熱損失主要取決于加熱爐的爐體散熱面積、爐體保溫層和運行負荷率。其運行負荷率是指加熱爐的實際運行功率與設計額定功率的比值。由于加熱爐的負荷率隨季節(jié)變化的而改變，冬天時加熱爐的負荷較大，而夏天時加熱爐的負荷較小。夏季溫度較高，大部分原油冷集輸，轉油站加熱爐少部分運行就能滿足生產的要求，但為了避免加熱爐長時間停運時會導致爐內結構及工藝管線腐蝕生銹，所以轉油站相同作用加熱爐全部運行，進而導致每臺加熱爐的負荷較低，加熱爐的散熱損失較大，熱效率更低。現(xiàn)場測試數據也驗證了這種情況（圖1）。

圖1 加熱爐不同負荷率下熱效率

根據圖1分析，隨著加熱爐負荷的增加，加熱爐的效率也增加。所以提高負荷運行有利于提高加熱爐的效率。

2.3 排煙溫度的影響

1）加熱爐傳熱面積灰結垢是影響加熱爐安全、穩(wěn)定、高效運行的主要因素，當傳熱面積灰結垢時，它所造成的負面影響將是持久并遞增的。造成受熱面積灰結垢的主要因素有：天然氣組分硫含量較高；燃料未爐膛內充分燃燒。加熱爐長時間運行時，導致受熱面表面垢越來越厚（未及時清理），被加熱形同介質的溫度時能被介質吸收有效熱量隨其變化。以上因素會導致排煙溫度升高，排煙熱損失增大，導致加熱爐運行效率降低。由于加熱爐煙道口受熱面表面結垢加劇，導致加熱爐煙道口變小，煙氣流動阻力將增大，當加熱爐處于較高負荷運行時，不僅會造成燃燒條件的惡化，燃燒不充分，又會使加熱爐處于微正壓的工作狀態(tài)，增加安全隱患[2-3]。

2）部分加熱爐的爐膛較短，同時燃燒火焰長度過大，致使煙氣在爐膛內停留時間較短，熱量不能有效利用而直接從排煙通道排出，從而導致排煙溫度上升。

3）由于現(xiàn)場生產需要，加熱爐的處理量增加，出口溫度要求較高，當大火加熱時火焰強度大，火焰熱量未利用就從排煙通道排出，從而導致排煙溫度上升（圖2）。

圖2 加熱爐不同排煙溫度下熱效率

根據圖2分析，當加熱爐負荷一定時，加熱爐的效率隨著排煙溫度的升高，急劇下降。

2.4 過剩空氣系數的影響

1）在加熱爐的實際運行中，燃料燃燒受熱面的傳熱過程非常復雜。過?？諝庀禂?α)的變化對加熱爐的排煙熱損失(q2)、氣體未完全燃燒熱損失(q3)和熱效率都有很大的影響。同時根據現(xiàn)場測試數據，繪制了加熱爐排煙熱損失與過?？諝庀禂档年P系曲線（圖3），氣體不完全燃燒熱損失與過?？諝庀禂档年P系曲線（圖4）。

從圖3可以看出，過?？諝庀禂翟酱?，排煙熱損失就越大，排煙熱損失明顯帶走大量熱隨煙氣排放至大氣。從圖4可以看出，當過?？諝庀禂翟?.2～1.77，燃料燃燒充分，氣體不完全燃燒熱損失近似為0。當α大于1.77時，隨其增大，q3逐漸增大。主要原因一方面是過?？諝庀禂翟龃螅瑺t膛溫度下降導致CO不能完全燃燒，另一方面由于α的增大，煙氣在爐膛內的流速加快，燃料在爐膛內未能充分燃燒就被排出，致使q3增大；當a小于1.2時，隨著α的減少，燃料燃燒所需空氣量不足，造成了q3的增加。同時也就說明了當煙氣成分分析儀O2含量小于3時，CO的含量容易超標的原因[4]。

圖3 排煙熱損失與過?？諝庀禂店P系曲線

圖4 氣體不完全燃燒熱損失與過剩空氣系數關系曲線

2）過?？諝庀禂祵訜釥t爐管腐蝕及煙道腐蝕的影響主要分為兩種情況：一是金屬氧化腐蝕和硫化物露點腐蝕。當煙氣中氧含量過高時，煙氣側高溫爐管表面以及煙道表面形成一層脆性的金屬氧化物薄膜。受熱時由于這層金屬氧化物和本體的熱膨脹系數不同，容易導致薄膜脫落。氧化薄膜層脫落后，本體金屬裸露，繼續(xù)被氧化、脫落，最終導致爐管及煙道減薄甚至穿漏。二是天然氣完全燃燒時生成的煙氣中有CO2、SO2、氮氧化物及水蒸氣等，其中的SO2與O2反應生成SO3，SO3和煙氣中的水蒸氣進一步結合生成硫酸以及亞硫酸蒸汽，硫酸及亞硫酸蒸汽遇到低溫時就會冷凝成液體，即所謂結露現(xiàn)象，這時的溫度稱為“露點”溫度。凝結在爐管表面的液態(tài)硫酸及亞硫酸不僅使爐管金屬表面遭受嚴重的腐蝕，而且還會黏附煙灰，使煙氣流通通道面積減少，加大煙氣流動阻力；同時也使得爐管外的結垢熱阻增大，煙氣和被加熱介質的換熱受到影響，加熱爐效率下降。煙氣露點的高低與天然氣的含硫量、過?？諝庀禂怠煔庵兴魵夂康纫驍涤嘘P[5]。在其它條件一定時，過?？諝庀禂翟酱螅礋煔庵泻趿吭酱?，生成的SO3就越多，相應煙氣露點就越高，對爐管金屬腐蝕的影響就越大（圖5）。

圖5 加熱爐不同過?？諝庀禂迪聼嵝?/p>

根據圖5分析，當加熱爐負荷、排煙溫度一定時，加熱爐的效率隨著空氣系數的增加而降低。

3 結論

1）合理調整加熱爐的負荷，負荷越高，加熱爐效率越高，夏季時根據現(xiàn)場需要合理啟停加熱爐數量，提高加熱爐效率。

2）合理控制排煙溫度，進而提高加熱爐效率。

3）合理控制加熱爐的空氣進入量，降低空氣系數，進而提高加熱爐效率。