油气田加热炉提高热效率对策分析

马建国 蒲明（.中国石油勘探与生产分公司；.中国石油规划总院）

上游业务能耗占中国石油能耗总量的31%，是中国石油节能降耗的重点环节。因此，客观认识上游业务的生产特点、科学评价油气生产的操作难点，努力突破自身束缚，是实现节能降耗的重要基础。加热炉能耗占上游业务总能耗的23%，是油气田企业重要耗能设备之一。如何有效提高加热炉热效率，降低燃料消耗、提高能源利用率显得尤为重要。

1 油气田加热炉概况

油气田加热炉主要用于油气田的井场、中转站和联合站，用火焰加热含水原油、天然气、水等混合介质，以满足降黏输送和油水分离等工艺技术的要求。

目前，油气田加热炉燃料类型主要以燃气为主，兼有油气混烧（燃煤炉较少）。常见加热炉结构型式有：管式加热炉、水套炉、火筒式直接加热炉、相变加热炉、有机热载体式加热炉（热媒炉）、超导式加热炉等6种。燃料在加热炉辐射室（炉膛）中燃烧，产生高温烟气（600～750℃）并作为热载体流向对流室，从烟囱排出。被加热的介质在炉管内以对流方式从高温烟气中获得热量。

通过大量监测数据分析表明，热负荷、排烟温度和空气系数对热效率的影响最为明显，炉体表面温度对加热炉热效率影响最小。

1）合理匹配加热炉负荷率尤为重要。当加热炉负荷过高时，较高的排烟温度增加了排烟热损失；负荷过低时，过低排烟温度易造成炉体腐蚀，进而增加相对散热损失。

2）排烟温度和空气系数越高的加热炉，热效率越低；而排烟温度和空气系数较低的加热炉，热效率较高。

3）表面温度超标严重的加热炉，经由炉体发生的散热损失会增加（负荷在低于30%时会有明显影响）。

截至2011年，油气田在用加热炉超过2.2×104台。加热炉具有分布零散边远、超期服役明显、总体功率偏小等特点：60%分布在边远的野外井场、在役10年以上的占36%、功率低于1.25MW的占86%。

2 油气田加热炉当前水平

“十一五”以来，我们通过老油田改造、隐患治理、节能专项等资金渠道，对加热炉进行了一定程度的更新改造和调整优化，使得加热炉整体利用水平有了一定提高。截至2011年，上游业务加热炉的新度系数为0.45。

2011年，经中国石油股份公司油田节能监测中心抽测，上游业务加热炉平均热效率为80%（最高为92.8%），平均热效率较“十一五”末提高了9.8个百分点，见表1。

表1 油气田加热炉2005年与2011年监测指标对比表

3 影响热效率的因素

由于油气田加热炉以确保地层油气混合流体从井口输送到联合站进行油气分离为中心任务，油气生产特点从客观上就制约了加热炉热效率的提高。

3.1 油气生产特性

1）高含水油气混合物对金属炉管的腐蚀性使得高效直接炉选择受限，井口加热炉一般采用间接加热的管式炉（很少采用高效直接炉）。

2）低品位油藏开发成为主力后的多井低产局面将井口加热炉选择只能局限于低容量的加热炉选型范围内。

3）油气处理规模在前期设计阶段必须兼顾后期产能上升和接替等因素，由此造成中转站、联合站等站场加热炉容量选择偏大，油田后期产量递减和采用大站预脱水等措施更加剧了加热炉低负荷运行的普遍性。

3.2 生产维护特点

1）受限于低成本的运行和投资规模控制，仅使用15年以上的超期服役加热炉占总数的17.2%。油气田加热炉更新力度远远达不到老旧超期的速度。

2）油气田众多加热炉分布在地处边远的荒郊野外（超过1.3×104台位于野外井场）。使得维护管理不能及时有效。

3）由于众多低容量井口炉本体价值低，同时出于恶劣气候和防盗等原因使得烟气监测分析等自动化仪器不值得配套应用。

4 主要对策建议

加热炉热效率提高涉及到设计制造、标准选型、运行维护、更新改造等诸多环节。

1）创新设计制造。

在加热炉设计制造方面应着手：

◇研究低容量高效加热炉的创新技术和制造工艺。

◇积极探索适用非标产品设计与制造，增加可选高效加热炉规格。

2）优化匹配选型。

在设计阶段应该从以下几个方面提高加热炉的热效率：

◇简化优化集输流程，优先选用多井串接工艺、减少分散加热点。

◇对高含水稀油区块尽量采用不加热输送工艺、结合关停并转减，控制加热炉数量。

◇通过优化设计规范，合理设置加热炉设计余量系数，严控过大的设计富余。

◇准确核实站场热负荷，科学匹配加热炉能力和需求之间的关系。

◇增加井口加热炉设计中的可选规格，使得加热炉能力与需求尽量匹配。

◇充分考虑油气田开发不同阶段的需求，适当降低单台容量、合理设置数量，提高运行过程中加热炉运行的灵活度。

◇在设备选型中，综合权衡设备投资与节能降耗的关系，推荐选用高效加热炉。

3）规范设备管理。

在设备管理方面应从以下几个方面开展工作：

◇完善加热炉管理制度。以加热炉平稳高效运行为中心，合理规范加热炉管理制度，推动分级分类管理、细化加热炉操作规程。

◇淘汰低效高耗加热炉。尽快建立低效高耗设备更新淘汰制度、努力提高设备新度系数，确保加热炉具有合理的机械性能。

◇提高操作人员能力水平。加强加热炉操作人员的技能培训，确保加热炉安全高效运行。

4）推广节能技术。

在技术改造方面应继续坚持常规监测分析，科学评价加热炉提效技术，进一步推广应用先进适用的节能改造技术。目前常用的加热炉提效技术有：

◇采用真空相变加热炉。此类加热炉热效率能够达到90%左右。

◇采用烟火管可抽式加热炉。比普通火筒炉热效率高5%左右。

◇应用高效燃烧器。自动控制系统与燃料空气比例联锁调节控制，可提高燃烧效率10%。

◇应用引射式辐射管。使用辐射管后，排烟温度平均下降20～30℃，热效率提高5%以上。

◇应用远红外涂层。喷涂后，热效率可提高3%以上。

◇应用高效除防垢装置。单台节气率5%以上。

5 加热炉提效潜力预测

以研制高效炉型和集成先进技术为基础，通过合理的产能预测、精准的功率匹配、细致的维护管理和及时的淘汰更新，我们能够有效提高油气田加热炉的整体热效率水平。

按照设备提效经验推算，目前油气田在用加热炉平均热效率为80%，按照不同热效率下提效所产生的节能效果分别测算：若加热炉热效率整体提高1个百分点，将实现节能量约11.9×104t标准煤，相当于节约原油8.4×104t。