加热炉负荷率与能耗关系研究

2015-02-16白晓彤李明峰吴丽娜刘昊明

当代化工 2015年8期

关键词：水套管式消耗量

白晓彤，李明峰，吴丽娜，刘昊明

（1. 东北石油大学, 黑龙江大庆163318； 2. 长城钻探顶驱技术分公司, 辽宁盘锦124010; 3. 上海海洋大学，上海201306）

加热炉负荷率与能耗关系研究

白晓彤1，李明峰2，吴丽娜1，刘昊明3

（1. 东北石油大学, 黑龙江大庆163318； 2. 长城钻探顶驱技术分公司, 辽宁盘锦124010; 3. 上海海洋大学，上海201306）

加热炉作为油田生产的主要耗能设备，主要用于对原油、天然气等介质进行加热，以满足油气集输与处理工艺要求。由于季节性和油田产量变化的影响，油田多数加热炉的运行负荷偏离设计负荷，处于低负荷运行，研究负荷率与能耗的关系对加热炉的节能降耗管理具有很大意义。通过数据分析得到负荷率和热效率、能耗的关系，并推导不同负荷率下，热效率提高相同幅度时，能耗节约量与负荷率的关系。得出更应加强加热炉在高负荷下的节能技术管理。

加热炉；负荷率；热效率；能耗

1 现场加热炉负荷情况分析

根据各大节能监测机构提供的监测数据，共测试394台加热炉，其加热炉负荷率汇总如表1所示，形成柱状图如图1所示。

表1 加热炉负荷率汇总Table 1 Summary of load rate of heating furnace

可以看出，负荷率低于60%的加热炉台数比例为 80.8%，但加热炉设计最优负荷率一般在70%～90%之间，所监测加热炉负荷率在此范围的仅占9.14%，说明大多数加热炉负荷率大大偏离设计负荷率，影响了加热炉的热效率。那么负荷率是怎样影响加热炉热效率的呢？

图1 加热炉负荷率分布图Fig.1 Distribution map of load rate of heating furnace

2 加热炉负荷率与热效率关系

选取管式、真空、水套加热炉，为了排除排烟温度和空气系数对加热炉热效率的影响，要保证每组排烟温度和空气系数分别近似。分析加热炉负荷率对热效率的影响。

（1）管式加热炉负荷率和热效率的关系

选取加热炉容量（0.63＜D≤2.50）MW范围内的管式加热炉，统计不同负荷率时的热效率。如表2所示。做出热效率—负荷率曲线，如图2所示。

表2 管式加热炉负荷率和热效率的关系Table 2 The relationship between load rate of tubular furnace and efficiency

图2 管式加热炉热效率—负荷率曲线Fig.2 Thermal efficiency-load rate curve of tubular furnace

从图2中可以看出，管式加热炉随着负荷率的增加，热效率增加。

（2）真空相变加热炉负荷率和热效率的关系选取加热炉容量（2.00＜D≤3.15）MW范围内的真空相变加热炉，统计不同负荷率时的热效率。如表3所示。做出热效率—负荷率的曲线，如图3所示。

表3 真空相变加热炉负荷率和热效率的关系Table 3 The relationship between load rate of transformation furnace and efficiency

图3 真空相变加热炉热效率-负荷率曲线Fig.3 Thermal efficiency-load rate curve of transformation furnace

由图3可以看出，真空相变加热炉在一定范围内，随着负荷率的增加，热效率呈上升趋势。

本文从矿区地质特征入手，系统分析矿床的地质特征，矿床成因及物质来源，总结出该区的成矿规律，为深、边部找矿提供思路。

（3）水套炉负荷率和热效率的关系

选取加热炉容量（0.63＜D≤1.25）MW范围内的水套炉，统计不同负荷率时的热效率。如表4所示。做出热效率—负荷率的曲线，如图4所示。

表4 水套炉负荷率和热效率的关系Table 4 The relationship between load rate of water jacket furnace and efficiency

图4 水套炉热效率-负荷率曲线Fig.4 Thermal efficiency-load rate curve of water jacket furnace

由图4可以看出，水套炉在一定范围内，随着负荷率的增加，热效率增加。

由以上结果可以看出，在一定范围内，加热炉热效率随着负荷率的增加而增加。那么，为了追求高效率而提高负荷率是正确的么？负荷率与能耗的关系是怎样的呢？

3 加热炉负荷率与能耗的关系

对大庆油田 2014年加热炉变负荷多工况测算数据进行统计，统计结果如下：

（1）统计容量为2.33 MW加热炉的负荷率和燃料消耗量，如表5。

表5 加热炉不同类型不同负荷率下的天然气消耗量Table 5 Gas consumption under different type and load rate

从表5中可以看出，一是各类型的加热炉在相同负荷率下，燃料消耗量基本相同。也就是说，燃料消耗量与加热炉的类型无关；二是负荷率越大，燃料消耗量越大。

（2）统计负荷率约为 40%加热炉的功率和燃料消耗量，如表6。

表6 加热炉不同功率相同负荷率下的天然气消耗量Table 6 Gas consumption under different power and same load rate

从表6中可以明显看出，加热炉在相同负荷率下，随着功率的增加，燃料消耗量增大。

（3）负荷率和能耗关系的推导

下面来推导一下负荷率与能耗的关系：

设负荷率R1＜R2，其中，

在低负荷率R1下，将加热炉的效率由η1升至η2。

同样，在高负荷率R2下，将加热炉的效率由η1升至η2。

所以，在同一低负荷率R1下，

所以，在同一高负荷率R2下，

Study on the Relationship Between Load Rate of Heating Furnace and Energy Consumption

BAI Xiao-tong1，LI Ming-fengi2，WU Li-na1，LIU Hao-ming3
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. CNPC Greatwall Drilling Company, Liaoning Panjin 124010，China；3. Shanghai Ocean University, Shanghai 201306，China）

As main energy consumption facility of the oil field, the heating furnace is mainly used to heat medium such as crude oil and gas in order to satisfy the need of oil-gas storage and transportation and treatment process. Due to the influence of seasonality and output fluctuation, the operation load of most heating furnaces deviates from the design load. It is great significance to study the relationship between load rate of heating furnace and energy consumption for energy conservation management. In this paper, through analyzing data, the relationship between load rate of heating furnace and heat efficiency, energy consumption was got. And the relationship between energy consumption saving and load rate under different load rate and the same variable quantity of thermal efficiency was derived. It’s pointed out that we should spend more time to enhance the saving management of heating furnace under the high-load rate.

Heating furnace; Load rate; Thermal efficiency; Energy consumption