油田用加热炉节能评价指标限值研究

2015-10-31张洪江白晓彤李明峰吴丽娜

石油石化节能 2015年12期

关键词：测试数据热效率加热炉

王　东　张洪江　白晓彤　李明峰　吴丽娜

（1.中国石油天然气集团公司东北油田节能监测中心；2.东北石油大学；3.长城钻探顶驱技术分公司）

油田用加热炉节能评价指标限值研究

王东1张洪江1白晓彤2李明峰3吴丽娜2

（1.中国石油天然气集团公司东北油田节能监测中心；2.东北石油大学；3.长城钻探顶驱技术分公司）

由于油田开发生产具有季节性，且油田产量逐年变化，导致加热炉的负荷率变化波动很大，多数加热炉处于低负荷运行，加热炉的热效率随着负荷率的降低而降低；所以，有必要考虑负荷率因素影响进行加热炉的评价监测。通过分析数据回归得到标准效率-负荷率曲线，将各类型加热炉的测试数据换算至最佳负荷率下，再按覆盖率统计原则确定加热炉热效率的指标限值，其他加热炉评价指标限值分别考虑类型统计确定。在实际的油田加热炉监测中，要将各项指标数据换算到“标准”状态下再进行评价考核，将不具有可比性的监测结果以相同基准进行对比分析和评价，以真实反映出加热炉的能效水平。

加热炉负荷率热效率评价指标限值

引言

目前，加热炉评价指标分别为加热炉的热效率、炉体表面温度、排烟温度、过量空气系数等［1］。各指标限值的确定方法为：按额定功率值进行分段，不考虑负荷率，引入覆盖率的概念来确定每个功率段的加热炉的评价指标限定值；覆盖率就是达到指标限值的产品的台数占在运行产品台数的比例。一般情况下，选择加热炉合格值宜覆盖被统计加热炉产品数的70%，加热炉优良值宜覆盖被统计加热炉产品数的30%［2］；对于个别区间由于统计值分布的不均匀性而不能满足上述原则时，允许有一定偏差。

现有的评价加热炉的方法存在2点不足：仅按功率段分类，没有考虑加热炉的类型；没有考虑加热炉的负荷率对热效率的影响。

1　加热炉负荷率对热效率的影响

选取不同类型的加热炉，按照类型分类后再按照SY/T 6275—2007《油田生产系统节能监测规范》细分功率范围，并保证其排烟温度和空气系数分别近似，排除排烟温度和空气系数对加热炉热效率的影响，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 MW＜D≤2.50 MW）范围内的且排烟温度和空气系数相近的管式加热炉，统计不同负荷率时的热效率，如表1所示。作出加热炉热效率-负荷率曲线，如图1所示。

表1　管式加热炉负荷率和热效率的关系

图1　管式加热炉热效率-负荷率曲线

从图1可以看出，管式加热炉在空气系数和排烟温度相近时随着负荷率的增加，热效率呈上升趋势。

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（0.63MW＜D≤2.00MW和2.00MW＜D≤3.15 MW）范围内的且排烟温度和空气系数相近的真空相变加热炉，统计不同负荷率时的热效率，如表2、表3所示。

表2　真空相变加热炉负荷率和热效率关系（0.63 MW＜D≤2.00 MW）

表3　真空相变加热炉负荷率和热效率的关系（2.00 MW＜D≤3.15 MW）

作出真空相变加热炉热效率-负荷率的曲线，如图2所示。其中：系列1为0.63 MW＜D≤2.00 MW；系列2为2.00 MW＜D≤3.15 MW。

图2　真空相变加热炉热效率-负荷率曲线

由图2可知，真空相变加热炉在排烟温度和空气系数相近时，在一定范围内，随着负荷率的增加，热效率呈上升趋势。

3）水套炉负荷率和热效率的关系。选取加热炉容量（D≤0.40 MW、0.63 MW＜D≤1.25 MW、1.25 MW＜D≤2.00 MW）范围内的且排烟温度和空气系数相近的水套炉，统计不同负荷率时的热效率，如表4、表5、表6所示。

表4　水套炉负荷率和热效率的关系（D≤0.40 MW）

表5　水套炉负荷率和热效率的关系（0.63 MW＜D≤1.25 MW）

表6　水套炉负荷率和热效率的关系（1.25 MW＜D≤2.00 MW）

作出水套炉热效率-负荷率的曲线，如图3所示。其中：系列1为D≤0.40 MW；系列2为0.63 MW＜D≤1.25 MW；系列3为1.25 MW＜D≤2.00 MW。

由图3可知，水套炉在排烟温度和空气系数相近时，随着负荷率的增加，热效率增加。

综上所述，在一定范围内，热效率随着负荷率的降低而降低。所以，在低负荷率时，即使采取提高管理水平，按照要求正常操作，热效率仍会低于合格指标；但是若根据生产需要，提高此台加热炉的负荷率，热效率随着负荷率的升高而升高，结果可能会达到合格指标，那么说明这台加热炉并不需要整改；因此，需要考虑负荷率对加热炉的影响，进行加热炉的评价。

图3　水套炉热效率-负荷率曲线

2　考虑负荷率的加热炉评价方法

2.1加热炉热效率指标限值的确定方法

选定某一类型、某一功率范围的工作状态完好的1台或几台加热炉，被加热介质物理性质确定，即加热同1种介质。在某一排烟温度ti、空气系数αi、温差ΔTi一定的条件下，调节加热炉的工况，逐步提高负荷率，测出热效率值，画出加热炉效率随负荷率的变化曲线。测试多台加热炉，用数学方法回归确定变化规律，该曲线称为此种类型、此功率（范围）加热炉的“标准”效率-负荷率曲线（图4）；热效率最高点的负荷率R0，称为第i类加热炉的最优负荷率。

图4　加热炉“标准”效率-负荷率的关系

如果不能进行改变工况测试同1台加热炉，可按照排烟温度、空气系数、温差、使用年限相同的条件，从大量的测试数据中找出该类型、该功率段的加热炉，分析热效率与负荷率的关系，所得关系也可认定为标准效率-负荷曲线。

把所有被测加热炉的测试数据换算到标准曲线的最佳负荷率的条件（ti，αi，ΔTi，R0）下，按所测加热炉台数70%合格、30%为优良的统计原则确定加热炉效率的合格值和优良值。

2.2加热炉实测数据换算

收集多台加热炉的测试数据，筛选出第i类加热炉的所有测试数据，设此数据文件为A。对于任1台（设为第n台加热炉）被测加热炉的排烟温度为tn，过剩空气系数为αn，外表面环境温差为ΔTn，负荷率为Rn，热效率为ηn。按照下面的步骤这条测试数据换算到“标准”状态（ti，αi，ΔTi，R0）。

2.2.1换算排烟温度

在A中查找出空气系数αn、温差ΔTn、负荷率Rn，利用排烟温度不同的测试数据（如果找不到各个条件值完全相同的点，根据相关数学方法，找出与这些参数最为接近的测试数据，或经过适当的数学方法处理数据，以下同），画出热效率与排烟温度的线性关系曲线，即得到在其他条件不变的条件下，排烟温度每升高或降低1℃，热效率的降低或升高值；根据tn与ti的差值，将测试数据中的效率换算到ti，αn，ΔTn，Rn条件下，即换算后的热效率是ηt=η（ti，αn，ΔTn，Rn）。

2.2.2换算空气系数

在A中查找出排烟温度ti、温差ΔTn、负荷率Rn，只有空气系数不同于αn的测试数据，可以用ηt和查找到的测试数据得出热效率与空气系数的关系曲线，即得到在其他条件不变的条件下，过剩空气系数每升高或降低1个单位，热效率的降低或升高值；根据αn与αi的差值，将ηt换算到ti，αi，ΔTn，Rn条件下，换算后的热效率是ηtα= η（ti，αi，ΔTn，Rn），如图5所示。

2.2.3换算温差

在A中查找出排烟温度ti、空气系数αi、负荷率Rn，只有温差不同于ΔTn的测试数据，可以用ηtα和找到的测试数据得出热效率与温差的关系曲线，即得到在其他条件不变的条件下，温差每升高或降低1个单位，热效率的降低或升高值；根据ΔTn与ΔTi的差值，将测试数据中的效率换算到ti，αi，ΔTi，Rn条件下，换算后的热效率是ηtΔαT=η（ti，αi，ΔTi，Rn），如图6所示。