提高转油站加热炉运行效率技术研究

2016-02-05张宏英大庆油田有限责任公司第六采油厂

石油石化节能 2016年8期

张宏英（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

提高转油站加热炉运行效率技术研究

张宏英（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

加热炉提效是油田公司节能重点工作，为提高加热炉运行效率，喇嘛甸油田开展加热炉提效技术研究，通过研究相关规范及资料，确定加热炉各项参数的合理界限。通过开展加热炉效率测试工作，录取相关数据，研究加热炉空气系数、排烟温度、负荷率与效率之间的关系，定量分析负荷率、排烟温度、过剩空气系数对效率的影响程度，用于指导加热炉技术管理工作。针对加热炉的运行特点，确定了以源头匹配供给，过程提高换热效能，末端控制排烟热损失的技术思路，实施相应提效措施，加热炉效率达到85.76%，平均效率提高3.38个百分点。

加热炉；空气系数；负荷率；排烟温度；热效率

喇嘛甸油田建有加热炉303台，总设计能力412 MW。目前，采油六厂加热炉以二合一、高效炉为主，另有少量水套炉、真空炉，单台加热炉功率一般在0.35～3.6 MW之间；夏季运行加热炉（含掺水、热洗、脱水、采暖）121台，冬季运行加热炉（含掺水、热洗、脱水、采暖）221台。油田公司要求各单位进一步提高天然气开发利用效益，将天然气产量变成销售量、销售量变成效益，各生产单位要合理利用天然气资源，通过开展加热炉提高效率技术研究，降低喇嘛甸油田天然气消耗量。

1 研究加热炉运行参数合理界限

通过开展加热炉运行参数合理界限研究,从理论角度确定运行参数合理界限,为加热炉优化运行提供技术支撑。

1.1空气系数合理界限

空气系数是实际供给燃料燃烧的空气量与理论空气量的比值。过剩空气系数过大，属于富氧状态燃烧，增大排烟量，排烟损失增加，热效率降低；空气系数过小，属于缺氧状态燃烧，增加不完全燃烧损失，燃烧不稳定，容易出现熄火现象。在合理控制燃烧的条件下，燃气时空气系数应为1.2[1]，其限定值是1.6～2.0[2]，因此空气系数合理界限为1.2～2.0。

1.2排烟温度合理界限

排烟温度是加热炉换热后排出的烟气温度。排烟温度过高，排烟热损失大，效率降低。燃料含硫量为0.05%～1%时，烟囱不保温时排烟温度限定值为150～205℃[3]。根据喇嘛甸油田天然气含硫量确定烟气露点为135℃，低于此温度会导致烟囱根部腐蚀，所以预留10℃裕量，排烟温度不能低于145℃。排烟温度限定值是180～220℃[3]，因此排烟温度合理界限为145～220℃。

1.3负荷率合理界限

负荷率是加热炉的输入端参数。当燃气量增加时，介质吸收的热量多，出口温度上升，负荷率提高；当燃气量减少时，介质吸收的热量减少，出口温度下降，负荷率降低。低负荷运行时，炉膛温度低，会造成不完全燃烧，加热炉效率会下降。加热炉运行负荷达75%～100%时其效率比较高[4]，因此负荷率合理界限为75%～100%。

2 加热炉运行参数与效率关系研究

通过调节加热炉运行参数，录取加热炉运行数据，研究分析过剩空气系数、排烟温度、负荷率与效率之间的关系，定量给出负荷率、排烟温度、空气系数对效率的影响程度。

2.1空气系数、排烟温度与加热炉效率关系

调节喇4703#加热炉空气系数，录取加热炉运行数据。从测试数据可以看出，当调节加热炉过剩空气系数时，排烟温度也发生变化；随着过剩空气系数增大，排烟温度随着升高，加热炉效率呈现下降趋势。过剩空气系数、排烟温度与加热炉效率呈现线性关系。测试数据见表1。

表1 喇4703#加热炉测试数据

过剩空气系数、排烟温度与效率关系见图1、图2。

图1 喇4703#加热炉过剩空气系数与效率关系

图2 喇4703#加热炉排烟温度与效率关系

应用线性回归方法对喇4703#加热炉测试的5组过剩空气系数、排烟温度与效率的数据进行线性回归，得到过剩空气系数、排烟温度与效率的关系式，即

式中：η——效率，%；

α——空气系数；

T——排烟温度，℃。

因此，喇4703#加热炉过剩空气系数变化0.16，效率变化1个百分点；排烟温度变化15.7℃，效率变化1个百分点。

2.2负荷率与加热炉效率关系

加热炉低负荷运行时，炉膛温度低，燃烧反应速度减小，炉管换热能力低于设计值，加热炉散热损失增加，运行效率下降。喇5111#加热炉负荷率变化时，测试加热炉不同负荷的运行效率。加热炉测试数据见表2，负荷率与效率关系见图3。

表2 喇5111#加热炉测试数据

图3 喇5111#加热炉负荷率与效率关系曲线

线性回归后，得到负荷率与效率关系式，即

式中：η——效率，%；

x——负荷率，%。

因此，5111#加热炉负荷率变化6.06个百分点，效率变化1个百分点。

3 提效措施及效果

负荷率及过剩空气系数是加热炉输入端参数，炉管换热系数决定加热炉获取的热量值，排烟温度属于加热炉的输出端参数。加热炉提效工作按照源头匹配供给，过程提高换热效能，末端控制排烟热损失的技术思路，实施了以下节能措施。加热炉能量利用示意图见图4。

图4 加热炉能量利用示意图

3.1提高加热炉热负荷

目前喇嘛甸油田掺水加热炉出口温度在40～55℃之间，最低负荷率仅为34%，散热损失达到8.52%，合理散热损失为2.9%～3.62%。喇140转油站现有4台掺水加热炉，停运其中1台掺水炉，只运行3台掺水加热炉，加热炉热负荷率由39%增加到48%，加热炉年节气9.37 m3。

3.2调节过剩空气系数

2015年，对47台加热炉合风开度作了调节，对燃烧器空气系数进行优化，降低加热炉过剩空气系数，减少排烟热损失，47台加热炉平均炉效提高2.6个百分点，年节气71.3 m3。

3.3控制排烟温度

加热炉涂刷节能涂料，提高炉管辐射吸收率，降低排烟温度。加热炉受热面上涂刷远红外线节能涂料，增强了受热面的辐射吸收率，并且红外线波被涂层反复多次吸收转化为内能传递，增强了受热面吸收辐射热量的能力。喇6411#等40台加热炉涂刷节能涂料，炉效提高4.5个百分点，年节气113.6 m3。

烟道挡板需要根据负荷进行及时调节。烟道挡板的作用是通过控制加热炉的负压，调整加热炉的进入空气量，调节燃烧器的火焰燃烧情况。中石油集输工（技能鉴定）教程规定：加热炉运行时，通过调节合风、挡板开度，使火焰呈明亮的蓝色为目标。通过调节喇1301#等6台加热炉烟道挡板，加热炉平均效率提高2.3个百分点，年节气8.26 m3。