加热炉分级测试与经济运行研究综述

2016-03-17王东张洪江马强中国石油天然气集团公司东北油田节能监测中心中国石油辽河油田分公司质量节能管理部

石油石化节能 2016年2期

王东张洪江　马强（.中国石油天然气集团公司东北油田节能监测中心；.中国石油辽河油田分公司质量节能管理部）

加热炉分级测试与经济运行研究综述

王东1张洪江马强2
（1.中国石油天然气集团公司东北油田节能监测中心；2.中国石油辽河油田分公司质量节能管理部）

摘要：针对加热炉、注汽锅炉分级测试与评价方法及相关标准部分缺失等问题，开展了加热炉、注汽锅炉测试评价方法研究，编制加热炉、注汽锅炉经济运行操作规程；同时，给出加热炉经济运行的评判指标及考核方法，对提高加热炉运行效率，降低能源消耗以及实现加热炉经济运行具有指导意义。

关键词：加热炉；分级测试；评价方法；经济运行

目前，国内常用加热炉主要包括水套加热炉、相变加热炉、火筒加热炉和管式加热炉4种类型。其中，按功用可分为井口加热炉、外输加热炉、掺油（水）加热炉、热洗加热炉、采暖加热炉、脱水加热炉、天然气加热炉等；按燃料可分为燃气加热炉、燃油加热炉、燃煤加热炉。据统计，目前油气田共有加热炉超过2万台，其中以大庆、长庆、辽河和新疆4家油田居多。随着油田开发进入中后期及难动用储量规模的扩大，能耗水平逐年上升，节能减排任务艰巨，这给节能监测工作提出了新的要求。

1　加热炉测试

目前，现有的加热炉测试方法在实际应用中存在诸多不足：根据测试目的、测试性质的不同，其测试方法要求也是不同，但现行测试标准没有明确不同目的、性质测试所对应的具体方法，缺失对现场测试工作的指导；其次，目前部分测试仪器、方法不能满足所有级别测试要求，现场测试过程中，受现场条件和测试仪器及方法等因素的制约，不同仪器和方法的测试精度有差别。因此，有必要根据现场操作难易程度、测量精度和测试成本等诸多因素综合考虑，对测试方法进行补充完善，合理划分测试的类别，并给出相应的测试仪器及方法。

此外，由于现场应用的加热炉型号繁多，且没有统一的分级标准可供参考，在保证科学性和先进性的前提下确定相应的分级测试方法，需要大量的现场测试及统计分析工作，难度较大。因此，同样需要开展加热炉分级测试方法的研究，找到符合油田现场实际设备情况的分级测试方法，并进行相应设备效率的计算方法研究。在合理的测试分级基础上，满足实际测试复杂度及准确度的要求，尽量减少不必要的工作量，实现加热炉测试工作的高效率、低成本。

2　加热炉经济运行

随着油田开发进入中后期及难动用储量规模的扩大，能耗水平逐年上升，节能减排任务艰巨，这给节能监测工作提出了新的要求。国内现行的评价加热炉运行状况的指标限值的界定方法不够合理，其主要原因是在设备的实际监测过程中，没有考虑到装置负荷率对设备运行状况的影响。一方面，同种型号的加热炉在不同负荷率的情况下，其所能达到的最大热效率是不同的；另一方面，随着运行负荷、气候及燃烧情况的变化，加热炉等设备运行工况会随之发生变化，导致设备偏离高效运行区。但现行标准中没有考虑负荷率因素的影响，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，致使评价结果对现场的生产无法起到指导作用。此外，在现场管理过程中，由于缺乏相应的运行操作规程，会出现工况调节不及时而影响设备运行效率等问题。

目前，尚未检索到国内外有关加热炉经济运行的标准和规范，虽然有相应的锅炉经济运行规范可供参考，但仍需要对加热炉和锅炉的差异进行分析。此外，目前油田中在用加热炉型号繁多，不同种类型号加热炉的经济运行区间界定受诸多因素的影响，要制定出能协调一致的经济运行标准较为困难；因此，急需开展加热炉经济运行的相关研究工作。在已有可参考的经济运行标准的基础上，明确加热炉经济运行所对应的技术要求以及操作管理规程，研究可以表征加热炉运行状况的技术指标及其经济运行区间的界定，同时给出加热炉经济运行的评判指标及考核方法。

通过对加热炉经济运行的技术要求、管理规程及评价考核方法的统一规范，指导现场操作人员合理地调节设备运行工况，提高加热炉运行效率，降低能源消耗，为实现加热炉经济运行打下良好基础，促进了加热炉经济运行评价考核的规范化开展。

3　国内外技术水平

3.1分级测试

目前，石油行业对于加热炉的测试主要包括正平衡法和反平衡法2种，具体的测试方法主要依据现行标准SY/T 6381—2008《加热炉热工测定》，同时参照GB/T 31453—2015《油田生产系统节能监测规范》等标准的有关内容[1-5]。

对于加热炉的分级测试而言，SY/T 6381—2008《加热炉热工测定》是针对油气田或长输管道所使用的固体、液体、气体为原料的加热炉的热工测试及计算方法。该标准中引用了GB/T 6422—1986《企业能耗计量与测试导则》，并在5.1中指出分级方法应符合标准规定[6]，而GB/T 6422—2009《企业能耗计量与测试导则》于2009年修订后取消了关于测试分级的条目，致使加热炉的热工测试的分级方法无依据可循。

经查询，TSG G0003—2010《工业锅炉能效测试与评价规则》中对工业锅炉能效分级测试评价给出了建设性的意见和方法。虽然该标准主要适用于工业锅炉，但对于加热炉的测试分级也具有一定的参考价值。

目前，国外关于热力设备（锅炉等）的测试方法及试验规范等主要有以下4项标准：英国BS 845—1987《蒸汽、热水和高温热载流体锅炉的热工性能评定》；德国DIN 1943—1996《蒸汽锅炉验收试验规范》；日本JIS B 8222—1993《陆用锅炉热工测试方法》；美国ANSI/ASHRAE 103—1993《集中式采暖炉和锅炉季节热效率的测试方法》。

3.2经济运行

目前，尚未检索到国外有关加热炉经济运行方面的资料。国内对于加热炉的经济运行及管理的相关标准及规范[7-12]如下所述。

3.2.1经济运行规范

目前国内已发布实施了GB/T 17954—2008《工业锅炉经济运行》，该经济运行规范中明确了经济运行的概念，规定了压力小于3.8 MPa的蒸汽锅炉经济运行的基本要求、管理原则和技术指标。此外，发布实施的还有GB/T 18292—2009《生活锅炉经济运行》及GB/T 19065—2011《电加热锅炉系统经济运行》2项标准。该3项标准虽然不是针对加热炉提出的，但锅炉与加热炉具有一定的相似性，可以此为基础和参考，开展加热炉经济运行规范的研究工作。

3.2.2操作管理规程

目前国内有关加热炉的操作管理规程主要有SY/T 0031—2012《石油工业用加热炉安全规程》、SY/T 6086—2012《热力采油蒸汽发生器运行技术规程》、TSG G0002—2010《锅炉节能技术监督管理规程》及Q/SY LH 0161—2006《火筒加热炉操作规程》等。其中，SY/T 6086—2012中给出了注汽锅炉（湿蒸汽发生器）正常运行的主要参数区间范围；TSG G0002—2010在结合锅炉的安全性与经济性的同时，从设计、制造和安装及使用管理、能效测试及监督管理等方面提出了具体要求。这些标准主要涉及了设备的启停操作、事故处理、保养维护以及运行安全检查等内容，还有待于针对设备运行过程参数提出相应的要求，以实现动态调整设备运行参数，定期保养，按质维护，确保加热炉的经济运行。

国内有关热力设备（锅炉等）经济运行的相关标准和规范主要有3项：GB/T 17954—2008《工业锅炉经济运行》，GB/T 18292—2009《生活锅炉经济运行》，GB/T 19065—2011《电加热锅炉系统经济运行》；国内有关热力设备（加热炉等）的管理规程主要有4项：SY/T 0031—2012《石油工业用加热炉安全规程》，SY/T 6086—2012《热力采油蒸汽发生器运行技术规程》，TSG G0002—2010《锅炉节能技术监督管理规程》，Q/SYLH 0161—2006《火筒加热炉操作规程》。

4　主要研究内容

4.1测试分级标准

根据加热炉的测试目的，并结合炉型、运行工况、能耗水平等现场录取的数据，采用聚类、判别分析方法进行分类、分级，确定出合理可行的设备测试级别划分方法：一级测试、二级测试、三级测试。其中，加热炉产品的鉴定测试宜采用一级测试；新安装或经大修、改造后，应用节能产品加热炉的验收或对比测试宜采用二级测试；加热炉的普查和定期检测可采用三级测试。

4.2测试项目及测试方法

根据不同的测试等级及测试对象的要求，列项表示相应的测试项目，如燃料元素分析、气体燃料的组成成分、燃料消耗量、被加热介质的流量、加热炉进/出口介质温度、压力，排烟温度、散热损失、炉体外表面温度，环境温度等参数。根据国内现有的测试及计算方法，通过开展有针对性的测试，并对数据采用对比、统计、试验、回归分析等方法，查找不足，对测试及计算方法进行修订和完善；通过对测试的项目、基本要求的分析，合理选择相应的测试仪器：对测试方法中涉及到的测试项目给出相应的计算方法和计算热效率（包括正反平衡效率、综合效率）。

4.3经济运行的基本要求及运行管理原则

明确加热炉在正常生产运行时需要满足的基本要求及需要遵守的运行管理原则。其中，基本要求主要包括：加热炉的设计、安装、水质要求、相关设备的绝热保温等，以及监测系统能耗（电量、流量、压力、温度）的计量仪表的安装要求等。运行管理主要指在日常生产运行过程中对加热炉的管理原则及要求，包括对操作人员以及生产单位在加热炉的使用、日常管理、监测、维护等方面的原则和要求。

4.4经济运行的技术指标

根据现场的实际生产操作情况，给出可以表征加热炉运行状况的技术指标，主要包括热效率、排烟温度、过量空气系数、炉体外表面温度4项指标。在明确技术指标的基础上，将各项技术指标的经济运行划分为3个运行级别（一级、二级、三级），对加热炉经济运行的综合评判也同样分为3个运行级别，其中三级运行是达到经济运行的基本要求。

4.5经济运行的模拟优化

依据相应监测标准中的监测方法对上述技术指标进行测试和计算，得到大量现场测试数据。通过对测试数据的分类汇总，同时综合考虑负荷率对各项技术指标的影响，采用数学建模、回归分析的方法对测试数据进行负荷率归一化处理，进而得出经济运行的合理区间以及区间内各项技术指标的限值，即确定了不同运行级别的区间划分及各级别的经济运行限值；由此开发了加热炉经济运行评价软件，确定了相应的经济运行范围。

4.6编制经济运行规范

编制《加热炉经济运行规范》，在规范中明确相应的技术要求以及运行的操作管理规程，特别是针对运行工况变化现场操作人员合理调节设备运行的操作规程以及设备维护保养技术规程；同时，给出加热炉经济运行的评判指标及考核方法。

5　结论

针对加热炉、注汽锅炉分级测试与评价方法及相关标准部分缺失，加热炉和注汽锅炉运行工况变化大等问题，开展加热炉、注汽锅炉测试评价方法研究及注汽锅炉在线监测技术研究，编制加热炉、注汽锅炉经济运行操作规程，对提高加热炉、注汽锅炉运行效率，降低能源消耗以及实现加热炉、注汽锅炉经济运行具有指导意义。

参考文献：

[1]石油工业标准化技术委员会石油工业节能节水专标委.加热炉热工测定：SY/T 6381—2008[S].北京：石油工业出版社，2008：3-5.

[2]全国石油天然气标准化技术委员会.油田生产系统节能监测规范：GB/T 31453—2015[S].北京：石油工业出版社，2015：1-16.

[3]石油工程建设专业标准化委员会.火筒式加热炉规范：SY/ T 5262—2009[S].北京：石油工业出版社，2008：1-2.

[4]全国锅炉压力容器标准化技术委员会.相变加热炉：GB/T 21435—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.9-12.

[5]中国石油天然气集团公司.石油化工工艺加热炉节能监测方法：Q/SY 1066—2010[S].北京：石油工业出版社，2010：1-4.

[6]石油工业标准化技术委员会石油工业节能节水专标委.石油企业节能产品节能效果测定：SY/T 6422—2008[S].北京：石油工业出版社，2008：4-6．

[7]全国能源基础与管理标准化技术委员会.工业锅炉能效限定值及能效等级：GB 24500—2009[S].北京：中国标准出版社，2010：7-9.

[8]全国能源基础与管理标准化技术委员会.石油工业用加热炉能效限定值及能效等级：GB 24848—2010[S].北京：中国标准出版社，2010：3-5.

[9]全国能源基础与管理标准化技术委员会.生活锅炉热效率及热工试验方法：GB/T 10820—2011[S].北京：中国标准出版社，2012：11-20.

[10]石油工程建设专业标准化委员会.石油工业用加热炉安全规程：SY 0031—2012[S].北京：石油工业出版社，2013, 10-13.

[11]石油工业节能节水专业标准化技术委员会.油气输送管道系统节能监测规范：SY/T 6837—2011[S].北京：石油工业出版社，2011：7-9.

[12]石油工业节能节水专业标准化技术委员会.油田生产系统能耗测试和计算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工业出版社，2013：20-28.

（编辑李珊梅）

长庆无杆采油技术研究与试验取得阶段性进展

2015年8月21日，从长庆油田生产现场传来消息，由油气工艺研究院负责的无杆采油技术，在采油九厂的大力支持下，取得了阶段成果。今年试验的3口潜油直驱螺杆泵试验井平稳运行，平均泵挂1573 m，泵效80.6%，日产液1.62 m3，日节电率28.3%，各项指标均达到设计要求。

该院从2009年以来持续开展无杆采油技术研究与试验，期间经历了引进试验、自主研发、改进完善三个阶段，共完成潜油直线电动机试验45口井、潜油直驱螺杆泵试验10口井。2015年，该院立足前期试验出现的技术难题，不断加大科研与生产的深度结合，在杆管偏磨造成的高频作业井上积极推进无杆采油技术研究与试验。与美国国民油井、沈阳新城、山东威马等10家公司开展技术交流，并赴大庆、吉林、延长等国内油田开展技术调研，拓展了技术思路；根据前期试验情况，在机电设计、驱动控制、智能监控、电缆防护、井筒防治、现场管理等薄弱环节上不断改进完善，提升了技术水平；从论证优选试验区、项目招投标、单井方案设计等三个方面遵循合规管理，强化精细管理，使该技术的研究与试验取得了长足进步。

来源：中国石油网付亚荣供稿