提高输油管道加热炉热效率的主要途径

许彦博 许铁 许元伟 张轩 穆承广 刘国豪

（1.中国石油北京油气调控中心；2.中国石油管道科技研究中心；3.中国石油北京天然气管道有限公司大港储气库分公司）

提高输油管道加热炉热效率的主要途径

许彦博1许铁2许元伟3张轩2穆承广2刘国豪2

（1.中国石油北京油气调控中心；2.中国石油管道科技研究中心；3.中国石油北京天然气管道有限公司大港储气库分公司）

概述了输油管道加热炉的运行现状，通过对输油生产中加热炉的运行现状的测试分析，找出了影响加热炉热效率低和运行参数不达标的主要因素。根据加热炉的结构和工作原理以及其运行特点，介绍了生产运行中提高加热炉热效率的主要途径。

输油管道；加热炉；热效率；空气系数；排烟温度

油管道加热炉是主要耗能设备，其能耗占总能耗的80%～83%；因此，降低加热炉燃料消耗，提高加热炉热效率是实现装置低能耗、高效率的主要方法，它在输油生产运行中具有十分重要的地位，加热炉效率的高低与节约能源、降低成本有极密切的关系。

1 输油管道加热炉运行现状

对输油管线49台加热炉进行热工测定[1-2]，其中热媒炉12台，直接炉37台。执行SY/T 6837─2011《油气输送管道系统节能监测规范》、SY/T 6381—2008《加热炉热工测定》、Q/SY GD0016—2012《热媒间接加热装置热工测定》，加热炉监测结果评价见表1。

2 加热炉监测结果

2.1 热媒炉

热媒炉12台，综合评价全部合格的为9台[3]，节能运行6台。在各分项评价中，热效率合格的12台，排烟温度合格的11台，空气系数合格的11台，表面温度合格的11台。平均运行热效率88.37%。在所测试的12台次热媒炉中，包括大修前测试1台、大修后测试9台、油气改造后测试2台，其中有1台次是燃气状态测试，11台次是燃油状态测试。

2.2 直接炉

直接加热炉37台，综合评价全部合格的为14台[3]。在各分项评价中，热效率合格的19台，排烟温度合格的14台，空气系数合格的31台，表面温度合格的30台。平均运行热效率85.13%。

3 加热炉主要存在问题

3.1 运行负荷偏低

1）随着输油量的变化，输油量与原设计要求不能匹配，部分加热炉存在载荷过低的现象，加热炉运行负荷差异很大，部分加热炉处于低负荷下运行，导致加热炉热效率偏低。

2）热媒加热炉由于积灰严重，导致换热效果差；提升热负荷会导致炉膛温度、烟道气温度、热媒出炉温度超出设定值使炉子自动化系统报警或停炉，热媒炉达不到满负荷运行。

3.2 排烟温度过高

1)排烟温度高是直接加热炉普遍存在的问题。排烟温度合格率仅为37.83%，一是对流室换热面积不够，二是吹灰力度不够，炉膛灰只能在停炉时进行人工清灰。由于生产需要和环境保护要求，加热炉在运行过程中不能保证及时、定期吹灰，造成排烟温度超标。

2)热媒加热炉原设计中没有考虑吹灰问题，炉子吹灰器都是后配的。由于列管式空气预热器烟管过长（达5 m），且为高密翅片式换热管，吹灰结构不合理，吹灰效果不好，造成烟道集灰严重，导致热媒-原油换热效果不好，排烟温度过高。

表1 加热炉监测结果评价

3.3 低温酸露点腐蚀

列管式空气预热器低温露点腐蚀严重。由于烟管较长，而空气预热器尾部壁温低，燃油中含硫较高，造成低温露点腐蚀。因腐蚀穿孔使得助燃空气短路，降低了空气预热器的使用寿命，导致助燃风量小、雾化风压低；而提升热负荷致使炉子燃烧不完全，冒黑烟。

4 提高加热炉热效率方法

4.1 加强日常运行管理，保证加热炉在高效率下运行

加热炉在高效率下运行，使加热炉处于最佳运行状态，是加热炉提高热效率的最直接、最有效的方法和手段[4]。加强运行人员的技术培训，精细化管理，落实各项管理制度。管道节能监测中心在每年的测试过程中对加热炉的排烟处含氧量进行调试，含氧量控制在3%～5%，使加热炉在最佳燃烧状态下运行，加热炉效率普遍提高2%～3%。

测试农安站2#加热炉，排烟处含氧量为7.1%，空气系数为1.5，热效率为86.1%。通过调整燃烧器配风比，将排烟处含氧量调到4.4%，空气系数为1.3，热效率为88.3%，热效率提高了2.2个百分点。

4.2 加热炉大修和技术改造

现直接加热炉普遍采用国外进口威索、奥林、百得等比例式燃烧器，代替了老式旋杯燃烧器。新的燃烧器与老式燃烧器相比，前者燃烧效率、自控程度高，且不需要助燃空气预热。这样，在进行直接加热炉技术改造时，更换了威索、奥林、百得等比例式燃烧器后，直接加热炉去掉了空气预热器系统，使得直接加热炉排烟温度过高；所以，在直接加热炉大修技术改造更换威索、奥林、百得等比例式燃烧器的同时，要考虑到技术的合理性，增加对流室换热面积。

降低排烟温度可以明显提高加热炉的热效率，一般情况下，排烟温度每降低12～15℃左右，热效率可提高1%。

惠安堡站1#加热炉，在技术改造后增加了对流室面积，增大热交换面积，改造前排烟温度是237.0℃，热效率为84.6%；改造后排烟温度下降到202.3℃，热效率为86.7%，提高了2.1个百分点。

4.3 应用成熟的先进技术

热媒加热炉采用成熟的无机热传导热管空气预热器替换热媒炉原有的列管式空气预热器[5]。无机热传导热管空气预热器的流动阻力小，其空气和烟气均走管外，无需多程往返，且流程短降低了流动阻力。无机热传导热管空气预热器不易发生露点腐蚀的原因是：由于烟气集中在热端，冷端无烟气；由于热管内的介质温度高，决定了热端壁温高于空气预热器壁温，从而不易发生低温酸露点腐蚀，提高无机热传导热管空气预热器使用寿命。

昌黎站2#热媒炉采用无机热传导热管空气预热器替换热媒炉原有的列管式换热器，并进行了节能技措实施前后的节能效果对比测试。排烟温度由158℃降至104℃，热媒炉效率从87.5%提高到91.5%。，提高了4个百分点。

4.4 改变燃料结构

改变燃料结构，将燃油改为燃烧天然气。随着天然气资源的开发和利用，再加上天然气污染小燃烧充分、经济，辅助设备少，能从根本上改善环境质量，产生良好的经济和社会效益[6]。

表2 节能技措实施后加热炉监测结果评价

新庙站401#加热炉进行了燃烧系统技术改造，将燃油系统改为油气两用燃烧系统，将原雾化燃烧机更换为芬兰奥林GRP-500M油气两用燃烧机。燃烧原油可燃物含量为1.7%，热效率为85.4%；燃烧天然气可燃物含量为0，热效率为86.9%，提高了1.5个百分点。

4.5 实施效果

节能技措实施后加热炉监测结果如下：热媒炉12台，综合评价全部合格的为12台，节能运行设备9台，平均运行热效率为90.83%；直接加热炉37台，综合评价全部合格的为29台，节能运行设备11台（在各分项评价中，热效率合格的31台，排烟温度合格的29台，空气系数合格的35台，表面温度合格的32台），平均运行热效率为88.67%。节能技措实施后加热炉监测结果评价见表2。

5 结论

目前，输油管道运营很重视提高加热炉的性能和效率，加速了加热炉的全面高性能化。“十二五”期间，管道原油直接加热炉平均热效率由85.13%提高到88.67%，提高了3.54%；热媒加热炉平均热效率由 88.37%提高到 90.83%，提高了2.46%。输油管道每年耗油量为4.78×104t。努力设法减小加热炉的各项热损失，提高可利用的有效热量，加强运行管理，采用合理的节能技措，加热炉运行热效率可以提高2个百分点以上，年可以节约原油956.7 t，产生良好的经济效益和社会效益。

[1]国家能源局.石油工业用加热炉热工测定：SY/T 6381—2008[S].北京：石油工业出版社，2016：1-12.

[2]刘国豪，许铁，李云杰，等.热媒间接加热装置热工测定：Q/ SY GD 0016—2012[S].北京：中国石油天然气股份有限公司管道分公司，2012：1-7.

[3]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，2011：1-12.

[4]许彦博，许铁，袁国新，等.输油管道加热炉技术现状与发展方向[J].油气储运，2009，28（12）：1-3.

[5]许铁，杨立新，姜保良，等.无机热传导热管空气预热器的技术经济分析[J].油气储运，2001，20（10）：51-53.

[6]许铁，许彦博，杨景丽，等.原油加热炉油改气系统的测试与分析[J].油气储运，2010，29（10）：739-743.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.010

2017-05-25

（编辑 李发荣）

许彦博，工程师，2010年毕业于中国石油大学（北京）（油气储运工程专业），从事油气输送调控工作，E-mail: xyb@petrochina.com.cn，地址：北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦，100007。