油田加热炉能效分级测试评价实践研究

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(1.玉门油田分公司钻采工程研究院，甘肃 玉门 735200；2.玉门油田分公司老君庙采油厂，甘肃 玉门 735200)

目前，石油行业对于加热炉的节能监测主要采用正平衡法和反平衡法两种方法，具体的测试方法主要依据SY/T 6381-2016《石油工业用加热炉热工测定》，评价方法主要依据GB/T 31453-2015《油田生产系统节能监测规范》，考虑到加热炉的负荷率，对加热炉能效进行分级测试评价主要依据Q/SY 09003-2017《油气田用加热炉能效分级测试与评价》，本文主要依据此标准对油田燃气加热炉进行能效分级测试评价。

1 加热炉能效分级测试与评价理论

GB/T 31453-2015对油田加热炉运行状况的评价指标限值界定方法不够合理，其主要原因是在对加热炉的实际监测过程中，没有综合考虑负荷率对设备运行工况和运行效率的影响。一方面，同一台加热炉在不同的负荷率下，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、环境温度及燃烧情况的变化，加热炉运行工况也会随之发生变化，导致设备偏离其高效运行区，但现行标准中没有考虑负荷率等因素的影响，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，致使评价结果对加热炉能效最佳工况的调节和现场生产无法起到指导作用[1-3]。

加热炉能效分级测试与评价理论是基于负荷率，确定加热炉热效率的1级、2级、3级限定值，以热效率指标为主，排烟温度、空气系数和环表温差指标为辅，根据热效率指标达到各级限定值的情况，综合其它3项指标合格与否，再计算各个单项指标得分，然后通过加权计算综合得分，据此进行综合评价加热炉的能耗状态[4]。

2 能耗监测

2.1 加热炉测试分级

本次监测的10台加热炉均为燃气真空相变加热炉，按照SY/T 6381-2016《石油工业用加热炉热工测定》规定，采用三级测试，对排烟温度、过量空气系数、炉体外表面温度、热效率等项目进行测试计算，测点布置如图1所示。

图1 加热炉测点布置示意

现场测试参数如下：测试点①燃料压力、燃料温度、燃料流量；测试点②进口压力、进口温度；测试点③烟气温度、烟气成分；测试点④出口压力、出口温度、出口流量；测试点⑤炉体外表面温度；其它参数：加热炉类型、加热炉型号、额定热功率、额定工作压力、制造日期、制造单位、环境温度、燃料组分、低位发热量等。

2.2 评价指标要求

加热炉三级测试能效评价指标为热效率、排烟温度、空气系数、环表温差。热效率指标1级、2级、3级限定值如表1所示[4]。

表1加热炉热效率限定值

炉号功率/kW负荷率1级2级3级备注1#炉2 80030.2684.4784.1983.66负荷率>30%2#炉40071.8689.0588.2986.213#炉40024.2480.7580.0079.20负荷率<30%4#炉40049.5486.9786.1484.605#炉40030.5982.7081.9180.91负荷率>30%6#炉40011.3376.0075.3474.977#炉4005.6773.5872.9872.818#炉40013.6276.9276.2475.79负荷率<30%9#炉40013.8076.9976.3175.8610#炉40021.7779.9279.1978.46

根据加热炉额定功率确定排烟温度、空气系数及环表温差指标限定值，如表2所示。

表2排烟温度、空气系数、环表温差指标限定值

炉号功率/kW排烟温度/℃空气系数环表温差/℃1#炉2 8001801.6202#～10#炉4002002.120

2.3 加热炉三级测试能效评价实例

现场选取10台加热炉进行三级测试，对相关数据进行了测试计算，并按照Q/SY 09003-2017《油气田用加热炉能效分级测试与评价》规范进行了评价，详细的加热炉测试数据及评价结果见表3。

表3加热炉测试数据及评价结果

名称功率/kW负荷率/[%]热效率/[%]排烟温度/℃空气系数环表温差/℃评价总分评价级别1#炉2 80030.2684.47156.01.2715.6100优秀2#炉40071.8680.25205.01.7715.9492良好3#炉40024.2479.79103.02.0411.7584良好4#炉40049.5473.96297.01.5817.9412不合格5#炉40030.5983.20242.01.0522.788良好6#炉40011.3370.51249.01.7614.3312不合格7#炉4005.6773.39223.01.6839.3880合格8#炉40013.6276.23217.01.3610.4376合格9#炉40013.8080.91110.01.7012.22100优秀10#炉40021.7780.75127.51.556.29100优秀

2.4 评价结果对比

按照GB/T 31453-2015《油田生产系统节能监测规范》对上述10台加热炉进行评价，并将评价结果与表3结果进行对比，具体的对比情况如表4所示[5]。

由表4可知，依据GB/T 31453-2015《油田生产系统节能监测规范》对10台加热炉进行节能监测评价，1#炉由于热效率限定值不合格，被判定为“节能监测不合格设备”，其余9台加热炉均被判定为“节能监测节能运行设备”。依据Q/SY 09003-2017《油气田用加热炉能效分级测试与评价》，考虑加热炉负荷率的影响，1#炉能效评价为“优秀”，4#炉、6#炉由于热效率小于3级限定值、排烟温度大于限定值，能效评价为“不合格”。对比GB/T 31453-2015规范评价结果，其中1#炉、4#炉、6#炉3台加热炉判定结果不一致，2#炉、3#炉、5#炉、7#炉、8#炉5台加热炉仍有节能潜力可以挖掘，能耗还有进一步降低的空间。

表4加热炉评价结果对比

名称功率/kW负荷率/[%]评价总分评价级别监测结果评价1#炉2 80030.26100优秀不合格 2#炉40071.8692良好节能运行3#炉40024.2484良好节能运行4#炉40049.5412不合格节能运行5#炉40030.5988良好节能运行6#炉40011.3312不合格节能运行7#炉4005.6780合格节能运行8#炉40013.6276合格节能运行9#炉40013.80100优秀节能运行10#炉40021.77100优秀节能运行

3 加热炉优化运行建议

3.1 排烟温度超标

本次监测的10台加热炉，其中6台排烟温度超过限定值，排烟温度过高主要是由于加热炉长周期使用，炉体内壁和炉管有结垢的现象，降低了炉膛内的换热效果，换热不充分，导致排烟温度高，增大了排烟损失，降低了的热效率。应利用加热炉检修期，对加热炉炉体内壁和炉管进行除垢，同时对烟气余热回收再利用。

3.2 运行负荷偏低

本次监测的加热炉6台负荷率小于30%，低于经济运行负荷。运行负荷偏低导致的直接结果是加热炉排烟气氧含量和过量空气系数偏高，空气过量系数过大使排烟气量增加，排烟热损失增大，燃烧温度降低，热效率降低。应根据现场实际工艺条件，采取相应措施，提高加热炉运行负荷，以实现设备处于高效经济运行状态。

3.3 热效率不合格

本次监测的4#炉、6#炉热效率小于3级限定值，热效率不合格，通过对加热炉影响因素分析，应考虑降低排烟温度，调整空气系数，烟气中的氧含量过高，会造成加热炉内的过剩空气较多，这样就导致排烟温度偏高，烟气带走了大量的热量，加热炉热效率偏低。过大的过量空气系数还会加速炉管的氧化，促使氮氧化物增加，影响炉管使用寿命，同时给环境造成一定的影响。因此，当加热炉效率低或不合格时，应综合考虑各方面因素，应从调整过量空气系数入手，合理调整反复比对，以实现加热炉热效率的提升[6]。

3.4 环表温差调整

本次监测的5#炉、7#炉环表温差超过限定值，加热炉外壁以辐射和对流两种方式向大气散热，主要考虑通过加强炉体表面的绝热，降低环表温差，可以采用改进炉壁耐火保温设计，强化辐射传热，也可以采用在加热炉辐射室内壁涂高温红外辐射涂料，这样既能对炉壁起到隔热保温作用，也能减少炉壁散热损失，同时提高加热炉热效率。

4 结论

加热炉能效分级评价是在充分考虑加热炉类型、负荷率等因素下，对加热炉热效率、空气过量系数、排烟温度和环表温差指标进行评价，细化了热效率在不同负荷率下的限定值指标，可以更好地指导加热炉的节能监测工作，通过对加热炉的评价分析，为用户提供更精细的数据分析服务，找出加热炉的节能点，制定针对性的节能措施，有助于对低效高耗能设备提出更为科学的改进建议，提高加热炉的运行效率，实现加热炉的高效运行，才能最终达到节能降耗的目的[7]。