加热炉火嘴改造实现增产增效

李斌 何岩 毛谦明 党文涛 马堰杰（中石化西北油田分公司采油一厂采油管理一区，新疆 乌鲁木齐830011）

加热炉是油田生产中最重要的地面设备之一，西北油田产出原油多为高粘度、高含蜡、高压力油气井，加热炉显得更为重要。随着油田开发逐步推进，加热炉成为能源消耗较大的装置。目前管理区共有各类加热炉220 台，其中针对老式56 台400KW加热炉火嘴进行改造，前期每台加热炉平均用气472m3/d。数据显示，管理区目前有400KW 老式加热炉56 台，由于多年长期运行，普遍热效率低，能耗偏高，经过改造后，加热炉平均热效率提升了2.57 个百分点，降回压明显，节气增效成果显著。因此对现有加热炉进行技术改造和新技术应用，可达到降低能耗和提高经济效益目的。

1 火嘴工况对加热炉热效率的影响

1.1 工作原理

水套加热炉主要用于油气集输过程中，将原油加热到工艺要求的温度输送至各站点，进行沉降、分离、脱水和初加工。火嘴结构和燃烧程度直接影响原油外输加热的效果和原油外输温度的提高。工作原理是将天然气和助燃空气按比例混合后通过火嘴喷人炉筒中燃烧后，产生的热能以辐射对流换热形式将热量传给水套中的水，使水的温度升高，水再将热量传递给盘管中的原油，使原油获进一步的热量，逐步提高至需求温度，降低原油粘度及含蜡点，降低原油阻力，提高油井产量。

1.2 火嘴运行不佳对加热炉生产造成影响

（1）燃气燃烧未达到要求指标,导致加热炉受热面不能全覆盖,使导热受影响并造成排烟温度升高,最终导致加热炉热效率下降；

（2）燃气化学性质不能充分燃烧,造成加热炉热效率下降；

（3）燃烧过剩空气系数过大，增加排烟热损失,造成加热炉热效率下降[1]。

（4）燃烧时频繁熄火、炉膛内有余气，点火易造成安全事故。

（5）智能化运用对加热炉燃气系统要求较高,如燃气压力控制、风压调节和杂质含量等，只有燃气系统满足要求，燃烧器与火嘴才能高效运行;

1.3 注意事项

加热炉的有效热负荷越高，热效率也就越高,要想达到燃气用量越少，还要达到加热目的。优化不仅考虑燃烧量与热负荷匹配,火焰尺寸能否与炉膛尺寸匹配，还要考虑炉膛形状是否能够适合要求[2]。

2 现场应用过程存在问题分析

通过对管理区220 台加热炉现场进行测试分析，其中400KW加热炉有56台，主要用于输送粘度较高、含蜡较高的油气井，普遍存在热效率低的问题，尤其冬季在西北油田沙漠腹地，气候零下30度左右，加热炉燃烧效果直接影响原油进站外输，燃烧效果差导致各单井频繁出现回压高、停井、热油车扫线解堵。影响主要因素有：

（1）加热炉使用年限长，故障多发。目前400KW加热炉56台使用年限已超过12 年。普遍存在火嘴变形，火焰无力，发飘，耐火砖脱落，炉膛及烟道积碳严重等问题，保温层铁皮部分脱落、影响了热效率。

（2）燃气分离处理不好，燃烧效果差，由于燃料使用的是从输油站内经除油器分离出来的天然气，分离效果不好，分离不彻底，外界气温底时，燃料气就含一定冷凝液，经常导致炉火熄灭、造成加热炉经常停运。导致油井产液外输困难，严重的导致油井停产，发生安全事故。

（3）现有火嘴存在安装位置不合适，在狭小的燃烧孔道内，火嘴位置过低，高温火焰短距离喷射，耐火胶泥崩落，火焰直接烧灼炉底钢板，缩短加热炉的使用和运行寿命。

（4）油田环境特殊影响，为沙漠戈壁构造，一年四季常刮风，尤其春夏季节，风沙大，炉火频繁熄灭，影响加热炉运行和加热效果。

（5）未安装远程温度变送器及排烟温度表，造成燃气压力与烟道挡板检测调节不到位，燃烧效率下降[3]。

（6）加热炉烟道挡板较高，操作不灵活，调节困难，调节器常出现锈死、卡主现象发生。

（7）火嘴为圆柱装孔式结构，气体进入火嘴后，炉膛口处火量较大，炉膛深处火量较小，导致炉膛内部加热不够均匀，热传导不好，外输温度较低。

（8）因管径孔过细，导致进气量有限，天然气在炉膛内燃烧不充分，导致大量黑烟从烟囱内排出，对井场内环境造成烟尘污染。

3 改进措施及效果

在生产过程中，对出现的问题进行技改与改进措施，取得了良好的效果。

3.1 节气减碳

通过现场应用发现，改造加热炉火嘴长度、直径，同时在其末端加装1.0mm 多孔气嘴，达到节流作用，使气体在加长的管径中流速降低、压力增大。燃料气由气嘴喷出后压力降低、流速增大，与由风门进入的空气混合，体积比形成最佳混配，让燃气充分燃烧并在炉内腔室形成负压，达到节气和减少积碳的目的，有效避免堵塞火嘴，保障加热炉高效运行。

3.2 高效运行

通过改变火嘴开孔的尺寸和多点喷射方向的结构形式等，同时调整燃烧器和火嘴的安装位置，增大燃气流与空气流夹角，并在喷嘴头部增加一个稳焰罩、点火孔，降低燃料气流速，燃料气在火嘴中的停留时间延长。同时通过风门和挡板调节适量空气比，保持最佳燃烧。投用后火焰呈青蓝色，刚劲有力，燃烧稳定，炉内温度均匀，炉膛及烟道积碳减少。因火嘴是多孔小口径结构，在火嘴前方还增加一个稳烟罩，可保证在大风沙天气火焰不易熄灭，有利于长期稳定运行，加热炉使用寿命延长。消除火焰无根和易抽灭现象，解决了加热炉燃烧不充分、易闪爆和烟尘量的问题，提高加热炉安全性，让加热炉实现较好燃烧。

3.3 最佳炉效

针对大部分加热炉未安装远程温度变送器进行加装改造，动态监控排烟温度。在加热炉运行时利用手持含氧分析仪或热效率检测仪进行烟囱排烟温度的检测。在介质流量固定的情况下，通过多个温度点烟道挡板的开启程度，将加热炉烟气中含氧量控制在3%左右。折算出最佳炉效，据此确定烟道挡板最佳开启度并做好标示，使加热炉始终在最佳炉效状态下运行[4]。

3.4 长燃长效

控制燃料中的水份，站外配气阀组出口200米处采取加装分液（气）包的措施，在分液包外加装保温棉和电伴热，使其降低因低温而出现的冷凝液。站内值班人员2小时一次排液，特殊情况加密排液，减少燃气含水影响。炉火熄灭大大降低，保证单井加热炉平稳运行。

3.5 安全运行

针对加热炉使用年限长，频繁出现故障，采取优化加热炉运行措施。对15台保温层脱落进行保温层更换修复，对4台年久运行加热炉进行维修处理，对井况、压力不同，在满足生产热负荷的情况下，对3口井加热炉进行调换，通过优化运行，吨油消耗燃料明显降低，避免了燃气的浪费，杜绝了安全隐患，提高了加热炉热效率。

3.6 技改增效

老式火嘴通过改造后，效果显著，可以在户外运行和适应风沙、雨雪和低温气候条件，降回压明显，应用新型节气火嘴燃烧充分，烟道及炉膛积灰明显减少，每年减少3次清灰。同时调整燃烧器和火嘴的安装位置，从而控制过剩空气系数，使燃烧气与空气完全均匀地混合而达到降低排烟损失和提高热效率，通过采取以上措施，与前期数据对比，加热炉热效率提高了2、57个百分点，解决冬季生产困难，全年累计节气285万方，节约170 多万元，累计增油1200 吨，达到了稳定操作，节能降耗、增产的目的。

4 结语

通过对加热炉火嘴合理改造，新型节气火嘴克服了以往使用的加热炉火嘴天然气燃烧不完全、容易熄火、炉膛内呈红火、烟道及炉膛易产生积碳、浪费天然气等缺点，通过优化运行，具有让天然气燃烧充分、炉膛内呈蓝色强势火苗、减少加热炉用气量，还能减少烟道及炉膛内产生积碳，提升加热炉热效率，降回压明显，通过取样化验烟气CO含量有原来的48g/mL减少为7g/mL，节能环保和增产增效非常明显。天然气节约费用产生年度效益530万元。

同时延长加热炉使用寿命，消除安全隐患风险。实际运行情况反应出，改造后的加热炉火嘴结构设计更合理、更节能、更安全、能够达到环保要求，下步在全局推广使用。