浅谈提高油田集输系统加热炉运行效率措施

袁兴海

摘 要：加热炉是联合站内常见的设备，该种设备主要承担着油气资源提高温度的作用。目前，我国联合站内加热炉的运行效率普遍较低，因此提高加热炉的运行效率是一项重要工作。针对加热炉的运行效率问题，本次研究主要是从影响加热炉运行效率的相关因素出发，提出可行的措施，提高加热炉的运行效率，对节约燃料、减少排放具有重要意义。

关 键 词：油田加热炉;空气过剩系数;加热炉负荷率;排烟温度

在油田油气集输系统中，空气过剩系数、加热炉负荷率、排烟温度等都是影响油田加热炉运行效率主要因素，同时空气过剩系数也受到加热炉炉膛内压力的影响。为了进一步研究确定加热炉运行的最佳参数，本文通过对加热炉高效运行时的热效率进行分析，从而指出影响加热炉高效运行热效率主要因素，由此提出提高加热炉运行效率的有效措施，以实现节约燃料减少排放的目的。

1 油田加热炉运行效率分析

加热炉是将通过炉管中的原油加热到所需的温度，以满足油田生产工艺的需要。由于油田加热炉在油田生产和石油长输管道中应用非常广泛，其燃料损耗也非常多，因此，提高油田加热炉的热效率，减少燃料消耗，对节能减排具有重要的意义。热效率作为衡量加热炉优劣的重要参数，是指加热炉中参与到热交换过程的热量与加热炉产生热量的百分比。经过分析显示，影响加热炉热效率的主要因素有以下几点：

（1）排烟产生的热损失，过剩空气量越大，排烟温度越高热损失越高，加热炉的热效率就越低。（2）燃料燃烧不充分产生的热损失。（3）过剩空气排放带走热量产生的热损失。（4）炉外壁与环境温差高产生的热损失。（5）合理控制炉膛负压和过剩空气量。因此，排烟热损失、未完全燃烧热损失和散热传热损失是加热炉的燃烧过程中主要发生三种热损失。排烟温度过高容易产生排烟热损失，过剩空气量越多产生的排烟热损失越大;反之，过剩空气不足，空气系数小，燃料缺少助燃物氧气不能够完全燃烧产生热损失; 由于炉体外表面与外界环境具有较高的温度差而产生的散热损失。所以对排烟温度、空气系数和炉体的外表面散热等主要参数进行分析调整，控制在一定的范围内，以实现节约燃料减少排放的目的。

2 提高油田加热炉热效率的措施

通过对油田加热炉的能量定量分析，进入加热炉的物质包括燃料、空气、原油，排除物质包括燃料残渣、被加热原油、排放烟气，另外还有加热炉与环境之间的散热损失。提高燃料及空气温度，降低燃料残渣及排放烟气温度都可以有效的避免热量损失，提交加热炉热效率。

2.1 降低排烟温度

可以采用进入炉膛内的空气与排出的高温烟气对流的方式进行热交换，即降低了排烟温度，有以提高空气的温度。这种方式简单，便于操作，成本低，并且可以有效的提高加热炉的热效率。但是预热空气不能够无限制的提高，通常情况下控制在 295 度以内比较适宜，过高的空气温度会导致燃烧产物中氮化物比例的增加，造成空气污染影响环境，同时也会对加热炉本体结构及组件造成损害。

2.2控制进入加热炉内空气的量，

调节过剩空气因数的参数值，燃料完全燃烧所需要的空气量要大于理论空气量值，因此会产生一定量的过剩空气。燃烧所用實际空气量与理论空气量之比为过剩空气因数，如果过剩空气因数过小，燃料不能够充分燃烧，反之高温烟气将带走大量的热量，降低油田加热炉的热效率。另外伴随着空气量的增加，氧气含量也不增加，会加剧加热炉内部的元件的氧化及腐蚀等。通过实验及计算证明，当燃料为燃料油时，过剩空气因数在 1.15 和 1.25 之间。当燃料为燃料气时，过剩空气因数在 1.05 和 1.15 之间。可以采用性能良好的燃烧器，操作过程中管理好风门、气门、油门和烟囱挡板等方式， 以及做好加热炉的堵漏，来控制过剩空气因数在油田加热炉高效运行的范围内。

2.3减少燃料不完全燃烧产生的热损失，

提高加热炉热效率，同时也会减少大气污染。同时燃料的不完全燃烧产生的炭粒，炭粒堆积在加热管上形成积灰，影响对流炉管传热效果。减少燃料不完全燃烧损失的措施，首先是要选择性能良好的加热器及燃烧器，其次要将燃料雾化，增大燃料与空气的接触面积，使燃料充分燃烧，并及时进行维护;再次是控制好过剩空气量，保证空气的充足但不过量。

2.4减少散热损失

通常情况下加热炉外壁会以辐射以及对流形式向大气中散失热量，因此一方面可以在加热炉的炉墙外壁上增加保温及隔热层;另一方面可以通过排烟管的热交换提高加热炉所在区域环境温度，减小加热炉炉壁内外的温度差，通过采用以上措施已达到减少散热损失，提高加热炉的热效率的目的。

2.5控制油田加热炉的排烟温度在适当的范围内。

降低油田加热炉的排烟温度，可以有效降低排烟所产生的热量损失，从而提高油田加热炉的热效率。但是受露点温度的限制，排烟温度不能无限制地降低。同时过低的排烟温度容易产生低温露点腐蚀，对加热炉的主要构件产生损害。目前，排烟温度产生的热损失是制约加热炉热效率提高的主要障碍。通常情况下，排烟温度高于烟气露点温度 6～11 ℃是加热炉较为安全的。

3 结束语

随着油气田开发的深入，油田用加热炉的数量越来越多。加热炉是油田的主要能耗设备。由于原油加热炉加热量受到加热原油量、原油进出口温度以及外界环境等因素的影响，只有调整相应的运行参数促使加热炉加热量与原油需求热量相当，有效效率才最高。影响加热炉运行效率的主要参数有燃烧效率、传热效果、炉壁散热、空气过剩系数、排烟温度等。其中加热炉的热效率是关键，而热损失主要集中在排烟热损失上。在负荷一定的条件下，排烟温度和排烟量直接决定着排烟热损失;在燃料一定的条件下，过剩空气系数直接决定排烟量，过剩空气系数和排烟温度是影响加热炉排烟热损失的主要因素。因此，在满足工艺要求的前提下，控制过剩空气系数和排烟温度范围，可以有效提高加热炉的热效率。如何针对具体工况，选择加热炉最优运行参数，对节约燃料减少排放具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 王东，张洪江等.油田用加热炉节能评价指标限值研究[J].石油石化节能.2015（12）.1-4

[2] 白晓彤.油田加热炉经济运行评价方法与优化[D].东北石油大学2016