加热炉炉效监测系统的研究

徐双友

【摘要】在我国石油行业中，开采出的原油多为典型的“三高”原油（高含蜡、高凝点、高含胶质沥青质），采用加压加热的输油工艺。而加热炉作为原油加热的重要设备，其运行效率直接决定着能源消耗的高低，本文就针对加热炉保持在高效区运行进行了研究，为加热设备的高效节能提供了较好的依据。

【关键词】油气管道 输送技术 机理 原油流动性

加热炉在我国原油管道运输业中应用十分广泛。加热炉的效率是能源消耗高低的直接决定因素，因此如何保证加热炉长期是管道工作者必须要研究解决的一个重要问题。1 背景技术1.1 生产现状

魏荆线担负着将河南油田原油输送至荆门炼厂的任务，管线于1978年投产，全长为226.379km，共设魏岗、襄樊2座热泵站及8座加热站。管线规格为Φ426×7mm，设计年输量为350万吨/年。目前河南油田已进入开采后期，魏荆线年输量近10年来一直保持在100万吨左右，远远低于设计年输量。河南油田所产原油为典型的“三高”原油（高含蜡、高凝点、高含胶质沥青质），采用加压加热加降凝剂的输油工艺。全线共有22台直接式加热炉，其中有8台加热炉常年运行，其余14台间歇运行，因此加热炉的运行状况的好坏不仅直接决定着魏荆线的运行安全，也直接决定着全处输油能耗的高低。

1.2 存在问题

目前，加热炉运行状况的监测主要依靠徐州管道研究院每年一次的加热炉炉效的测试。测试完毕后，在短时间内加热炉可以保持在高效区运行，由于设备维修，配件更换、人为调节等因素，使加热炉运行效率随着时间的运行将逐步下降，造成加热炉运行效率降低，燃料的消耗增加。

2 研究内容

针对上述问题，魏岗站在加热炉烟道处加装了主要烟气成分分析仪（氧化锆分析仪），编制了加热炉炉效测试软件。该系统能够准确、迅速在线测量烟道烟气中各成分的数值量。使输油站场的操作人员能够随时观察到烟道烟气中各成分的变化。将含氧量、烟道温度、散热损失的数值带入计算公式进行计算，可以准确计算出加热炉的运行效率。一旦发现加热炉炉效降低，能够立刻采取有效的调节措施，确保加热炉在高效区运行，从而降低燃料的消耗。2.1 加热炉炉效监测系统简介

加热炉炉效监测系统能够对加热炉烟气排放指标进行不间断的测量。该系统是将烟气的测试原件深入到加热炉烟道中进行测试，具有测定准确、持续稳定可靠、操作简便、易于维护等优点。岗位值班人员通过对各运行参数的监控和数据的录入，可以随时掌握加热炉的运行效率。确保加热炉在高效区运行，减少CO2、SOx、NOx的排放量，有效地防止空气污染。

2.2 工作原理

过剩空气系数是加热炉燃烧器运行状况的重要指标之一。该系统通过ZR202G型一体化氧化锆变送器插入烟道中，直接与0～700℃的高温气体进行接触，通过转换器输出4-20mA的标准信号获得烟气过剩氧的容积百分数含量、空气含氧量和烟气的湿度的数值。

（1）、氧浓度（vol%O2）计算公式为：

m={1/（21-氧浓度）}×21

（2）、湿度（燃烧气体中）（vol%H2O）可通过以下公式算出：

湿度={（每燃料单位中水蒸气含量）+（空气中的水含量）}/总排气量

=（G w + 1 . 6 1×Z×A 0×M）/（X+AO×M）

其中：Gw=排气中的水蒸气含量，m3/

kg（m3）

Z=外气的绝对湿度，kg/kg

AO=理论空气量，m3/kg（m3）M=空气比值

X=燃料系数，Nm3/kg或m3/m3

备注：该参数是通过氧化锆探头通过自带程序自动计算输出。

（3）空气含氧量：氧化锆探头通过监测自动输出。

上述参数获得后

（4）通过反平衡法计算公式：η=（1-Q烟-Q散）×100% 计算得出加热炉的实际运行效率。

其中：η：运行加热炉的热效率。

Q烟：有空气预热器的取固定值3.5%。

Q散：排烟热损失。排烟温度每升高13℃左右排烟热损失约增加1%，即（排烟温度-室温）÷13×1%。例如魏岗输油站运行的2#加热炉，实际排烟温度为230℃，室温20℃，则排烟热损失约为（230-20）÷13×1%=16.15%。

3 使用方法

3.1 人机交换界面

仪器开机后变送器本体界面显示如下图：

21.0：测试结果，显当前烟气中的氧含量。

Output1：第一路标准信号输出。Output2：第二路标准信号输出。

右侧为系统出现故障时的报警提示按钮，自上而下分别为湿度、温度、断信号、量程设置。

3.2 系统设置

（1）变送器本体量程设置，量程可在0～100%范围内任意设置，本系统设定量程为0～25%，对应输出信号为4～20mA。

岗位操作人员只需要输入氧含量和排烟温度按开始计算即可得到加热炉炉效。

图2 加热炉实测炉

4 结束语

（1）加热炉炉效监测系统实现了对运行加热炉烟气成分的在线监测，通过反平衡法计算式可以很容易计算出加热炉炉效，为操作工调解燃烧器的运行提供了有力依据，确保了加热炉长期高效运行，大大节约了能源消耗。

（2）该系统自5月份在魏岗输油站安装使用以来，加热炉炉效保持在84%以上运行，大大节约了燃气量的消耗，取得了较好的经济效益。2012年6月份共计消耗燃气量10.5×104立方米，在相同的工况下，比去年同期消耗的燃气量12.36×104立方米节约了1.86×104立方米。

（3）本仪器可实现在线连续测量，测量迅速、实时性强。可以帮助岗位值班人员实时监视加热炉运行状态，合理调节运行参数，确保加热炉在高效区运行，具有重大的社会和经济效益。

参考文献

[1] 钱家麟，于遵宏，李文辉等.管式加热炉（第二版）ISBN7-80164-302-X，北京：中国石化出版社，2003

[2] 杨瑞军，邵昱昌，等.输油工，华东输油管理局，1983

[3] 林传礼，向守源，等.石油工业出版社，1998

[4] 王宇清.供热工程，ISBN7-5603-1620-4哈尔滨工业大学出版社，2001