长庆油田加热炉提效途径探讨

王录军 ，周学军,2，雷 钧 ，梁海峰 ，王海军 ，濮新宏

1.中国石油长庆油田分公司技术监测中心 （陕西 西安 710018）

2.西北大学地质学系 （陕西 西安 710075）

1 加热炉应用现状

1.1 加热炉数量

中国石油长庆油田分公司(以下简称长庆油田)目前有加热炉4 503台，分布在21个主要油气生产单位，承担着油气田生产用热及生活采暖，具体情况见表1。

1.2 加热炉容量及使用年限

目前使用加热炉有水套加热炉、真空相变加热炉、热媒炉和管式加热炉4类，总容量3 688.1MW。具体情况见表2。

1.3 能源消耗情况

2013年,加热炉能源消耗为天然气66 015万m3,原油59 323t/a，煤炭20 9371t/a，供热系统年耗能1 112 302t标煤，供热系统占企业总能耗的比例19.1%，与其他油田用能先进单位相比有一定差距。

表1 2013年油气田在用加热炉数量统计表 台

表2 2013年油气田在用加热炉容量及使用年限统计表

1.4 能效监测情况

2013年，共对15个生产单位的445台加热炉（平均功率590kW）进行了节能监测，综合评价合格台数126台，占总数的28.3%。其中，炉体外表面温度26℃，合格率为99.6%；热效率79.81%，合格率为84.5%；排烟温度218.9℃，合格率为80.4%；空气系数2.79，合格率仅为44.5%，导致综合评价指标偏低的主要因素为空气系数合格率低。

1.5 加热炉炉型分析

2013年，在监测的445台加热炉中，容量大于3.15MW的加热炉热效率大于85%比例达到75%，说明大容量加热炉从设备配置、结构优化等方面均优于小容量加热炉。另外，容量大于0.63MW的加热炉热效率大于80%的加热炉占监测总数的75%以上，说明锅加热炉提效具有一定潜力。

2 存在主要问题

2.1 排烟温度超标，燃料消耗量大

长庆油田加热炉排烟温度平均值为218.9℃，个别生产单位锅炉、加热炉排烟温度达到290℃以上，部分热量直接排空放掉，热损失较大。排烟温度高的主要原因如下：

一是炉膛、烟道积灰，导致加热炉受热面导热系数降低，影响传热效果。相关研究表明，由于污垢传热系数仅为钢铁的1/10～1/100，如果结垢1.5mm，燃料消耗将增加11%～13%。

二是加热炉内部结构不合理或部件传热换热效果差，热量未充分交换就进入烟道排放。

三是油田用加热炉盘管内壁结垢严重，影响传热系数和使用寿命。

2.2 空气系数超标，炉膛燃烧不充分

空气系数是影响油田锅炉、加热炉运行效率的主要因素之一，现场监测数据表明，长庆油田锅炉、加热炉空气系数为2.79，空气系数过大，排烟量也越大，通过烟气排出的热量也越多，导致加热炉的热损失增加，热效率下降[1]。其主要原因是：

一是全自动燃烧器运行时间过长，零部件老化，温控器、控制调节阀、减压阀、供气压力调节器等灵敏度降低，燃烧状况变差。

二是配套燃烧器型号较多，技术性能差异较大。功率大的加热炉，配套了全自动节能燃烧器和自控系统，空气系数控制较合理，现场监测的排烟温度和热效率指标较好；而大部分功率小于800kW的加热炉因配套普通或简易燃烧器，需手动调节风门和燃油（燃气）量，且无自动熄火报警和切断装置，现场监测指标较差。

2.3 使用负荷率低，处于非经济运行区

长庆油田加热炉负荷率为40.17%，监测数据表明，大部分加热炉处于非经济运行区 （热负荷在50%～75%为额定负荷区，即一般经济运行区），需要在优化调整改造过程中合理改进[2]。

一是随着开发时间的延长，老区块产量逐步递减，部分油气站场处理液量减少，造成加热炉负荷率降低。

二是个别加热炉进行现场监测时，由于受季节、运行工况等因素的影响，导致监测数据偏低。

2.4 部分加热炉陈旧老化，影响安全运行

长庆油田目前仍有136台加热炉使用时间超过15年，加之部分加热炉因客观条件限制，使用水质不达标，腐蚀、老化严重，运行安全隐患大，燃料消耗大，热效率低。长庆油田加热炉平均热效率为79.81%，个别单位加热炉热效率低于70%，与其他油田相比有一定差距[3]。

3 加热炉提效技术对策

3.1 更新低效高耗加热炉

1）冷凝卧式常压水套加热炉在改进原有水套加热炉内部结构的基础上，增加了具有防露点腐蚀、排冷凝水功能的冷凝器及排水装置，显著降低了排烟温度，提高了热效率。现场试验后监测数据表明：热效率达到91%，排烟温度下降到95.3～120℃，与传统常压水套加热炉相比，降低排烟温度约80℃。

2）真空加热炉运行时，锅壳内部压力始终低于外界大气压力(一般在-0.03MPa至 0.0MPa之间)，即使锅壳中盘管换热器内的承压工质泄漏，压力一旦超过外界大气压力，即会立刻推开真空阀泄压，锅壳无承压爆炸的危险。真空加热炉热效率达到87%～91%；采用全自动燃烧器，使燃料利用率达99%以上；配套自控系统，实现生产参数的精确控制。

3.2 配套节能型高效燃烧器

空气系数的大小与燃烧器性能、操作的好坏及炉体密封等有直接关系，在排除管理因素后，燃烧器配套是控制空气系数的关键环节。全自动燃烧器是在燃烧器基础上配置风机、自动点火器、火焰检测器、燃烧程序控制器、燃料控制调节装置(如电磁阀、自动调节阀)和燃烧风量控制调节装置 (如自动风门、风门调节器)，由此组成一个智能化的燃烧系统。采用可自动调节风门配风量的高效节能燃烧器，可根据设定的生产参数及时调整燃烧状态，以保证运行时不出现燃烧空气不足或过剩的现象，提高燃烧效率，降低燃料使用量5%～10%。

3.3 配套辐射定向吸热节能技术

1）定向辐射。在受热体表面诞敷形成固化瓷膜后，在受热体表面垂直于其切线方向产生远红外线向被加热介质辐射，增强了被加热介质的热能吸收效率[4]。

2）减少灰垢。受热面附近的灰垢受到多次辐射而产生不规则运动，降低了灰垢的吸附力，提高炉内受热面的热吸收效率。

3）降低水垢。远红外线波使钙、镁等离子与碳酸根离子碰撞机会明显减少，降低内壁结垢速度。

4）保护受热体。在受热面形成固化磁膜后全密闭保护受热体，延长加热炉使用寿命。

3.4 加热盘管清垢防垢技术

针对油田加热炉盘管内壁结垢严重的问题，应对措施如下：

1）超声波防垢技术。现场应用发现超声波除垢仪对以碳酸盐垢为主的区块有较好的效果。

2）真空加热炉技术改造。姬塬油田开发层位多，部分站点混层集输导致加热炉盘管结垢严重，采用物理和化学清洗防垢效果均不理想。2010年，试验将真空原油加热炉改造为分体相变真空加热炉，换热器封头改造为法兰联接，盘管结垢严重影响生产时，仅对可拆卸盘管进行更换。与前期需对加热炉解体更换盘管相比，更换盘管难度减小，延长了加热炉使用寿命，取得了良好效果。

3.5 加热炉余热回收技术

由于冬季气温低，进入炉膛的空气温度也较低，使助燃空气在燃烧过程中吸收大量的热能，增加了燃烧消耗。因进入炉膛的空气温度低，空气分子不活跃，燃气（燃油）与空气混合不充分，影响加热炉的燃烧效果。应用加热炉空气预热技术后，进入炉膛的空气温度提高，排烟温度也相应降低，加热炉热效率可提高1%～2%，燃料消耗降低5%～8%，并能有效抑制空气的热污染[5]。

从表3可看出，综合加热炉各节能改造技术的配套费用和热效率提高值，辐射定向吸热节能技术投入费用较低，热效率提高较大。

表3 加热炉节能改造技术效果预测表

4 结论及建议

1）油田加热炉具有数量多、功率小、耗能高、热效率偏低的特点。

2）加热炉提效途径应综合考虑安全生产、现场运行、投入费用、热效率提高值等综合因素。经过对比，辐射定向吸热节能技术和加热炉盘管清防垢技术综合性价比较高，可在油田规模推广应用。

3）配套全自动节能高效燃烧器和更新加热炉投入费用较大，解决因设备腐蚀、老化造成的现场安全隐患，设备本质安全进一步提高。

4）加热炉余热回收技术投入费用较大，并需配套高温燃烧器，可在容量大于4 000kW，排烟温度大于250℃以上的加热炉配套该技术。

[1]王颖，刘香兰，申欣，等．提高加热炉热效率途径的探讨[J]．化学工业与工程技术，2008，29（4）：57-60．

[2]李秀娟．油田加热炉节能运行的综合评价[D]．大庆：东北石油大学，2011．

[3]刘亚杰，李彦平．加热炉效率低、燃料单耗高的原因分析及改进措施[J]．中国石油和化工标准与质量,2011,31（8）：275．

[4]钟剑峰，伍永福，刘中兴．加热炉的节能技术改造[J]．工业炉，2009,31（1）：49-50．

[5]吕运容，陈文红．提高加热炉热效率的有效途径[J]．中国设备工程，2008（7）：22-23．