原油真空加热炉节能改造技术探析

安彦斌 白冰（长庆油田分公司第三输油处）

目前，在我国的油田生产过程中普遍采用长距离输送管道进行原油的输送。我国许多油田所生产的原油具有凝固点高和含蜡量高的特点，为了保证原油的正常输送，需要对原油进行加热，因此加热炉成为油田生产中不可或缺的重要设备，同时加热炉也成为耗能比较多的设备。为了降低油田的生产能耗，提高油田的生产效益，需要在油田积极开展节能降耗工作[1]。

1 真空加热炉介绍

1.1 真空加热炉原理

燃烧产生的热量，通过火筒和烟管传递给外面浸泡着的水，水吸收了热量而沸腾，变成蒸汽，蒸汽再把热量传递给需要加热的介质后，又冷凝成水，并回落到原来的位置，再次被加热成蒸汽。如此循环往复，使热传递处于互相变换的平衡之中。由于蒸汽的冷凝，炉体的内部就形成了真空状态，出现负压，这样，炉体内部压力就始终低于外界的大气压力，从而保证了加热炉在运行时的安全。加热炉可以利用原油作为燃料，也可以利用天然气作为燃料，在吴定首站所运行的三台加热炉均采用原油作为加热燃料。

1.2 真空加热炉性能特点

真空加热炉的燃烧和传热系统，能使燃料得到充分燃烧并传热；运行中炉体内不会出现鼓包、腐蚀、结垢、结焦、裂纹等现象，从而延长了设备的维修周期和使用寿命，有利于环境保护；真空加热炉具有体积小、造价低、热效率高、节约能源、安全可靠、操作简便、自动化程度高、噪音小、排烟少、无污染、适应性强等诸多优点。总的来看，真空加热炉的性能特点主要体现在燃烧技术及传热和换热技术上。

1）燃烧技术。原油真空加热炉中使用的燃烧技术可分为自动燃烧技术和微正压通气燃烧技术，其中微正压通气燃烧技术采用的是微正压通气的模式，通过提高气缸容积的热强度和控制好过量空气系数来实现热效率的提高。随着自动化技术的发展，在油田中已经广泛采用自动燃烧技术，通过给加热炉配置全自动的燃油或燃气燃烧器，可以通过程序控制实现点火、熄火和安全保护等功能，实现全自动燃烧功能。

2）传热和换热技术。在原油加热炉中采用了很多比较先进的传热和换热技术，这些技术对提高加热炉的总体热效率起到了很好的保障作用。首先，在锅炉中采用了螺纹烟管和波纹炉管传热技术，这增强了高温烟气和需要加热的介质间的扰动，在一定程度上增强了换热系数。其次，由于真空加热炉采用的是相变换热的原理，整个加热炉的换热过程与热管换热器的原理比较相似，可以充分利用水蒸气的汽化潜热对原油进行加热，相对于普通的加热炉来说对于热量的利用更加充分，热效率也远高于普通的原油加热炉。

2 真空加热炉运行中的节能措施

2.1 合理控制热负荷

通过对国内油田使用的加热炉的调查情况分析，原油加热炉的热负荷与热效率存在一定的相关性。因为原油加热炉在进行设计时是以满负荷作为其运行的最佳工况进行设计的，因此当热负荷偏离设计的满负荷运行时肯定会降低加热炉的热效率。也就是说，加热炉的热负荷过低和过高时都会降低原油加热炉的热效率。尤其是当加热炉超负荷运行时，由于供给燃烧系统的燃料量要大于供给燃烧系统的空气量，使燃料发生不完全燃烧的现象，未充分燃烧的燃料随着烟气一起排出，造成未完全燃烧热损失增加。

2.2 控制风量配比

根据燃烧学的原理可知，加热炉的燃料必须在一定的多余空气量下才能实现完全燃烧，原油真空加热炉的过量空气系数一般为1.05～1.15，因为在这种情况下加热炉的热效率较高。当过量空气系数过小时会使燃料的燃烧不充分，而在过量空气系数较高的情况下，会降低燃烧温度，燃料在未完全燃烧的情况下就随烟气排出，因此必须控制好燃烧时的风量配比。

2.3 正确选择燃烧器和对燃烧器进行改造

燃烧器对真空加热炉的燃烧性能有重要的决定作用，因此为了提高加热炉的热效率，必须重视燃烧器的选型和改造工作。首先，应根据油田的燃料供应情况决定选择燃油、燃气、油气两用燃烧器，所选择的燃烧器能实现比例控制燃烧，适应油田的伴生气和自产原油。其次，所选燃烧器必须配备火焰监测装置，具有负荷自动调节、程序自动点火、熄火报警保护、根据实际工况实现燃气压力超高超低压力保护、燃油温度超高过低温度保护、燃油压力超高超低压力保护、供风压力超低压保护、燃烧器故障报警等功能，可实现前后吹扫、供风、点火、燃烧、停机、再启动等全自动控制，适应点火时产生的过压；再次，选择的燃烧器必须与加热炉所用燃料相匹配，并应满足现场燃料系统实际运行参数的要求。重油燃烧器应配有重油增压泵组，燃气燃烧器配有质量过硬的阀组及燃气泄漏安检报警系统；最后，功率调节范围必须适应生产实际变化的要求，燃烧器可实现手动/自动操作状态切换。

2.4 对加热炉进行SCADA技术改造

SCADA是supervisorycontrolanddataacquisition系统的简称，这是一种能够实现数据采集和监控功能为一体的自动化控制系统。在原油真空加热炉中采用SCADA系统可以获得很好的节能效果。首先，SCADA系统实现了对原油加热炉温的控制，在SCADA系统中对原油的出口温度进行单回路的PID调节，这样保证了系统承受扰动的能力较强，使原油的出口温度始终稳定在设定值附近，通过修改PID函数中的相关参数可以实现对加热炉燃油量和助燃风量消耗的精确控制，使加热炉在运行过程中始终保持最近的空燃比，从而达到了节约燃料、提高燃烧效率的目的。

3 真空加热炉现场应用情况

吴定首站在2012年引进的三台2000kW相变式真空加热炉，采用原油作为燃料，控制采用调节煤水温度保证生产运行参数（出炉温度等）的方式，热负荷主要靠人工设置参数（炉水温度）进行控制，如果运行参数（原油出口温度、采暖出口温度）发生变化，就需要人工反复调试，选择下一个最佳负荷点，增加了加热炉的耗能。2013年10月底，吴定首站对旧的三台加热炉进行了控制方式及SCADA改造，同时引进了一台4500kW的新炉子，将旧炉子改造为通过确定原油出口温度来进行自动化调节自身运行参数（炉水温度）的控制方式；新引进的炉子具有自动调节和控制风量配比的控制系统。旧炉子改造之后，合理的控制了热负荷，通过能耗报表统计，平均每天至少节省燃油0.5m3。

4 结语

原油加热炉是油田生产过程中主要的耗能设备之一，对原油真空加热炉的节能技术进行研究是降低油田生产能耗、提高油田生产效益的重要途径之一。本文对原油真空加热炉的原理进行了介绍，并就如何提高原油加热炉的节能效果提出了一些对策，对真空加热炉的现场运用作了总结分析，希望能为相关工作人员提供一些有益的参考。

[1]王显丰.真空原油加热炉应用现状研究及其发展方向[J].化学工程与装备,2009（10）:112-113.

[2]张伟,迟进华,徐明海.原油加热炉变工况运行热效率[J].油气储运,2011（5）:352-354.

[3]冯传清.仿人智能控制及其在原油加热炉中的应用[D].山东科技大学,2004.