集输系统加热炉节能措施探讨

张志娟（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

集输系统加热炉节能措施探讨

张志娟（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

针对加热炉热效率低、负荷率低、结垢严重、冬夏季运行负荷变化大等问题，从生产管理和技术改造两方面寻求提高加热炉热效率的方法，优化加热炉冬夏季运行台数、建立加热炉按周期清垢制度等管理措施，及采用真空加热炉、高效燃烧器、辐射管、高效除垢装置、真空加热炉超导液等技术措施，分析了实施效果，并对实际生产中节能措施的应用提出了建议，保证加热炉高效运行，从而达到降低能耗的目的。

集输系统 加热炉 生产管理 技术改造

加热炉作为油田重要的耗能设备，其能耗水平的高低对油田节能降耗工作起着至关重要的作用。截至2014年底，某油田集输系统共建有加热炉131台，其中掺水炉77台，外输加热炉26台，采暖加热炉19台，脱水加热炉6台，其他加热炉3台。能源消耗总量为11.89×104t（标煤），其中加热炉消耗天然气5786×104m3（标况），折合7.66×104t标煤，占能源消耗总量的67.6%。随着“十三·五”的到来，油田节能形势日益严峻，加热炉节能工作也越来越重要。

1 加热炉存在的问题

1）加热炉热效率低，负荷率低。据统计，使用时间在15年以上的加热炉有53台，系统投产至今，由于产能下降，造成加热炉低负荷运行；监测力度不够，无法保证加热炉的运行状态真正达到最佳；缺乏完善的维护保养机制。

2）部分加热炉内部结垢淤积严重。加热炉在长时间运行后，介质中的泥沙等杂质会在烟火管外表面逐渐沉积，造成烟火管外表面结垢淤积，一方面导致加热炉排烟温度升高，热效率降低；另一方面产生烟火管鼓包甚至烧穿现象，给安全运行带来隐患。

3）冬夏季运行负荷变化较大。随着油田降温集油技术的推广，加热炉运行负荷率尤其是夏季负荷率逐年降低，而负荷率是影响加热炉运行效率的重要因素之一。目前，在运掺水加热炉的负荷率冬季为64.4%，夏季为47.8%，低负荷率运行使加热炉热效率降低，燃料损耗率加大。

4）加热炉运行有待进一步优化。由于加热炉运行负荷波动较大，现场操作人员只能凭经验通过对火焰的观察调节配风，难以按加热炉运行负荷变化及时合理地调节燃烧器的进风量，配风偏大，不能做到最优化控制。因此，造成加热炉的各项运行参数都偏于保守，空气系数和排烟温度偏高，造成能源的浪费。

2 节能措施及效果分析

针对集输系统加热炉存在的问题，主要从生产管理和技术改造两方面，对加热炉实施一系列节能技术改造措施，取得了一定成效。

2.1 节能管理措施

1）优化加热炉冬夏季运行台数。由于冬夏季的温差较大，为保证正常生产，冬季各站掺水用量较多，进入夏季后，环境温度升高，掺水用量减少。如果掺水加热炉的数量不变，则加热炉的负荷率将明显降低。低负荷率运行将会增大热能损失的比例，加大燃料损耗率。为此，进入夏季后，根据气温的变化，合理调整掺水用量，并根据掺水量的变化，对加热炉的热负荷进行核算。同时，利用烟气分析仪的炉效测试结果，及时调整加热炉运行负荷和参数，以合理降低加热炉的运行台数。2014年冬季运行掺水加热炉53台，平均运行负荷率64.4%，其中有16座站的负荷率低于50%，14座站可以减少运行加热炉15台；夏季运行33台，平均运行负荷率为47.8%，其中有15座站的负荷率低于50%，5座站可以减少运行加热炉5台[1]。调整后，加热炉热效率整体提高了1%，年可节气60× 104m3（标况）。

2）加强加热炉清淤除垢。根据统计，加热炉在一个生产周期（1年）内结垢最小量为4 mm，将增加燃料消耗26.6%。为提高掺水系统加热炉的运行效率和运行安全性，需定期对加热炉进行人工清垢或化学清洗除垢。按照上一年度加热炉节能测试的结果，确定合理的加热炉清垢周期，建立按周期清垢制度，提高炉效。累计清淤除垢150余次，热效率可提高2%，年可节气50×104m3（标况）。

2.2 节能技术措施

1）真空加热炉。真空加热炉采用真空相变换热技术，即燃烧产生的热烟气经火筒和烟管将热量传递给炉体壳程内的水，水吸收而沸腾，产生蒸汽，蒸汽将热量传递给管程内的介质后冷凝成水并下落，再次吸收热量被加热成蒸汽，如此反复，形成热平衡状态。由于蒸汽的冷凝，使炉内产生负压，形成真空状态。截至目前，集输系统共有相变真空加热炉57台，根据节能测试报告，相变加热炉的热效率一般要比其它加热炉高2%～5%。

2）高效燃烧器。高效燃烧器通过改变燃烧器的结构和进气方式等来提高燃烧效率，降低空气系数，达到节能的目的。具有燃气泄漏自动检测、双重电磁阀组保护、火焰监测系统等功能。目前，集输系统131台加热炉已经全部安装了节能燃烧器，通过检测，加热炉热效率提高了5%以上（表1）。

表1 高效燃烧器应用前后数据对比

3）高效除防垢装置。高效除防垢装置采用超声波除垢，破坏垢类产生和沉积的条件，阻碍在管壁上的沉淀，同时又能够破坏原有垢的内部结构，使垢在金属表面上产生疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落，达到除垢，从而提高炉效的目的。已安装除防垢装置84套，改造后，实现了加热炉持续防垢，减少设备维护和更新费用，延长了设备的使用寿命[2]。

4）加热炉粉刷远红外线涂层。在加热炉内部涂刷节能涂料，发射热射线，将热能转换成远红外辐射能，直接辐射到被加热物体上，引起被辐射物质分子的激烈运动，迅速升温，从而达到提高加热速度，节约能源消耗的目的。对61台加热炉粉刷了远红外线节能涂料，经测试，加热炉粉刷远红外涂层后，热效率平均提高了2%以上。

5）真空加热炉超导液。超导液是一种淡黄色透明液体，无毒、不挥发、无腐蚀、不结垢、-40℃不结冰、沸点低的有机化合物，与水相比有不同的特性：沸点比较低。在标准状态下，超导液的沸点为55℃，水的沸点是100℃。加热相同单位体积的介质时，超导液所需要的热量仅为加热水的热量的45%。汽化温度高、传热快，超导液汽化后温度可达160℃。汽化潜热值高。对11台真空加热炉应用了超导液，取代水作为传热介质。根据测试，炉效可以提高2%～5%以上，同时，由于超导液沸点降低到55℃，降低了炉膛温度，减少了加热炉烟火管烧损概率。

3 认识及建议

1）通过加强加热炉管理和应用节能技术改造措施，提高了加热炉热效率，减少了能源消耗。

2）每项加热炉节能技术都有各自的特点和适用性，在应用时应尽量依托生产实际进行合理的选择，同时应注意技术的组合应用，取长补短，从而达到最佳效果。

3）由于真空相变加热炉采用正压燃烧设计，可有效降低排烟温度，从而提高加热炉热效率，且具有结构简单紧凑、钢耗低、安装方便等特点，应从加热炉运行时间和热效率等方面整体考虑，逐年更换高耗能加热炉。

4）由于节能涂料的有效期一般不超过2年，对已涂刷过节能涂料的加热炉应重新进行涂刷。

[1]周宏伟.提高加热炉热效率技术浅析[J].中国石油和化工标准与质量,2012(9):69-70.

[2]杨洪生,席励新,毛恒轩.相变换热技术在油气集输加热设备中的应用[J].石油工程建设,2005(1):92-95.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.017

2015-03-05）

张志娟，工程师，2004年毕业于西安石油大学（油气储运工程专业），从事油田地面工程管理工作，E-mail：zhangzhijuan@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市第十采油厂规划设计研究所，166405。