加热炉负荷率对热效率影响趋势的试验研究

2017-07-03 16:17:34马强中国石油辽河油田分公司

石油石化节能 2017年6期

马强（中国石油辽河油田分公司）

加热炉负荷率对热效率影响趋势的试验研究

马强（中国石油辽河油田分公司）

油田加热炉是地面集输、处理与输送各个环节中必不可少的重要生产设施之一，同时也是油气田重点耗能设备。通过试验分析加热炉运行负荷率与热效率的关系，对现场加热炉的测试数据进行统计汇总，分析单台加热炉效率与负荷率关系及同一功率范围内不同加热炉效率与负荷率的关系，得出不同类型加热炉的负荷率对效率的影响程度，并从理论上分析热负荷与能耗的变化关系。

油田加热炉；节能；负荷率；热效率

油田加热炉是油气生产的重要设施之一，是地面集输、处理与输送各个环节中必不可少的重要生产设备。油井井口加热、掺水、热洗、转油站含水油外输、原油脱水、联合站净化油外输、原油稳定、成品油输运，以及地面设施的供暖和伴热等环节都离不开这一设备。油气田在用加热炉以水套式加热炉、火筒式加热炉、相变式加热炉和管式加热炉为主[1-2]。

1 加热炉负荷率

一般情况下，加热炉负荷率的允许操作上限为110%～120%，主要考虑炉膛体积和烟气侧阻力限制的因素。在分析加热炉热负荷对效率的影响时，主要是基于现场测试数据的统计分析，研究结果表明：随着热负荷的降低，燃料供给量随之下降，炉膛内火焰的充满度降低，辐射效果变差[3-4]。此外，降低负荷后炉壁的散热量相对增大，散热损失增加，进而导致热效率下降。若将负荷提高到设计负荷以上，则需增强炉膛内的辐射强度，提高炉膛温度，进而引起排烟温度升高，同样会导致效率下降[5-6]。

2 单台加热炉效率与负荷率关系

2.1 火筒式直接加热炉

试验分别对额定热负荷为0.58 MW、1.163 MW、1.74 MW以及2.33 MW的火筒式直接加热炉（火筒炉）在不同负荷率下的效率进行了测试（表1）。

表1 火筒炉负荷率和效率汇总

根据表1数据绘制了火筒炉效率随负荷率变化的关系曲线（图1）。

图1 火筒炉效率、负荷率曲线

由图1可知，在所测负荷率的范围内，随着负荷率的增大，大部分火筒炉（0.58 MW、1.163MW、1.74 MW）的效率呈现先升高后降低的趋势。总体来说，火筒炉的效率随负荷率的变化而变化。随着负荷率的增加，火筒炉的效率变化趋势是先升高后降低，即有一个最高效率点；同一负荷率下，大额定功率的加热炉效率一般高于小额定功率的加热炉效率，在负荷率超过一定数值（70%左右）时，这个规律更加明显。

2.2 管式加热炉

试验分别对额定热负荷为1.163 MW、1.74 MW以及2.33 MW的管式加热炉在不同负荷率下的效率进行了测试（表2）。

表2 管式加热炉负荷率和效率汇总

根据表2数据绘制了管式加热炉效率随负荷率变化的关系曲线（图2）。

图2 管式加热炉效率、负荷率曲线

由图2可知，管式加热炉的效率随负荷率的增加而增加。3#加热炉效率随着负荷率的增加，先升高后降低，即存在最高效率点；同一负荷率下，大额定功率的加热炉效率一般高于小额定功率的加热炉效率，在负荷率超过一定数值（70%左右）时，这个规律更加明显。

2.3 相变加热炉

试验分别对额定热负荷为0.58 MW、1.5 MW以及1.74 MW的相变加热炉的负荷率与效率进行测试（表3）。

表3 相变加热炉负荷率和效率汇总

根据表3数据绘制了相变加热炉的效率随负荷率变化的关系曲线（图3）。

图3 相变加热炉效率、负荷率曲线

由图3可知，对于小功率的相变加热炉（0.58 MW），加热炉的效率随负荷率的增加呈现先增加后降低的变化规律；对于较大功率的相变加热炉（1.5 MW、1.74 MW），随着负荷率的增大，加热炉效率升高；在同一负荷率下，大额定功率的加热炉效率高于小额定功率的加热炉效率，但1.5 MW与1.75 MW的相变加热炉效率区分不明显。