天然气净化处理厂导热油炉提效改造

刘刚路兵齐飞（中国石油大港油田天然气公司）

天然气净化处理厂导热油炉提效改造

刘刚路兵齐飞（中国石油大港油田天然气公司）

导热油炉是天然气净化处理厂中广泛使用的加热设备。目前，大港油田天然气处理站导热油炉耗气量占总耗气量的60%，但其在使用过程中存在排烟温度高、耗能高、负荷率和热效率偏低等问题，未达到国家标准热效率的要求。结合大港油田天然气处理站加热炉存在的实际情况，开展了加热炉提效对策分析，通过应用烟气余热回收技术、空气预热技术及采用全自动电子比例调节式燃烧器，加热炉效率提高了10%，每年可以节约天然气18×104～35×104m3，实现了节能减排目标。

导热油炉；提效改造；效率；排烟温度

1 概述

加热炉是油气田生产中广泛使用的加热设备[1]。大港油田天然气处理装置加热炉年耗气约300×104m3，为分子筛脱水及精馏等单元提供热量。其中，有1台4000 kW导热油炉因投产年限较早，达不到《锅炉节能技术监督管理规程》及中油勘探与生产公司关于加热炉提效工作要求。根据节能监测结果，该加热炉排烟温度、空气系数、效率均达不到标准要求。且该加热炉年耗气约为180×104m3，占该站燃气消耗的60%，对天然气处理站总体综合能耗有较大影响，需要进行提效改造。

表1 天然气处理站4000 kW导热油炉能效测试结果

2 原因分析

经过分析，该导热油炉主要存在如下问题：

1）排烟温度偏高。在加热炉各种热损失中，排烟热损失所占比重最大[2]。由表1可知，该加热炉排烟温度达250℃，远高于规范限定值，排烟热损失非常大，导致了效率偏低。

2）空气系数偏大。该加热炉未配备烟气监测仪器，空气系数的调整无法精准，配风量过小则造成燃烧不充分，大气污染物排放不达标。为确保正常运行，通常会选择比较保险的空气系数（偏大），空气系数的增大虽不影响加热炉的运行，但使得效率低，燃料消耗增大。

3 改造方案

加热炉提效改造的方法较多，如贾中辉等[3]提出的膜法富阳局部增氧射流助燃技术在大港石化公司获得良好应用，马建国等[4]提出的采用真空相变加热炉提效，杨春[5]提出的应用高效清垢防垢技术提高加热炉效率等。通过对比不同方法，并结合天然气处理站加热炉实际，制定改造方案。

3.1 方案

将已建4000 kW加热炉的一体化燃烧器更换为分体式燃烧器，在烟道处增设空气预热器和鼓风机实现烟气余热回收，通过换热提供燃烧用热空气，以提高加热炉综合热效率。对相应控制系统进行改造，实现新的燃烧器与现有控制系统的匹配。对相应配电系统进行改造，满足新增助燃鼓风机电力需求。在烟道处增加氧气分析仪，监测空气系数，通过实时调节氧含量，节约燃气消耗。

根据现场实际情况，循环泵、储油罐、膨胀罐及注油泵均可以利旧。系统改造后，供热管网不变，如图1所示。

图1 改造示意图（点画线内设施为新增）

3.2 工作原理

增加空气预热器（烟气-空气换热器），其原理是将天然气燃烧后的烟气余热回收预热助燃空气温度，即通过空气预热器收集和利用加热炉出口的高温烟气，提高空气入炉温度，提高辐射传热水平和受热效率，并降低加热炉排烟温度。另外，增加烟气氧气分析仪，监测烟气中氧含量，合理调整配风比，减少燃料不完全燃烧而造成的热量损失，从而达到节省燃料和排放环保的目的。

3.3 改造实施注意事项

3.3.1 空气预热器

按照GB24848《石油工业用加热炉能效限定值及能效等级》要求，以91%的热效率为改造目标，设计空气预热器。新增空气预热器参数如表2所示，型式为换热管式。应该注意的是，因改造项目受制于现场空间位置，必须对现场进行踏勘后方可进行招标采购。

表2 空气预热器参数

冬季启运加热炉时，由于湿热的烟气与温度较低的空气进行换热，将产生一定量的冷凝水，必须在烟道、风道管路中设置冷凝水排放点，在加热炉的升温过程中加密排放，否则易导致设备的腐蚀。

3.3.2 分体式燃烧器

燃烧器为热风型燃烧器，其选择必须考虑法兰口径、火筒长度、输出功率等参数与原系统兼容，新燃烧器的安装不应改变加热炉本体结构。另外，应将二段式燃烧器更换为效率更高的全自动电子比例调节式燃烧器。现有加热炉风机电动机功率为18.5 kW，新增电动机功率应该满足最大负荷下风量，考虑到耗电因素，不宜选择过大功率的电动机。经过核算，此次改造选择22 kW电动机即可满足所需。

因导热油炉在净化处理装置中属于重点设备，一旦停炉将造成装置被迫停产，不但造成液化气、轻烃产量经济损失，还将造成天然气的大量放空。因此，加热炉的改造只能在装置停产检修期间进行，改造的工期控制非常关键。可以在烟囱改造前，提前完成风机、空气预热器的安装，烟道、风道的预制工作以及燃烧器控制程序的编制工作。停炉后，只需完成烟道、风道及燃气管线的连头，更换控制柜内部分元件及程序后进行投产调试。

4 应用效果

控制烟气氧含量，对控制燃烧过程，实现安全、高效和低污染排放是非常重要的[6]。因此，在改造实施后，应用了新增的烟气分析仪，对燃烧器的燃烧进行调试，精确测量烟气中氧含量。

选择不同负荷情形对该加热炉再次进行节能监测，结果如表3所示，各项参数均达到标准要求。

表3 天然气处理站4000 kW导热油炉改造后能效测试结果

改造后，对该加热炉改造前、后天然气消耗量进行了对比，由改造前5500 m3/d变为5000 m3/d，日节约500 m3天然气；带大负荷时，由改造前的7200 m3/d变为6200 m3/d，日节约1000 m3天然气。年可节约耗气量为18×104～35×104m3。

5 结论

通过对大港油田天然气处理站导热炉存在的问题进行分析和探讨，针对性地提出了相应的提效技术改造方案。实施后，导热炉效率可以提升至91%以上，说明导热油炉烟气余热应用于自身所用助燃空气是可行的，可以节约约10%的耗气量。空气预热技术的应用过程中，需注意温度变化引气的冷凝水问题，避免腐蚀发生。同时，导热油炉是天然气处理站厂中的重点耗能设备，在招标采购时，除考虑其运行可靠性外，耗能水平的高低也应作为考核的重要指标。

[1]孙仁龙，张侃毅，赖德贵，等.轮南作业区加热炉提效技术改造[J].油气地面工程，2015，34（9）：5.

[2]张庆峰，周学军，王军民，等.长庆油田加热炉提效措施分析[J].石油石化节能，2015，5（11）：45.

[3]贾中辉，李红军，刘刚.膜法富阳局部增氧射流助燃系统的减压炉的应用[J].炼油与化工，2011，22（6）：32.

[4]马建国，蒲明.油气田加热炉提高热效率对策分析[J].石油石化节能，2013，3（1）：9.

[5]杨春.加热炉运行分析及改进[J].石油石化节能，2015，5（4）：41.

[6]金虎，王成军.控制烟气氧含量是锅炉大气污染物达标排放的关键[J].新疆石油科技，2016，26（1）：55.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.011

2017-02-11

（编辑 李发荣）

沙漠绿岛石西油田

刘刚，工程师，2006年毕业于大庆石油学院（化学工程与工艺专业），从事天然气处理、集输、生产运行及节能管理工作，E-mail:liuguangmei0120@163.com，地址：天津市大港油田天然气公司生产运行科，300280。