加热炉热效率分析及改进措施

张震辉（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

加热炉热效率分析及改进措施

张震辉（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

加热炉是保障油田生产最常用的设备之一，也是能源消耗较大的装置。受各种因素影响，加热炉普遍存在能耗偏高的问题，因此重视现有加热炉的技术改造和加热炉的新技术应用，提高加热炉热效率，是降低装置能耗、提高经济效益的关键所在。通过对加热炉热效率的影响原因进行分析，确定了6个方面的主要影响因素，并摸索出针对这些影响因素的有效改进措施。在改进措施实施后，全矿加热炉平均热效率从78.2%提高到86.3%，提高热效率8.1%。

加热炉；热效；改进措施

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.009

加热炉是油田生产最常用的设备之一，也是能源消耗较大的装置。以某油矿为例，目前共有各类加热炉60台。总负荷超过75MW，单台最大热负荷达到2 MW，加热炉能耗占全矿能耗的30%以上。由于受各种因素影响，加热炉普遍存在能耗偏高的问题，因此重视现有加热炉的技术改造和加热炉的新技术应用，提高加热炉热效率，是降低能耗、提高经济效益的关键。

1 热效率影响因素分析

加热炉的工作原理是燃气在炉内燃烧释放热量，通过辐射室辐射换热，对流室的烟气对流换热，把热量传递给炉管及炉管内介质。

加热炉热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程度，即被加热流体吸收的有效热量与燃料燃烧放出的总热量之比。

式中：η——加热炉热效率，%；

Q——炉子的有效热负荷，kW；

B——燃料用量，m3/h；

QL——燃料低发热值，kJ/m3。

从公式看出，炉子的有效热负荷越高，热效率就越高；燃料用量越少，热效率就越高。

影响炉子有效热负荷的因素主要有以下几方面：一是炉体外壳的保温程度，保温好，热量散失少，热效率就高。二是辐射室火焰长度，火焰越长，热辐射越高，火焰长度与燃烧器的结构、风量和燃料性质有关。三是出风量，由烟道挡板控制，调节排烟氧含量和排烟温度。四是烟管热传导效率，受管壁结垢情况影响[1]。

影响燃料用量的因素主要是油田加热炉多使用返输干气或自产天然气，耗气量受含水量和燃烧器结构功能影响。

2 现场应用

通过对全矿60台加热炉现场调查、测试分析，目前加热炉热效率为78.2%。导致加热炉热效率低的主要因素有：

1）加热炉老化，故障频发。目前有28台加热炉使用年限超过15年。其中2台二合一加热炉火管变形，7台高效炉保温层部分脱落、吊挂变形，影响了热效率。

2）加热炉烟道挡板高，不易调节。挡板调节装置锈死、卡住导致调节困难，位置高，不易操作。

3）未安装排烟温度检测装置。大部分加热炉未安装排烟温度检测装置，不能随时根据检测状况调节烟道挡板，使燃烧效率保持最佳状态[2]。

4）燃气含水高。喇470和喇230转油站天然气脱水效果不好，燃气含水量高[3]。喇470转油站达到2167mg/m3，喇230转油站达到2451mg/m3，易导致加热炉熄火，燃烧效果不好。

5）燃烧器控制效率低。自动燃烧器给转油站加热炉的温度调控带来了安全和便利，促进了加热炉管理水平的提高，但是自动燃烧器在安装调试的过程中都是按照50℃、55℃、60℃三个档位进行温控，而且没有进行烟囱排烟温度的检测，无法确定加热炉最佳运行状态下的自动调节。

6）燃烧器故障率高。冬季气温较低，加热炉燃烧器故障频繁，自动模式改成手动模式，燃烧效率低。

3 改进措施及效果

针对上述问题，采取了以下6项改进措施，取得了良好的效果。

3.1 优化加热炉运行

针对加热炉老化，故障频发，采取优化加热炉运行措施。目前全矿60台加热炉中9台加热炉使用年限长，其中2台二合一加热炉，火管变形，7台高效炉保温层部分脱落，吊挂变形严重影响热效率。这些加热炉炉效低，故障率高并且存在安全隐患。对这9台加热炉进行维修处理，另外的加热炉进行优化运行，其中喇470转油站、230转油站、360转油站等3座转油站实施4台运3台；喇431转油站1座转油站实施3台运2台。通过优化运行，避免了燃气的浪费，杜绝了安全隐患，提高了加热炉热效率[4]。

3.2 安装低位烟道调节装置

针对加热炉烟道挡板高，不易调节，采取处理锈死、卡死加热炉挡板，安装低位烟道调节装置。对全矿所有加热炉挡板进行了全面检查，发现9台加热炉有烟道挡板锈死、卡死、开关不灵活的情况，组织力量进行了全面处理，确保了烟道挡板开关灵活好用。针对烟道挡板调节位置较高，存在安全隐患的情况，在喇290转油站、喇470转油站安装了低位烟道挡板调节装置，并带有检测端口，方便员工进行调节操作，依据检测数据，确保挡板始终处在最佳开启状态。

3.3 动态监测

针对大部分加热炉未安装排烟温度检测装置，采取动态监测的措施。在加热炉运行时利用手持含氧分析仪进行烟囱排烟温度的检测。在介质流量固定的情况下，通过多个温度点烟道挡板的开启程度，折算出最佳炉效，据此确定烟道挡板最佳开启度并做好标示，使加热炉始终在最佳炉效状态下运行。

3.4 加装气包

针对燃气含水高，采取加装气包的措施。在喇470和喇230两个天然气脱水效果不好的转油站，在进加热炉的燃气管线上安装气包[5]，定时放水，减少燃气含水影响。安装气包后，喇470转油站含水量从2167mg/m3降到1024mg/m3，喇230转油站含水量从2451mg/m3降到1108mg/m3。

3.5 增加自动燃烧器温控档位

针对燃烧器控制效率低，采取增加自动燃烧器温控档位措施[6]。结合自动燃烧器厂家，应用含氧分析仪进行了40℃、45℃、50℃、55℃、60℃五个档位温控实验，通过含氧分析仪测定的烟囱排烟温度调整自动燃烧器温控指令，使自动燃烧器监控温度范围进一步扩大，温控精确度得到提高，烟囱平均排烟温度下降了31℃，确保了加热炉始终在最佳炉效状态下运行。

3.6 加强燃烧器改进、维修

针对燃烧器冬季故障率高，结合厂家对故障问题进行改进，同时增加了2套备用燃烧器，出现故障可以快速进行更换和维修。2015年自动燃烧器故障同比减少8次，故障影响时间减少了2.8天。

通过采取以上措施，全矿加热炉平均热效率从78.2%提高到86.3%。提高了8.1%，全年累计节气81×104m3，节约36.45万元。

4 结论

影响加热炉热效率的主要因素是加热炉老化、烟道挡板不易调节、无排烟温度检测装置、燃气含水率高、燃烧器控制效率低、燃烧器故障率高。采取优化运行、安装低位烟道调节装置、动态监测、加装气包、增加自动燃烧器温控档位、加强燃烧器改进、维修，能够有效提高加热炉热效率。

[1]于宝新.油田油水泵站技术常识[M].北京：石油工业出版社，2011：70.

[2]许建选.加热炉节能改造评价[J].石油石化节能，2014（1）：21-22.

[3]王光然.油气集输[M].北京：石油工业出版社，2006：116-117.

[4]俞伯炎.石油工业节能技术[M].北京：石油工业出版社，2000：148-152.

[5]李虞庚.油田油气集输设计技术手册[M].北京：石油工业出版社，1994：168-171.

[6]王树丰.管式加热炉燃烧器的选用[J].油气田地面工程，2013，32（7）：117.

2017-05-03

（编辑 王古月）

张震辉，2011年毕业于东北石油大学，从事油气集输管理工作，E-mail：zhangzhenhui@peteochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市大庆油田有限责任公司第六采油厂第四油矿406队，163114。