加热炉燃烧器故障检测方法的研究与应用

魏作涛（大庆油田有限责任公司储运销售分公司）

加热炉作为介质加热的重要设备，在油田企业中应用极为广泛，用户包括油气田开采、油气储运、石油炼化等众多行业和单位[1-2]。现油田使用的加热炉型号众多，配备的燃烧器品牌各一，使用地点较为广泛，在使用中维护保养和维修极不方便，一旦出现故障，无法运行，严重影响安全生产和导致事故的发生。油田进入开采中后期，存在着设备老化、工艺设计与运行工况不匹配等情况，进行节能改造势在必行。通过增加加热炉燃烧器故障快速检测回路，可有效降低加热炉燃烧器故障的排查时间，快速查清故障原因，确保加热炉燃烧器顺利运行，有助于提高节能降耗水平。

1 存在的问题

加热炉燃烧器在启动过程中，程控器接到启动指令后进行前期大风吹扫[3]，电磁阀动作（关闭和打开相关电磁阀），喷油嘴（阀）在吹扫过程中受到预热，温控器在吹扫和雾化期对燃料油进行加温；吹扫期后伺服马达行至点火负荷，电磁阀动作（关闭和打开相关电磁阀），燃料油在油泵作用下经喷油嘴控制回路，点火电极拉弧点燃加温雾化后的燃料油（喷油量根据设定温度指示进行自动调整），进风量同时进行自动调整，点炉运行过程完毕。加热炉停运后，风机自动继续后期吹扫，将炉膛内烟气吹扫到设定时间后，风机停止工作。

但在燃烧器启动中，经常出现程控器信号无法指令风机运行，电磁阀不动作或误动作造成炉膛充油的二次燃烧，点火电极不能进行拉弧和油泵无法启动，以及进风量与喷油量不平衡造成燃料油不完全燃烧产生的大量黑烟和不充分燃烧产生颗粒物的飘散[4]等多种故障的发生，不仅增加了油耗[5]，而且造成环境污染事件的发生。

在燃烧器故障处理过程中，控制回路繁琐设备部件较多，故障原因查找判别用时较长。对2009—2017 年同月份中出现的维修时长、出站温度变化、油料消耗进行对比分析表明：维修时间越长外输管道介质温度下降越快；处理故障后，燃烧器运行在进站温度不变、设定出站温度不变、外输流量不变的工况下，瞬时油耗明显增大，经燃料油流量计计量确定当日燃料油消耗明显增多。

2 解决方案

2.1 研发宗旨

以单位在用多台某品牌燃油燃烧器[6]为研究改造对象，在不改变原控制回路（220 V）和功能[7]状态下，添加测试装置回路，以便进行高压点火电极、电磁阀、油枪预热、风机运行和油泵运行等控制回路测试，及时判断故障原因，减少故障排查时间，提高设备完好率和使用率和达到节能减排的目的。

2.2 建立燃烧器故障检测回路

经现场排查燃烧器各项控制回路，确定添加测试装置回路[8]，它能够进行高压点火电极、电磁阀、油枪预热、风机运行和油泵运行等控制回路测试，燃烧器故障检测回路见图1，其安装使用后效果良好，符合各项工况运行条件。

2.2.1 风机测试回路

1）测试目的：测试风机电动机运转是否正常；测试风机交流接触器、过流保护器是否正常；测试风机电动机主回路是否缺相和线路及节点是否正常；测试伺服马达运转是否正常；风门挡板是否能正常开启；排烟系统是否正常。

2）操作步骤：按动K2开关确认开启，按动K1开关确认开启；同时检查风机运转是否正常，伺服马达运行是否正常，风门挡板是否打开。关闭K2、K1开关，确认关闭测试回路。

2.2.2 点火电极测试回路

1）测试目的：用来判断高压点火回路、电器元件运行是否正常（如高压线圈点火电极及连接节点和部分高压点火回路）。

2）操作步骤：按动K7开关，确认测试回路开启；同时在观火孔处检查点火电极的位置，弧光是否正常。测试完毕关闭K7开关。

2.2.3 电磁阀测试回路

1）测试目的：检测电磁阀线圈工作是否正常；检测阀体部件是否工作；检测电磁阀部分控制回路是否正常。

2）5#电磁阀检测操作步骤：按动K5 开关，确认测试回路开启；同时确定5#电磁阀是否动作或用绝缘棒触在5#电磁阀体上，确定电磁阀是否动作。测试完毕关闭K5开关。

3）4#电磁阀检测操作步骤：按动K4 开关，确认测试回路开启；同时确定4#电磁阀是否动作或用绝缘棒触在4#电磁阀体上，确定电磁阀是否动作。测试完毕关闭K4开关。

4）3#电磁阀检测操作步骤：按动K3 开关，确认测试回路开启；同时确定3#电磁阀是否动作或用绝缘棒触在3#电磁阀体上，确定电磁阀是否动作。测试完毕关闭K3开关。

2.2.4 油泵测试回路

1）测试目的：检测油泵运行是否正常；检测油泵电动机运行是否正常；检测油泵主回路运行是否正常（如交流接触器、过热保护器等）。

2）操作步骤：启动按钮K6 确认测试回路运行，同时检查燃烧器油泵出口压力表判断油泵运行情况。检测完毕关闭K6开关。

2.2.5 油枪预热测试回路

1）测试目的：用于冬季加热炉运行期间。在长时间停炉情况下，因油枪总成和喷嘴阀处于补风漏风区极易形成油枪总成和喷嘴阀低温，使得油枪内燃油（重油）凝结于油枪内部元件上（如制动弹簧、杆、活塞型圈、喷嘴阀及喷嘴阀过滤网等），若强行运行易造成油枪内元件和喷嘴阀损坏。

2）操作步骤：按顺序开启K2、K5、K6 开关，预热油路导通。用温度计通过燃烧器和炉体交接处右侧小孔测温，超过设定值（50 ℃或以上）时达到预热要求。预热完毕按顺序关闭K6、K5、K2开关。

图1 燃烧器故障检测回路（220 V）

3 效益分析

3.1 经济效益

经改造后的燃烧器控制回路快速查找回路，可在较短时间内准确判断出故障点和故障设备，为检修人员提供准确的故障排除依据。通过对比维修时长、出站温降、燃料油消耗等数据充分证明，检修时长、外输介质温度与油耗关系见图2，应用加热炉燃烧器故障检测方法可达到较高的节能降耗[9]水平，符合油田开发期的各项要求。特别是在油耗方面，从2009—2017年统计的平均故障排除时间由最低2.3 h 降至1.2 h，温降由最高温降34 ℃减少至26 ℃，按每小时节约0.2 t 燃料油计算，每台加热炉每年可节约近13 t燃料油的消耗，节约资金约3.9万元。以油田在用的100台燃油燃烧器为例，每年可节约燃料油消耗约1 300 t，节约资金近390万元。

图2 检修时长、外输介质温度与油耗关系

3.2 安全效益

经改造后的燃烧器控制回路快速查找回路，可在较短时间内准确判断出故障原因，降低故障处理时间，有效防止因低温凝管而造成输油管道冻阻事故的发生；同时还能排除由电磁阀不动作或误动作而导致的油路故障，为炉膛是否充油提供准确依据，防止在点炉过程中出现的炉膛内原油二次燃烧的事故发生，为油田安全生产提供有力保障。

4 结论

随着油田开发的不断深入，油气资源的衰减和开发成本的增大，特别是近些年国际油价呈现较大范围的波动和负油价时代的到来，致使油田原有的开发环境雪上加霜；因此，控制成本支出、节能降耗、内部挖潜等方法将成为油田开采期间的工作重点。对于大庆油田、海拉尔油田而言，由于其所处地理位置的限制，冬季需要大量的原油和天然气对外输原油进行加热增温，而加热炉在原油输送管线中起着重要的作用。研究和应用加热炉燃烧器控制回路检测方法，可有效降低故障查找、判断、排除的时间，此方法具有较强的应用性和实用性，具有较高推广和发展前景。