加热炉完整性集控管理平台在杏北油田的应用

武昆（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

1 现状

截至目前，杏北油田共建有各类加热炉454台，包括：二合一216台，火筒炉54台，真空炉135台，除垢炉10台，微正压炉4台，杏北油田在用加热炉情况统计见表1。其中，杏北502转油站等10座转油站应用33套炉况优化装置，可实现动态调整燃烧器及烟道挡板开合，确保加热炉在最优工况下运行。

表1 杏北油田在用加热炉情况统计

随着大庆油田数字化建设的全面推进，加热炉的信息化技术也在不断完善，开发出了加热炉完整性管理平台技术。杏北油田已开展两座站库的加热炉数字化系统改造，实现站库生产数据集中监控[1]。为了进一步了解该技术的建设和实际运行情况，从节能效果、安全生产以及管理提升三方面对杏北油田已建加热炉完整性管理平台的运行效果进行分析，明确该技术的适应性及应用潜力。

2 加热炉完整性集控管理平台的应用

2.1 技术原理

加热炉完整性管理平台是基于互联网、大数据、智能化等先进技术和理念搭建的锅炉及加热炉全生命周期管理平台，主要由炉效优化系统、室内分控系统、加热炉完整性管理集控装置共三个部分组成，可实现运行过程中全自动状态检测、监测、智能诊断、数据采集与数据自动分析处理等功能，加热炉现场系统组成见图1。

图1 加热炉现场系统组成

1）炉效优化系统。系统主要通过对燃烧过程的过剩空气系数的控制实现燃烧效率的提升。主要包括燃气流量计、温度传感器、氧含量传感器、视频摄像头等传感器及效率优化控制程序。

2）室内分控系统。该系统以控制器为核心构建，对锅炉、加热炉运行过程中的相关参数进行采集与控制，并实现相关安全参数的自动保护。组成主要包括：控制系统、自动点火系统、熄火保护系统、阀组检漏系统、供风系统、综合连锁报警、火筒超温系统及漏液保护系统等。

3）锅炉加热炉完整性管理集控装置。系统通过工业计算机搭载软件系统，实现站内多台锅炉及加热炉集中控制与数据的对比分析与管控。并可通过网络与上级管理平台进行数据访问、交换、控制等[3]。主要包括：视频监控、公共信息采集、通信等单元。

2.2 现场应用情况

杏三联合站及杏北三元-9转油放水站通过2018年杏七区中部Ⅱ、Ⅲ块三元复合驱产能项目安装加热炉完整性管理平台。杏三联合站完整性管理平台控制14台加热炉，包括：杏北3001转油的6台二合一加热炉及2台采暖炉，杏三联合站的4台二段加热炉和2台外输炉。杏北三元-9转油放水站完整性管控平台管控9台加热炉，包括：4台掺水热洗炉，2台分体式加热炉和3台新型余热回收加热炉。

2.3 运行效果

根据现场跟踪，该平台可实现以下功能：

1）保障加热炉高效运行。通过对炉体运行参数的监测和控制，实现燃烧效率的提升。

2）实时监控运行参数变化情况。可通过参数分析、炉间分析、时域分析对加热炉历史数据进行对比分析。

3）实时监控现场运行状态。员工可通过视频监控，在值班室实现可视化了解现场及火焰燃烧情况，有效提高生产的安全系数。

4）实现智能托管定时管理，热洗时汇管温度设定，进行出口温度设定，在满足安全和生产要求的前提下，保证加热设备在稳定状态下运行。

5）实现故障识别及智能诊断，准确识别故障根因，智能化提供解决方案，使设备可靠稳定长周期运行[4-5]。

2.4 节能效果跟踪

2.4.1 应用托管技术的节能效果跟踪

目前站上还有不少的二合一负压炉，这种加热炉提火、降火对温度的影响惯性很大，例如现在提火操作，温度大概近1 h后才能体现出来，所以存在人工控制的时候温度波动大及需要经验丰富的人员才好控制[6]。人工控制具有以下缺点：一是安全性较低，二合一加热炉加热惯性大容易温度过高；二是流量波动大，对人工操作的经验要求很高，同时也必须实时的关注温度波动情况；三是安全保护措施不足，原有的控制系统，并不能根据每台加热炉的情况设置对应的燃烧条件；四是操作繁琐，如热洗的指标的温度白天和晚上需求不一样，为了满足白天的温度要求，经常半夜开始操作[7]。

通过托管技术的应用，可实现以下功能：一是实现炉管保护，可设定火管及火筒，通过实时检测火筒表面温度，预警火筒烧漏烧损，杜绝加热介质外部泄漏事故的发生；二是实现定时热洗，可通过对加热炉进行分组设置，设定热洗启停时间，精控热洗温度，有效降低工人劳动强度，且提温过程较为平稳；三是可设置降火上限，使系统调火遵照安全规范的要求，避免不规范调火带来的安全隐患、设备受损，确保加热炉安全运行，降低安全隐患。

针对智能托管的节能效果开展现场跟踪，在杏北三元-9转油放水站进行现场试验，在热洗井数、热洗温度等参数相同的情况下，分别采用智能托管和人工手动两种方式进行热洗，经数据对比，单台加热炉日节气量648 m3，能耗对比见表2。

表2 能耗对比

2.4.2 炉效提升节能效果分析

2019、2020 年加热炉炉效测试数据见表3，安装加热炉完整性管台平台前，测试的11台加热炉平均炉效仅达81.9%，低于集团公司85%的指标要求。应用后平均炉效率达89.01%，平均炉效提升7.11%，平均排烟温度为157℃，平均过剩空气系数1.47，加热炉运行效率显著提升。

表3 2019、2020年加热炉炉效测试数据

2.4.3 精准控温节能效果分析

利用完整性管理平台，可实现精准定温，与人工手动调节相比，可减少1.5℃以上的温差。以杏北三元-9转油放水站为例，计算精准控温的节能效果。2019年杏北三元-9转油放水站全年总掺水量为136×104m3，平均掺水量为150 m3/h，按照降低温差1.5℃计算，共计节约热量24.6×104m3。

2.5 经济效益评价

2.5.1 节气效益

1）炉效提升节能效益。已建全数字化站场的2019年17台加热炉全年耗气478.41×104m3，按节气率7.9%计算，年可节气约37.79×104m3，每立方米天然气单价0.55元，年节约生产成本20.78万元。

2）智能托管节能效益。按照单站月热洗周期20天计算，单台加热炉日节气403 m3，杏北3001转油站及杏北三元-9转油放水站两座站库年节气共计19.34×104m3，节约成本10.64万元。

3）杏北3001转油站及杏北三元-9转油放水站平均掺水量共计200 m3/h，按照降低1.5℃温差计算，年可实现节气33×104m3，按照每立方米天然气0.55元，年节约生产成本18.15万元。

2.5.2 安全效益

完整性挂管理平台可对设备全方面360°诊断和预测，准确识别故障原因，快速诊断状态与维修设备，可节省30%以上加热炉生产维修、维护成本以及年度清淤成本，提高设备使用寿命、实现降本增效[8]。预计每台加热炉年节约各类维修维护费用2万元，年可节约维修维护费用34万元。

2.5.3 管理效益

通过应用完整性管理平台，可有效提高员工的工作效率，降低用工人数，减少人员的浪费[9]。节约人工成本25%左右，一个员工的年成本按10万元计算，单站可年节约人工成本20万元。

3 结论

1）加热炉完整性管理平台通过精准控温、炉效提升、智能托管三个方式有效降低耗气量，杏北3001转油站及杏北三元-9转油放水站可实现年节气90.13×104m3，节约生产成本49.6万元。

2）加热炉完整性管理平台通过漏液检测、视频监控、智能诊断、炉管保护等功能，及时掌控炉膛及各部件运行情况，使系统调火遵照安全规范的要求，避免不规范调火带来的安全隐患、设备受损。

3）加热炉完整性管理平台依托智能托管、视频监控等功能，可实现定时热洗，室内观察烧火间及炉膛燃烧情况，有效降低员工工作量[10]。