加热炉优化运行研究

杨智鑫刘佳张俊强

杨智鑫刘佳张俊强

河钢承钢板带事业部卷板作业区河北承德067000

摘要：油田产业在近些年得到了很大的发展，现在油田进入高含水后期，由于产能递减，早期安装的加热炉部分出现负荷偏低、加热效率下降、腐蚀结垢严重等问题。因此，探讨加热系统的特点及寻求对应的提高效率措施成为油田的重要任务。

关键词：加热炉；优化；运行

引言：本文通过对燃气加热炉故障原因及生产运行参数进行分析，找出了燃气加热炉故障的主要原因和影响热效率的主要因素，提出了一系列的解决方案和节能措施，可产生显著地经济效益。

1加热炉选型

1.1管式加热炉

早期管式加热炉广泛用于国内各油田的油气集输、原油长输管道工程项目上，目前这类国产设备从设计到制造已形成系列化、规格化，设备效率、安全可靠性均较高，现场使用情况良好，但炉管易结焦，效率降低，压降大，正逐步被替换。

1.2热媒炉

热媒加热炉由有机热载体加热炉、有机热载体、循环泵、热媒管网、用热设备、膨胀罐、储油罐、氮封系统、仪表和自控系统以及其它辅助设备组成。热媒加热炉主要是通过对载热体导热油进行加热，加热到一定温度的导热油，送到换热设备与被加热介质进行热交换后回到加热炉的间接加热设备。循环泵应采用风冷式导热油卧式专用离心泵，循环泵使热载体在系统内维持一定的流量。导热油膨胀罐应设置氮封，避免导热油在膨胀罐中被氧化。氮封起到将导热油与空气隔绝的作用。该加热设备是近年来推广使用的新型加热装置，具有热效率高，安全可靠，自动化程度高，设备使用寿命长，便于维护的特点。但系统较复杂，需要电动泵、循环热媒等，管理点多。此外，导热油需要定期更换，运行成本较高。常用于热负荷要求较大的情况下。

1.3分体式相变炉

分体式相变加热炉是结合油田实际开发的新型加热炉，其工作原理与水套加热炉相近，其下部锅壳内的中间介质水受热蒸发产生一定压力的饱和水蒸汽，水蒸汽由蒸汽接管进入上部的管壳式换热器，与管壁发生相变换热。凝结水经回水管返回锅壳中，循环加热，利用水的相变传热技术。结构上，分体式相变炉下部为加热炉，上部为换热器。分体式相变炉的结构见图1所示。

图1分体式相变炉结构图

分体式相变炉之所以目前被广泛应用，主要因为它具有安全、节能、无动力设备、结构简单、安装方便、自动化程度和热效率高、易于管理等特点。在工程实际中2000~5000kW的相变炉应用尤为广泛。

2加热炉节能现状

受到现场使用条件等因素限制，加热炉在实际使用过程中工况会经常发生变化。部分加热炉存在有过剩空气系数偏大情况，过剩空气系数甚至会超过2.0。操作人员如果不能结合实际工况情况进行适当的控制和调节，将严重影响加热炉运行效率，增大燃料的消耗。

3加热炉运行分析

加热炉经济性评价主要通过评价加热炉效率方式进行，加热炉的热效率可以很大程度上反映加热炉的燃料利用水平。通过测试分析，影响加热炉热效率的主要有炉体散热损失大、加热炉结垢严重、热负荷低等因素。

4加热炉节能改造措施

针对加热炉运行节能方面的不足，下面提出了一系列节能技术改造措施，经过计算与现场应用可有效解决低效率运行的问题，取得良好的经济效益。

4.1合理控制热负荷

油田生产的特性决定了加热炉的负荷在不同的季节变化很大，多数加热炉长时间运行在低负荷状态。研究表明，在如果热负荷处于70%～100%，那么其加热效率相对较高，如果热负荷不足70%，那么热效率将会有很大程度的下降，热负荷越低，其效率下降越发明显，耗能越高。想要实现对热负荷的有效控制，必须要提高在负荷管理方面的重视度，使加热炉的高负荷运行得到有效保证，提高运行管理有效性。在实际生产过程中不要为了单纯的使加热炉处于高效率运行状态而盲目的增大负荷量，要有针对性对负荷进行相应的调整。特殊情况下，可以通过牺牲效率等方式实现对能耗的有效控制。生产管理中，更应注重高负荷下的技术管理，维护人员需要提高在操作管理方面的重视度，在夏季尽量使加热炉满负荷运行，避免存在有过多的散热损失。

4.2加热炉出口油温自控系统

采用PID调节器组成的PID自动控制系统调节炉温，通过系统中温度检测组件，实现对物料出口温度的有效检测，经过PID进行信号转换，对燃气阀门的开度进行相应的调节，最终实现对出口油温的自动控制。

4.3设备更新

对于运行热效率低、承压件还可正常使用、通过清淤清垢或更换燃烧器无法使运行热效率提高到85%以上的加热炉，可委托专业人员对烟火管、烟箱等处进行检测，对其局部更新改造，情况严重考虑进行大修，以此提高热效率，降低天然气能耗。

4.4技术改造

近年来某采油厂结合老区改造、安全隐患治理、节能节水专项以及其他项目，对于一些运行热负荷不是很低、经改造后热效率可提高到85%以上的加热炉进行针对性地相应技术改造，采取更新高效燃烧器、改造二合一加热炉耐高温材质、涂刷加热炉节能涂料等措施。同时对现市场研发的新技术进行试验应用，例如新型一体化多功能燃烧装置。该装置是根据加热炉排烟的含氧量变化合理控制燃烧器的过剩空气量，实现与燃气流量串级联动控制调节空燃比，及时监测加热炉运行过程的炉效与负荷率，可以进行自动空燃比连续动态调节，炉管高温检测、炉效检测。当加热炉发生超负荷、低炉效以及罐内结淤结垢严重等状况时，系统能自动报警并实现联动调节，实现加热炉的优化燃烧，节能降耗。

4.5应用节能涂料

节能涂料有着非常好的耐腐蚀性、牢固性、抗高温及热冲击性以及热辐射效率，可以有效提高加热炉的加热效果，降低加热炉结焦速度，延长加热炉使用寿命。在加热炉内部涂刷节能涂料，能够实现对热能的有效转化，将其变为红外辐射能，加速被加热物质分子间的运动量，提高温度，实现对能源消耗的有效控制。

4.6运行管理

为了更好的提升加热炉运行效率，在加热炉运行管理方面可采取常温集输及定期清淤清垢两种提效措施，对在用加热炉制定合理的清淤清垢周期，严格按照计划执行，及时清理加热炉换热面介质侧淤积物和垢质，保持换热面高效换热，提高加热炉运行热效率。加强加热炉日常管理，保证加热炉高效运行，及时采取必要的措施，可以达到节能的目的。从加热炉使用过程中看，调整设备运行参数，根据季节和外界环境确定加热炉介质出口温度，保证加热炉在经济合理的工况下运行，可以达到节能的效果。

4.7精细管理促节能增效

通过经济指标分析加热炉主要能耗构成，有针对性的开展工作。细化节点管理，加强能耗监测管理、过程控制等工作，强化员工操作技能培训，增强员工的节能意识，树立高效低耗理念，深入挖掘内部潜力，最终提高节能降耗工作有效性。在实际工作过程中，既要重视设备节能技术改进，同时还需要采取科学合理的管理方式。 制定针对性的节能控制目标，每月对相关指标完成有效性展开检查考核，通过奖惩激励机制，实现对节能过程的高效控制，最终使能耗管理工作有显著的提高。

4.8优化核减

根据开发预测及产量预测，对低效、低负荷、能耗大的加热炉实施优化运行，同时结合生产实际，针对季节特性对加热炉实施合理停炉，以提高加热炉运行热效率，并在老区改造工程中继续实施集输油系统优化调整，取消低负荷率、老化严重、高能耗站所。

结语

加热炉作为油气集输工作中的重要设备，其正常运行和节能管理工作都是十分重要的。因此，在实际的生产过程中，要提高运行管理方面的重视度，从精细管理中要效益，提高设备运行的经济有效性。

参考文献：

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[2]油气田地面工程科技成果选编[G].赤峰：内蒙古科学技术出版社.

[3]杨春.加热炉运行分析及改进[J].石油石化节能，2015.

[4]孙忠辉.油田加热炉能效限定及运行综合评价[J].石油石化节能，2013.