（大庆油田有限责任公司第三采油厂规划设计研究所 163000）
摘要：本文主要以油田实际生产作业过程中应用的管式加热炉为例，对管式加热炉炉膛体积发热强度、炉管表面热强度、烟气流速等相关要素进行了分析，并对加热炉设计优化设计技术发展方向进行了探讨。通过分析指出在实际进行油田加热炉设计的过程中，不仅要对加热炉的综合性能指标进行充分考虑，而且还要对环保、安全、经济性等相关指标进行全面考虑。
关键词：油田；加热炉；设计要素；技术发展
引言
油田在生产作业过程中加热炉是一种比较常用的生产设备，通常情况下加热炉的工艺以及结构形式都比较复杂，因此，在实际进行加热炉设计的过程中会存在很大的困难。本文主要以油田常用的管式加热炉为例，对加热炉设计过程中涉及的各种要素以及相关的技术发展进行了探讨。
1 加热炉设计要素
1.1 炉膛体积发热强度
加热炉的炉膛体积发热强度主要指的是燃料燃烧产生的全部热量与炉膛体积的比值，炉膛体积发热强度通常情况下也被称为体积热强度，其主要是用来反映加热炉单位体积炉膛在单位时间内燃料燃烧能够发出的总热量。无糖实际的体积大小对燃料燃烧的稳定性有很大的影响，如果炉膛体积设置过小就会造成原料没有足够的燃烧空间，非常容易造成舔到炉管或者炉架上，而炉膛的温度也会相应的增高，这对于加热炉长期的运行安全极为不利。因此在实际设计必须要充分保证无糖的体积发热强度不能超过41.8万kJ/（m3·h）[1]。
1.2 炉管表面热强度
炉管表面热强度主要指的是在炉管单位的表面积内单位时间所能传递的热量，通常情况下也被称为热流密度或者热流率，其主要的作用是用来反映炉管的传热强度。而加热炉在实际运行过程中炉管内部实际受热并不均匀，因此同一炉管位置不同其局部热强度也存在较大差异，因此，通常情况下所说的表面热强度实际上指的是炉管表面热强度平均值。而炉子平均表面热强度与管内介质、介质流速、炉管材料、尺寸等都有非常紧密的关系。
1.3 辐射室排烟温度
辐射室排烟温度主要指的是介质在进入对流室时的温度，其主要是用来反映炉膛内烟气温度，是加热炉在实际操作过程中非常重要的一种控制指标。如果辐射室海洋温度高，就表示辐射室实际的传热强度比较大，而且如果内部火焰太过猛烈，非常容易导致立管或者管材出现烧坏现象。因此，从加热炉安全运行的角度出发，通常情况下都必须要保证辐射室排烟温度不能超过850℃。
1.4 对流室排烟温度
烟气在经过对流室进入烟囱的时候实际的温度就是对流室排烟温度，其主要的作用是用来反映对流室内烟气温度实际情况。对流室排烟温度能够对烟气离开烟囱携带的热量产生巨大影响，是加热炉在以设计和选型过程中非常重要的一种参数。如果对流室排烟温度较高，就会使得烟气带走大量热量，这对于提升加热炉热效率极为不利，而如果对流室排烟温度过低，就非常容易出现低温露点腐蚀现象。如果没有合理的防腐蚀措施，就必须要充分保证低温段受热面管壁的实际温度要比烟气露点温度稍高。
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1.5 炉管内流速
如果流体在管内的流速过低，那么其边界层就会更厚，实际的传导系数也会相对较小，管壁温度就会相应增高，由此也会导致介质在炉内的停留时间增长，从而使得介质在炉内出现结焦现象，甚至会导致炉管烧坏。而如管内介质流速如果过大又会导致炉管内的压力降以及整个加热炉的管路系统动力消耗增加。因此在实际设计加热炉的时候，在充分保证经济性的条件下要尽量提升炉管内流速。
如果炉管内介质为气液两相，那炉管内流速就会受到两个方面的限制，首先必须要充分保证流型要符合相关标准要求，这样才能避免在炉内出现局部过热现象，另外，必须要保证介质的临界速度。在实际中，炉管内流速不能保证时刻达到临界速度，如果炉内介质流速超过临界速度，就会导致压降快速增加，从而产生涡流损失。通常情况下都会将炉管内的介质流速设置在临界流速的80~%90%之间。
1.6 烟气流速
在针对加热炉的对流室以及空气余热器进行烟气流速选择的时候必须要充分考虑传热以及压降的影响。流速过高会导致传热系数急剧增加，从而使得传热面积降低，能够有效减少投资，而考虑到压强与流速的平方之间呈现出正比例的关系，由此就可以知道必须导致烟囱的高度增加或者引风机的电耗增加。鉴于此，针对烟道或者烟囱内烟气的流速进行设计的时候要对压降以及一次性投资等两种因素进行全面考虑。此外，必须要针对烟囱出口位置的烟气流速设置下线，这样就能避免在大风气候下导致以倒灌。
1.7 压力降
在实际进行加热炉工艺设计的过程中压力将是一项非常重要的指标，这里所指的压力将主要包括介质在流动过程中产生的压力降以及烟气在流动过程中产生的压力下，介质流动过程中产生的压力降能够对整个加热炉的管路系统动力消耗产生巨大影响，而烟气流动过程中产生的压力降能够直接影响烟囱高度以及引风机的电能消耗。
2 设计技术发展方向分析
2.1 设计性能的综合评判
在进行加热炉设计以及选用的过程中会涉及到多因素，在上文中主要针对其中7种因素进行了分析，而很多因素之间都存在相互关联的情况，因此要针对加热炉设计性能进行评判的过程中，必须要对各种因素之间的关联进行充分考虑，在此基础上来针对加热炉设计进行综合评判。针对加热炉的设计性能进行综合评判是一项非常重要的工作。只有在加热炉设计性能科学、准确评判的基础上，才能进一步提升加入设计选择的合理性。
目前，针对加热炉设计性能进行评判的方法有很多，但是应用比较广泛的主要有多级评判法、模糊评判法、灰色理论方法等[2]。
2.2 优化设计
在加热炉设计性能综合评判的基础上才能够合理开展加热炉的优化设计，通过对加热炉设计性能的综合评判就能进一步明确加热炉性能的优劣程度，并能够进一步明确加热炉相关性能指标以及影响因素，在此基础上就能针对目标函数以及约束函数进行进一步优化，以此来建立起优化模型。在优化设计过程中，不仅要对加热炉的性能指标进行充分考虑，而且还必须要对加热炉的环保、安全、经济性等相关指标进行充分考虑。
通过对加热炉的优化设计能够有效提升加入炉热效率，并充分降低炉管压力降，而且还能够实现对烟囱高度的有效控制，基于加热炉优化设计能够有效提升设备的运行效率，与此同时，更能有效提升加热炉的投资效率。
3 结束语
综上所述，在油田的生产作业过程中加热炉是一种非常重要的生产设备，加热炉的运行效率会对油田生产作业产生巨大影响，因此在实际进行加热炉设计的过程中，必须要对加热炉设计相关因素进行全面分析，这样才能有效提升加热炉运行效率。
参考文献：
[1]李宏喜. 吉林油田XM油田地面集输系统优化研究[D].吉林大学,2014.
[2]侯根富,付少波. 华北油田采油四厂天然气加热炉运行现状及改造方案[A]. 福建省土木建筑学会暖通空调分会、福建省制冷学会第五专业委员会、福建省暖通空调科学技术情报网.2007年福建省暖通空调制冷学术年会论文资料集[C].福建省土木建筑学会暖通空调分会、福建省制冷学会第五专业委员会、福建省暖通空调科学技术情报网:,2007:5.
论文作者:张鹏
论文发表刊物:《科技研究》2019年2期
论文发表时间:2019/5/13
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