摘要：油田集输系统能耗的重要组成部分是加热炉能耗，加热炉能效高低直接影响到油田生产成本。随着油田逐年开发，加热炉由于运行时间长、采出液成分复杂等原因，造成部分加热炉频繁出现运行热效率低、烟火管鼓包甚至烧损、供热能力不足等问题，给生产管理和节能降耗带来了很大的困难。为了解决这一生产难题，PB油田采用加热炉管理与技术改造相结合的方式，通过优化加热炉清淤除垢周期、改进烟管清灰方式等先进管理方法和节能涂料涂敷等有效的技术改造措施，提高了加热炉运行热效率，实现年节气253×104m3，降低了能耗和人工成本，为油田加热炉深入挖潜增效提供参考。
关键词：油田；加热炉；运行热效率；节能
引言
在油田的油气集输系统中，广泛地使用着各种形式的加热炉，它直接影响油田系统的热能消耗和利用程度，是油气集输系统中的主要耗能设备。据统计，加热炉热能消耗占油气集输系统的80%以上，由于现场使用条件要求，加热炉经常处于变工况下运行，如果操作人员不能根据加热炉工况的改变及时进行调节，就会使得加热炉的运行效率下降，造成燃料的浪费，因此提高加热炉效率，使加热炉长期处于优化运行状态对降低能源消耗具有重要意义。
1油田加热炉运行效率分析
加热炉是将通过炉管中的原油加热到所需的温度，以满足油田生产工艺的需要。由于油田加热炉在油田生产和石油长输管道中应用非常广泛，其燃料损耗也非常多，因此，提高油田加热炉的热效率，减少燃料消耗，对节能减排具有重要的意义。热效率作为衡量加热炉优劣的重要参数，是指加热炉中参与到热交换过程的热量与加热炉产生热量的百分比。经过分析显示，影响加热炉热效率的主要因素有以下几点：（1）排烟产生的热损失，过剩空气量越大，排烟温度越高热损失越高，加热炉的热效率就越低。（2）燃料燃烧不充分产生的热损失。（3）过剩空气排放带走热量产生的热损失。（4）炉外壁与环境温差高产生的热损失。（5）合理控制炉膛负压和过剩空气量。因此，排烟热损失、未完全燃烧热损失和散热传热损失是加热炉的燃烧过程中主要发生三种热损失。排烟温度过高容易产生排烟热损失，过剩空气量越多产生的排烟热损失越大；反之，过剩空气不足，空气系数小，燃料缺少助燃物氧气不能够完全燃烧产生热损失；由于炉体外表面与外界环境具有较高的温度差而产生的散热损失。所以对排烟温度、空气系数和炉体的外表面散热等主要参数进行分析调整，控制在一定的范围内，以实现节约燃料减少排放的目的。
2加热炉燃耗的降低
影响加热炉燃耗的消耗的因素比较多，比如加热炉耐材的脱落及损坏程度，加热炉各种炉门、孔洞的热损失，加热炉燃烧系统的控制。因加热炉耐材、炉门及孔洞等在生产中难以控制，本文仅就燃烧控制对燃耗的影响进行分析研究，燃烧控制对加热炉燃耗的影响主要包括空燃比的控制，炉温的控制以及炉压的控制等。空燃比又称为空气系数，空燃比的合理配置有利于降低燃料单耗，如果空气的比例太高，会导致炉温降低，则需要更多的燃料来加热钢坯导致燃料消耗增大。如果燃料比例太高，燃料则不能完全燃烧必然导致燃耗过高。此外，因燃料未能在炉膛内完全燃烧，燃料可能外泄，如果是煤气外泄则可能导致安全事故。未完全燃烧的燃料进入烟道后也有可能产生二次燃烧，此种情况则有可能损坏烟道中的预热器等设备。炉温和炉压的控制对燃料的消耗也有一定的影响。炉温过高会导致燃料的消耗过高，排烟的温度也会升高从而造成燃料单耗的升高。炉压过高则可能会导致加热炉出现炉门、孔洞等冒火现象，这会导致热量的损失从而导致加热炉燃料消耗的升高。
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3加热炉节能管理
3.1优化加热炉清淤除垢周期
加热炉在长时间运行后，介质中的泥沙、硅酸盐等物质会在烟火管外表面沉积，造成烟火管表面结垢严重。火管结垢后使管壁导热系数变小，热效率降低，增加了燃料消耗；同时，造成火管受热不均和局部过热，甚至鼓包变形，加快了火管的烧损。通过整理历年加热炉清淤除垢资料，跟踪现场除垢实施情况，根据统计，PB油田加热炉在1个生产周期（1年）内，加热炉内壁结垢最小厚度为5.1mm，部分加热炉垢厚达到12~15mm，平均增加燃料消耗30.8%。为了提高加热炉运行效率，降低能源消耗，需定期对加热炉进行清淤除垢。根据历年清淤记录优化清淤周期，编制《加热炉清淤除垢规划方案》，对PB油田52台加热炉制定个性化清淤频率。其中，年清淤2次10台，年清淤1次30台，本年不清淤12台，年可节气36×104m3。
3.2加热炉燃烧和传热技术
改进加热炉燃烧技术及换热技术是对油田加热炉技术革新的有效方法，经总结归纳，油田加热炉的燃烧技术主要包括：微正压通风燃烧技术、全自动燃烧技术、无电自动控制技术、脉动燃烧技术。传热和换热技术主要包括：波形火筒和螺纹烟管传热技术、热管传热技术、可拆卸式螺旋槽或波纹管加热盘管、相变传热技术、负压蒸汽换热技术、高效热管换热技术。
3.3合理控制过剩空气量
加热炉运行中，过剩空气量太低，容易导致燃烧不完全；但过剩空气量太高，也会增加烟气量，降低燃烧温度，减少火焰和烟气对炉管的传热量，而且烟气量太大也会增加排烟热损失。过剩空气系数过大或过小都不利于实现高效燃烧，油田加热炉过剩空气系数往往偏大，是造成加热炉效率较低的重要原因。对于油田集输系统中的大功率加热炉，应安装助燃风自动调节系统，根据燃烧器出力等参数的变化，自动控制加热炉过剩空气系数，在保证燃烧高效、稳定的条件下，应尽量减少过剩空气量。
3.4控制进入加热炉内空气的量
控制进入加热炉内空气的量，调节过剩空气因数的参数值，燃料完全燃烧所需要的空气量要大于理论空气量值，因此会产生一定量的过剩空气。燃烧所用实际空气量与理论空气量之比为过剩空气因数，如果过剩空气因数过小，燃料不能够充分燃烧，反之高温烟气将带走大量的热量，降低油田加热炉的热效率。另外伴随着空气量的增加，氧气含量也不增加，会加剧加热炉内部的元件的氧化及腐蚀等。通过实验及计算证明，当燃料为燃料油时，过剩空气因数在1.15和1.25之间。当燃料为燃料气时，过剩空气因数在1.05和1.15之间。可以采用性能良好的燃烧器，操作过程中管理好风门、气门、油门和烟囱挡板等方式，以及做好加热炉的堵漏，来控制过剩空气因数在油田加热炉高效运行的范围内。
结语
加热炉的研制开发伴随着整个油田开发的历史，油田地面工程中加热炉的选用是至关重要的一环，合理地选用加热炉对油田开发的经济性和安全性都有着重要意义。作为一种新型加热炉，相变加热炉在换热效率和安全性方面都有较为出色的表现，以巨大的优势逐渐进入各大油田。除此之外，许多根据实际需求研制的新型油田加热炉也有着出色的表现。技术革新同样也是加热炉使用中的重要环节，目前以改进加热炉燃烧技术和换热技术为主要攻关方向。在加热炉的研制与应用中，设计先进、换热效率高、自动化程度高以及安全性强为加热炉发展的主要趋势。
参考文献：
[1]杨秀丽，胡晓峰，郑炜博，等．油田加热炉运行现状及节能潜力分析[J]．石油石化节能，2016，6（9）：26-28.
[2]周宏伟．提高加热炉热效率技术浅析[J]．中国石油和化工标准与质量，2012，32（9）：69-70.
[3]杨秀丽，胡晓峰，郑炜博，等．油田加热炉运行现状及节能潜力分析[J]．石油石化节能，2016，6（9）：26-28．
论文作者:1余爽,2 孙光辉,2李娜娜
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30
标签：加热炉论文; 油田论文; 燃料论文; 热效率论文; 空气论文; 气量论文; 损失论文; 《基层建设》2020年第2期论文;