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      提高加熱爐運(yùn)行效率方法研究

      2018-10-26 08:50:14曲照濤大慶石油管理局有限公司技術(shù)監(jiān)督中心
      石油石化節(jié)能 2018年9期
      關(guān)鍵詞:爐管熱效率加熱爐

      曲照濤(大慶石油管理局有限公司技術(shù)監(jiān)督中心)

      1 現(xiàn)狀

      加熱爐是油氣田集輸工藝中廣泛使用的設(shè)備?,F(xiàn)在油田主要在用加熱爐按其結(jié)構(gòu)可分為火筒爐、管式爐和真空加熱爐。目前,大慶油田在運(yùn)行的加熱爐2000多臺,經(jīng)過數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn),加熱爐過剩空氣系數(shù)較大,主要原因:一部分加熱爐在5月—10月處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),一部分加熱爐處于烘爐狀態(tài),在以上工作狀態(tài)下加熱爐負(fù)荷率較低,排煙溫度偏低,爐體散熱熱損失較大,加熱爐熱效率偏低。加熱爐熱效率是評定加熱爐經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)之一,熱效率的高低可以反映出加熱爐對燃料有效利用的程度。油田加熱爐通常應(yīng)用正平衡法和反平衡法對加熱爐熱效率進(jìn)行測試[1]。

      2 加熱爐運(yùn)行存在問題

      2.1 加熱爐送風(fēng)系統(tǒng)

      由于燃料的成分以及加熱爐的負(fù)荷隨季節(jié)的變化而發(fā)生改變,加熱爐燃燒所需進(jìn)氣量也相應(yīng)發(fā)生變化,燃燒器廠家第一次安裝調(diào)試后,進(jìn)氣量很少再隨實(shí)際燃?xì)饬康淖兓M(jìn)行再次調(diào)整?,F(xiàn)場操作人員不能根據(jù)加熱爐運(yùn)行狀態(tài)的改變及時進(jìn)行進(jìn)氣量調(diào)節(jié),就會導(dǎo)致加熱爐的運(yùn)行熱效率下降,造成燃料的浪費(fèi),增加運(yùn)行成本。當(dāng)加熱爐進(jìn)氣量過大時,會將一部分熱量直接吹入排煙通道,致使排煙溫度升高。

      2.2 負(fù)荷率對加熱爐效率的影響

      加熱爐的散熱損失主要取決于加熱爐的爐體散熱面積、爐體保溫層和運(yùn)行負(fù)荷率。其運(yùn)行負(fù)荷率是指加熱爐的實(shí)際運(yùn)行功率與設(shè)計(jì)額定功率的比值。由于加熱爐的負(fù)荷率隨季節(jié)變化的而改變,冬天時加熱爐的負(fù)荷較大,而夏天時加熱爐的負(fù)荷較小。夏季溫度較高,大部分原油冷集輸,轉(zhuǎn)油站加熱爐少部分運(yùn)行就能滿足生產(chǎn)的要求,但為了避免加熱爐長時間停運(yùn)時會導(dǎo)致爐內(nèi)結(jié)構(gòu)及工藝管線腐蝕生銹,所以轉(zhuǎn)油站相同作用加熱爐全部運(yùn)行,進(jìn)而導(dǎo)致每臺加熱爐的負(fù)荷較低,加熱爐的散熱損失較大,熱效率更低?,F(xiàn)場測試數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了這種情況(圖1)。

      圖1 加熱爐不同負(fù)荷率下熱效率

      根據(jù)圖1分析,隨著加熱爐負(fù)荷的增加,加熱爐的效率也增加。所以提高負(fù)荷運(yùn)行有利于提高加熱爐的效率。

      2.3 排煙溫度的影響

      1)加熱爐傳熱面積灰結(jié)垢是影響加熱爐安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的主要因素,當(dāng)傳熱面積灰結(jié)垢時,它所造成的負(fù)面影響將是持久并遞增的。造成受熱面積灰結(jié)垢的主要因素有:天然氣組分硫含量較高;燃料未爐膛內(nèi)充分燃燒。加熱爐長時間運(yùn)行時,導(dǎo)致受熱面表面垢越來越厚(未及時清理),被加熱形同介質(zhì)的溫度時能被介質(zhì)吸收有效熱量隨其變化。以上因素會導(dǎo)致排煙溫度升高,排煙熱損失增大,導(dǎo)致加熱爐運(yùn)行效率降低。由于加熱爐煙道口受熱面表面結(jié)垢加劇,導(dǎo)致加熱爐煙道口變小,煙氣流動阻力將增大,當(dāng)加熱爐處于較高負(fù)荷運(yùn)行時,不僅會造成燃燒條件的惡化,燃燒不充分,又會使加熱爐處于微正壓的工作狀態(tài),增加安全隱患[2-3]。

      2)部分加熱爐的爐膛較短,同時燃燒火焰長度過大,致使煙氣在爐膛內(nèi)停留時間較短,熱量不能有效利用而直接從排煙通道排出,從而導(dǎo)致排煙溫度上升。

      3)由于現(xiàn)場生產(chǎn)需要,加熱爐的處理量增加,出口溫度要求較高,當(dāng)大火加熱時火焰強(qiáng)度大,火焰熱量未利用就從排煙通道排出,從而導(dǎo)致排煙溫度上升(圖2)。

      圖2 加熱爐不同排煙溫度下熱效率

      根據(jù)圖2分析,當(dāng)加熱爐負(fù)荷一定時,加熱爐的效率隨著排煙溫度的升高,急劇下降。

      2.4 過??諝庀禂?shù)的影響

      1)在加熱爐的實(shí)際運(yùn)行中,燃料燃燒受熱面的傳熱過程非常復(fù)雜。過剩空氣系數(shù)(α)的變化對加熱爐的排煙熱損失(q2)、氣體未完全燃燒熱損失(q3)和熱效率都有很大的影響。同時根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù),繪制了加熱爐排煙熱損失與過剩空氣系數(shù)的關(guān)系曲線(圖3),氣體不完全燃燒熱損失與過??諝庀禂?shù)的關(guān)系曲線(圖4)。

      從圖3可以看出,過??諝庀禂?shù)越大,排煙熱損失就越大,排煙熱損失明顯帶走大量熱隨煙氣排放至大氣。從圖4可以看出,當(dāng)過??諝庀禂?shù)在1.2~1.77,燃料燃燒充分,氣體不完全燃燒熱損失近似為0。當(dāng)α大于1.77時,隨其增大,q3逐漸增大。主要原因一方面是過剩空氣系數(shù)增大,爐膛溫度下降導(dǎo)致CO不能完全燃燒,另一方面由于α的增大,煙氣在爐膛內(nèi)的流速加快,燃料在爐膛內(nèi)未能充分燃燒就被排出,致使q3增大;當(dāng)a小于1.2時,隨著α的減少,燃料燃燒所需空氣量不足,造成了q3的增加。同時也就說明了當(dāng)煙氣成分分析儀O2含量小于3時,CO的含量容易超標(biāo)的原因[4]。

      圖3 排煙熱損失與過??諝庀禂?shù)關(guān)系曲線

      圖4 氣體不完全燃燒熱損失與過剩空氣系數(shù)關(guān)系曲線

      2)過??諝庀禂?shù)對加熱爐爐管腐蝕及煙道腐蝕的影響主要分為兩種情況:一是金屬氧化腐蝕和硫化物露點(diǎn)腐蝕。當(dāng)煙氣中氧含量過高時,煙氣側(cè)高溫爐管表面以及煙道表面形成一層脆性的金屬氧化物薄膜。受熱時由于這層金屬氧化物和本體的熱膨脹系數(shù)不同,容易導(dǎo)致薄膜脫落。氧化薄膜層脫落后,本體金屬裸露,繼續(xù)被氧化、脫落,最終導(dǎo)致爐管及煙道減薄甚至穿漏。二是天然氣完全燃燒時生成的煙氣中有CO2、SO2、氮氧化物及水蒸氣等,其中的SO2與O2反應(yīng)生成SO3,SO3和煙氣中的水蒸氣進(jìn)一步結(jié)合生成硫酸以及亞硫酸蒸汽,硫酸及亞硫酸蒸汽遇到低溫時就會冷凝成液體,即所謂結(jié)露現(xiàn)象,這時的溫度稱為“露點(diǎn)”溫度。凝結(jié)在爐管表面的液態(tài)硫酸及亞硫酸不僅使?fàn)t管金屬表面遭受嚴(yán)重的腐蝕,而且還會黏附煙灰,使煙氣流通通道面積減少,加大煙氣流動阻力;同時也使得爐管外的結(jié)垢熱阻增大,煙氣和被加熱介質(zhì)的換熱受到影響,加熱爐效率下降。煙氣露點(diǎn)的高低與天然氣的含硫量、過??諝庀禂?shù)、煙氣中水蒸氣含量等因數(shù)有關(guān)[5]。在其它條件一定時,過??諝庀禂?shù)越大,即煙氣中含氧量越大,生成的SO3就越多,相應(yīng)煙氣露點(diǎn)就越高,對爐管金屬腐蝕的影響就越大(圖5)。

      圖5 加熱爐不同過??諝庀禂?shù)下熱效率

      根據(jù)圖5分析,當(dāng)加熱爐負(fù)荷、排煙溫度一定時,加熱爐的效率隨著空氣系數(shù)的增加而降低。

      3 結(jié)論

      1)合理調(diào)整加熱爐的負(fù)荷,負(fù)荷越高,加熱爐效率越高,夏季時根據(jù)現(xiàn)場需要合理啟停加熱爐數(shù)量,提高加熱爐效率。

      2)合理控制排煙溫度,進(jìn)而提高加熱爐效率。

      3)合理控制加熱爐的空氣進(jìn)入量,降低空氣系數(shù),進(jìn)而提高加熱爐效率。

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