喇嘛甸油田負壓燃燒加熱爐配風(fēng)量優(yōu)化技術(shù)研究

孫立波（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

截至2018 年底，喇嘛甸油田建有轉(zhuǎn)油站46座，脫水站6 座，安裝加熱爐308 臺，其中高效爐、二合一加熱爐有202 臺，占總數(shù)的65.6%。二合一、高效爐均為負壓爐，主要用于摻水和熱洗，其耗氣量占總油田耗氣量的92.3%。負壓加熱爐燃燒器燃氣量與風(fēng)門采用電子連鎖自動調(diào)節(jié)，不同電磁閥開度對應(yīng)不同的空氣量，一年四季使用一個配風(fēng)表。燃燒器配風(fēng)量不能隨著氣溫變化進行調(diào)節(jié)，造成加熱爐空氣系數(shù)過大，影響加熱爐運行效率。通過開展加熱爐配風(fēng)量優(yōu)化技術(shù)，對于降低喇嘛甸油田轉(zhuǎn)油站運行成本具有重要意義。

1 油田負壓加熱爐

1.1 工作原理

煙囪內(nèi)煙氣溫度高，密度小，而煙囪外空氣溫度低，密度大，冷空氣與熱煙氣之間形成壓力差，這個壓力差就是使空氣進入爐內(nèi)并使煙氣排出的推動力。負壓加熱爐采用自然通風(fēng)方式，利用煙囪的抽力，將助燃的空氣通過燃燒器合風(fēng)吸入加熱爐，再將燃燒后的廢氣排出加熱爐。加熱爐煙道內(nèi)安裝煙氣量調(diào)節(jié)擋板，通過調(diào)節(jié)擋板開度控制煙囪抽力大小，保持加熱爐爐膛內(nèi)一定的負壓。

1.2 影響加熱爐熱效率因素

負壓過大，將吸入大量冷空氣，使熱損失增加，爐效下降；負壓過小，爐膛容易向外噴火，高溫?zé)煔庀驙t體外泄漏，造成安全隱患。合風(fēng)開得過大，導(dǎo)致空氣系數(shù)大，進入加熱爐的空氣量增多，降低爐膛溫度，導(dǎo)致加熱爐熱效率降低。合風(fēng)開得過小，入爐空氣量減少，燃燒不充分，產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象，導(dǎo)致熱效率降低。

擋板開度大，抽力大，帶走熱量多，熱效率降低；擋板開度太小，抽力小，燃燒不穩(wěn)定，易出現(xiàn)回火現(xiàn)象。負壓加熱爐燃燒器配風(fēng)均是依據(jù)理論空燃比，根據(jù)不同燃氣量配給不同空氣量，形成固定的配風(fēng)參數(shù)，加熱爐運行時，根據(jù)配風(fēng)參數(shù)表，供給固定的空氣量。目前加熱爐燃燒器合風(fēng)、煙道擋板開度參數(shù)表一年四季不變，導(dǎo)致空氣系數(shù)增大，加熱爐效率降低。

2 配風(fēng)量優(yōu)化技術(shù)研究

2.1 氣溫變化規(guī)律

查閱大慶市氣象資料，2017 年全市年平均氣溫為4.2 ℃，最冷月平均氣溫為-18.5 ℃，最低氣溫-39.2 ℃；最熱月平均氣溫為23.3 ℃，最高氣溫39.8 ℃。

同時調(diào)查大慶地區(qū)2015、2016 年氣溫變化情況，繪制氣溫變化曲線。通過對比分析，2015、2016、2017 三年氣溫變化趨勢相似。

2.2 氣溫對加熱爐抽力的影響

經(jīng)測試與分析1 月份負壓變化幅度為5.8%，7月份負壓變化幅度為8.8%，變化幅度不大。冬季、夏季抽力變化幅度為36.4%。

2.3 煙囪抽力隨氣溫變化規(guī)律

環(huán)境溫度、排煙溫度、風(fēng)力是影響加熱爐的抽力的3 個因素，由于加熱爐煙囪設(shè)置了擋板，能夠控制風(fēng)力對加熱爐抽力的影響，因此環(huán)境溫度和排煙溫度是影響煙囪吸抽力主要因素。抽力是維持加熱爐安全高效運行的重要參數(shù)，氣溫是影響抽力的重要參數(shù)。煙氣溫度與外界空氣之間的溫度差越高，煙囪抽力越大。加熱爐抽力可以用下式計算：

式中：ΔP ——煙囪的抽力，Pa；

H——產(chǎn)生抽力的管段高度，m；

Ta——外部空氣溫度，℃；

Tf——計算管段中煙氣的平均溫度，℃；

B——大氣壓力，Pa。

煙囪高度是一個固定的值，大氣壓力與緯度有關(guān)，同一地區(qū)大氣壓力不變，因此影響煙囪抽力的2 個變量是環(huán)境溫度和煙氣溫度。負壓加熱爐煙囪高度一般為18.5 m，設(shè)計排煙溫度一般為260 ℃，環(huán)境溫度取平均氣溫，2017 年月度負壓變化曲線見圖1。

圖1 2017 年月度負壓變化曲線

加熱爐運行參數(shù)要隨著負荷、氣候及燃燒情況進行及時動態(tài)調(diào)整[1]。在用加熱爐提效技術(shù)方向，是提高加熱爐燃燒技術(shù)以降低空氣系數(shù)[2]。爐膛壓力是保證燃料良好燃燒的主要控制參數(shù)，可以通過調(diào)節(jié)煙道擋板開度控制爐膛壓力，修正外界因素對空氣系數(shù)的影響[3]。通過控制煙道檔板開度，將爐膛負壓調(diào)節(jié)在一定范圍，就可提高加熱爐運行效率[4]。負壓加熱爐的空氣是依靠天然氣的噴入形成的負壓和煙囪抽力吸入的，為此控制助燃空氣量要從優(yōu)化合風(fēng)開度和擋板開度兩方面入手。助燃空氣量首先通過調(diào)節(jié)合風(fēng)開度進行控制。加熱爐的爐膛負壓是反映燃燒工況的重要參數(shù)，爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生變化，爐膛負壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化[5]。加熱爐空氣過剩系數(shù)與爐膛負壓有直接關(guān)系[6]。擋板開度優(yōu)化，以合理的負壓值為目標(biāo)進行控制。設(shè)定加熱爐負壓控制的目標(biāo)值，然后對爐膛負壓進行檢測，如果負壓偏離了正常的目標(biāo)值，只要通過調(diào)整煙囪調(diào)節(jié)擋板，達到優(yōu)化配風(fēng)量的目的。根據(jù)原油生產(chǎn)的兩個階段，設(shè)置冬季、夏季兩個生產(chǎn)階段合風(fēng)、擋板開度的參數(shù)表，從源頭配風(fēng)入手，優(yōu)化燃燒器合風(fēng)參數(shù)；在末端優(yōu)化煙道擋板參數(shù)，控制加熱爐的進風(fēng)量。

3 配風(fēng)量優(yōu)化現(xiàn)場試驗

保留加熱爐燃燒器自動點火、熄火保護、自動配風(fēng)等基本功能。在原燃燒器基礎(chǔ)上增加夏季空燃比與冬季空燃比自動切換功能，通過優(yōu)化合風(fēng)開度、煙道擋板開度調(diào)節(jié)加熱爐配風(fēng)量（圖2）。

圖2 加熱爐配風(fēng)量優(yōu)化示意圖

喇XX1#加熱爐安裝空氣系數(shù)配風(fēng)表、擋板開度參數(shù)冬季、夏季自動切換程序。燃燒器運行過程中，控制系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定的夏季與冬季切換時間，自動執(zhí)行夏季空燃比或冬季空燃比。加熱爐合風(fēng)及擋板參數(shù)設(shè)置方法：燃燒器運行后，待加熱爐出口溫度穩(wěn)定后，用便攜式煙氣分析儀檢測排煙氧含量，調(diào)整風(fēng)門開度，加熱爐燃燒良好且一氧化碳小于0時，將燃氣流量、風(fēng)門開度值記錄好，填入?yún)?shù)表中，形成第一組數(shù)據(jù)。然后再逐漸增大負荷，記錄燃氣流量、風(fēng)門開度、負壓值，全部設(shè)定完成后，形成空氣系數(shù)配方表和擋板開度設(shè)定參數(shù)表。見表1、表2。

表1 夏、冬季燃燒器風(fēng)門參數(shù)

表2 夏、冬季（負壓在25～30 Pa）煙道擋板開度參數(shù)

以夏季配風(fēng)參數(shù)表為例：當(dāng)燃氣流量為126 m3/h時，風(fēng)門開度為34%；當(dāng)燃氣流量為210 m3/h 時，風(fēng)門開度為80%。當(dāng)天然氣流量在80～120 m3/h 時，根據(jù)檢測到的煙道壓力值，動態(tài)調(diào)節(jié)煙道擋板，當(dāng)檢測煙道壓力值大于30 Pa時，以60 s 為時間間隔每次動作1%開度，緩慢減小擋板開度，擋板開度下限為50°。

當(dāng)25 Pa 檢測煙道壓力值小于30 Pa 時，擋板開度保持當(dāng)前開度，擋板不動作。當(dāng)檢測煙道壓力值小于25 Pa 時，以60 s 為時間間隔每次動作1%開度，緩慢增大擋板開度，開度上限為90°。當(dāng)燃氣流量在2 個臨近的設(shè)定值之間變化時，風(fēng)門的開度在對應(yīng)的2 個風(fēng)門設(shè)定值之間呈線性變化。喇XX1#加熱爐試驗效果對比見表3。

表3 喇XX1#加熱爐試驗效果對比

配風(fēng)量優(yōu)化后，喇XX1#加熱爐效率提高2.9 個百分點，預(yù)計年節(jié)氣1.05×104m3。喇XX1#、喇XX2#、喇XX3#三臺加熱爐開展現(xiàn)場試驗后，加熱爐平均熱效率由76%提高到78.5%，提高2.5 個百分點，預(yù)計年節(jié)氣5.92×104m3。

4 結(jié)論

油田負壓加熱爐抽力受季節(jié)氣溫影響，導(dǎo)致加熱爐抽力變化，影響加熱爐配風(fēng)量，具備節(jié)能優(yōu)化的空間。加熱爐合風(fēng)、煙道擋板應(yīng)根據(jù)季節(jié)進行及時調(diào)節(jié)，通過分階段優(yōu)化加熱爐合風(fēng)開度、煙道擋板開度，合理調(diào)節(jié)配風(fēng)量，能夠優(yōu)化加熱爐空氣系數(shù)，提高加熱爐熱效率。喇嘛甸油田現(xiàn)有負壓加熱爐202 臺，配風(fēng)量優(yōu)化技術(shù)在喇嘛甸油田具有一定的推廣前景。