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[摘 要]加热炉是原油生产和输送过程中用来加热原油的主要热力设备，主要以天然气或原油为燃料，是原油生产和输送过程中的主要耗能设备；其热效率的高低对集输系统的综合效率的提高有着至关重要的影响。本文通过在用加热炉热效率测试结果分析，指出影响加热炉运行效率的主要因素；提出了解决方案并实施改造，为实现加热炉高效运行提供了参考依据。
[关键词]加热炉；热效率；影响因素；故障；对策
中图分类号：TU211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0364-02
加热炉是原油生产和输送过程中用来加热原油的主要热力设备，主要以天然气或原油为燃料，是原油生产和输送过程中的主要耗能设备，其热效率的高低对集输系统的综合效率的提高有着至关重要的影响。与此同时，在实际运行过程中，加热炉因为燃烧器出现故障造成的停炉率很高，给安全生产管理带来很大的难度，严重影响到安全生产和节能减排，必须对引起燃烧器故障的常见问题进行调查分析，对超导炉做出相应的改造，取得了较好的效果。
1 加热炉运行现状分析
某首站主要承担来油原油处理外输任务。目前共有7台型号为Φ3000×10760的水套加热炉，额定功率1750kW，主要用于来油提温和脱水提温加热，使用的燃料为外输原油和伴生天燃气。其加热工艺流程见图1所示。
加热炉是站库热能消耗的大户，据统计，目前该站加热炉热能消耗占站库运行总耗能的95%以上；根据技术检测中心对某首站6台加热炉（7#加热炉停运）效率检测结果显示，6台加热炉由于技术状态不同，效率差别很大，期中运行效率最高的仅为74.1%，效率最低的为58.4%，平均熱效率为65%。而企业五项劳动竞赛“星级站库”规定加热炉平均效率为78%以上，因此该首站加热炉热效率有较大的提升空间。
2 影响加热炉热效率的因素
综合分析首站加热炉的测试参数知，影响加热炉热效率的因素主要有以下几个方面：
2.1 排烟温度的影响
正常情况下，加热炉的排烟温度一般在200～300℃左右，因而会带走一部分热量，这部分热量俗称排烟热损失。据资料显示，排烟热损失是加热炉的一项主要热损失，约为8%左右，一般不超过12%；而且排烟温度越高，烟气带走的热量越多，加热炉的热效率也就越低。首站6台加热炉的排烟热损失普遍偏大，排烟温度明显偏高，效率低，有75%的加热炉排烟温度不合格。其中1#加热炉尤为严重，其排烟热损失高值超过38%，排烟温度也高达500℃以上；而造成排烟温度升高的原因主要有：
（1）燃料本身含杂质较多等原因，使燃料燃烧不充分，造成加热炉炉管外表面（热量传送表面）积碳、积灰、积尘等，使得热量不能有效的传给传热介质，因而从烟气中排出，使排烟温度升高。（2）燃料在炉膛内燃烧，由于供应的空气量不足，空气和燃料没有及时、充分地混合，使部分燃料不能在炉膛内完全、充分地燃烧，而进入炉膛后段燃烧放热，这部分热量来不及被加热炉完全吸收，随烟气排除炉外，导致排烟温度升高。（3）烟道结构不合理。停炉检修期间，通过结构对比看出：1#炉的烟道里有四组16根直径为Φ50mm、长0.8m的翅片式超导热烟管，5#炉的烟道内有26根Φ50mm、长6.7m的烟管，所以1#炉的烟气的换热面积远远小于5#炉的换热面积，导致了在相同的燃烧情况下，1#炉的排烟温度高于5#炉。所以加热炉烟管结构不合理是导致1#加热炉的排烟温度高的直接原因。图2所示为站内加热炉烟道结构示意图。
2.2 烟气中CO含量的影响
正常情况下，当具有一定过量空气时，烟气中应不含或含有很少量的CO，一般应在100mg/kg以下。当烟气中CO升高时，加热炉燃烧状况大都不正常。如二首站1#加热炉，其CO含量高达15000mg/kg以上，其热效率显著下降。造成CO升高的原因，一是由于空气供应量不足，存在不完全燃烧损失，使燃料中的C以CO的形式在烟气中损失掉。更为严重的是，由于烟气中大量CO的存在，造成传热表面积灰、积碳、积尘等，使传热效果明显降低，烟气温度显著升高，热效率大幅度下降。二是空气和燃料混合不及时、不均匀。所以在加热炉运行中，要及时检测，合理调整配风量和配风时间，使空气和燃料有良好的混合，严格控制烟气中CO的含量。
2.3 炉体的散热损失
加热炉运行时，由于炉内的温度很高（一般在800～900℃），而外部的环境温度相对较低，因此总有一部分热量会通过炉墙和炉体保温层的表面，散失到周围大气中，造成一定的热损失。正常情况下，加热炉的这部分热损失在2%左右，其炉体的表面温度小于60℃。炉体的散热损失与加热炉的运行状况、炉墙及保温层的质量及损坏的程度、加热炉的结构及热负荷、周围的环境温度和空气流动情况等原因有关，这些因素的变化，都可能会造成此项热损失不同程度的变化，首站6台加热炉炉体的散热损失普遍较高，其中有的加热炉散热损失超过5%。
3 提高加热炉运行效率的措施
3.1 合理调整配风时间和配风量
使燃料及时充分地混合，尽量使燃料在炉膛内完全充分地燃烧，减少不完全燃烧产物CO的含量，提高燃料的利用率，减少燃料的无效热损失。具体措施是：
改变风门调节方式，加装PID控制器。即利用已有的加热炉烟气含氧测试仪，加装简单的PID控制系统，实现根据烟气含氧量自动调节风门的大小，改变二首站原来使用的加热炉燃烧器手工调节风门（5#、6#自动调节）来控制风量大小的方式，从而实现合理配风的目的。
该系统由加热炉烟气含氧测试仪、PID控制器、调节器构成，如图3所示，成本低，且易于维护、操作简便。
3.2 改变改造烟道结构
利用停炉检修期，对不合理的1#、2#炉烟道结构进行改造，加装烟管，增加传热面积。
3.3 对加热炉的炉管进行及时地检查、清理、维修
炉管在长期地使用过程中，由于燃料不洁净，燃烧不充分等原因，会使炉管内壁结焦、外壁结垢，严重影响了加热炉的传热效果。为此可结合加热炉的检修期对炉管进行检查、清理和维修。
3.4 对加热炉的炉墙及保温层进行检查和维修
炉墙及保温层是减少加热炉的散热损失，提高其热效率的有力保障。若其存在某种程度的损坏，都会引起散热损失的加大，进而使炉效降低，故对散热损失较大的加热炉，应在加热炉的检修期内对炉墙及保温层进行检查、维修。
4 结束语
4.1 通过对1#加热炉、2#加热炉烟管结构进行改造，增加换热面积10m2，通过对更换烟管后的1#、2#加热炉进行了排烟温度测试，排烟温度≤250℃，加热炉效率提高了10%以上。
4.2 改造后加热炉全部实现自动调节，通过对改造后的过剩空气系数进行了检查，过剩空气系数a=1.17<1.2，烟气中的氧气含量在3%左右，其烟气中的CO含量（见表1）较改造前明显降低。
参考文献
[1] 《石油工业节能技术》，俞伯炎，石油工业出版社，2000.
[2] 《油气储运设备》，王光然，中国石油大学出版社，2009.
[关键词]加热炉；热效率；影响因素；故障；对策
中图分类号：TU211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0364-02
加热炉是原油生产和输送过程中用来加热原油的主要热力设备，主要以天然气或原油为燃料，是原油生产和输送过程中的主要耗能设备，其热效率的高低对集输系统的综合效率的提高有着至关重要的影响。与此同时，在实际运行过程中，加热炉因为燃烧器出现故障造成的停炉率很高，给安全生产管理带来很大的难度，严重影响到安全生产和节能减排，必须对引起燃烧器故障的常见问题进行调查分析，对超导炉做出相应的改造，取得了较好的效果。
1 加热炉运行现状分析
某首站主要承担来油原油处理外输任务。目前共有7台型号为Φ3000×10760的水套加热炉，额定功率1750kW，主要用于来油提温和脱水提温加热，使用的燃料为外输原油和伴生天燃气。其加热工艺流程见图1所示。
加热炉是站库热能消耗的大户，据统计，目前该站加热炉热能消耗占站库运行总耗能的95%以上；根据技术检测中心对某首站6台加热炉（7#加热炉停运）效率检测结果显示，6台加热炉由于技术状态不同，效率差别很大，期中运行效率最高的仅为74.1%，效率最低的为58.4%，平均熱效率为65%。而企业五项劳动竞赛“星级站库”规定加热炉平均效率为78%以上，因此该首站加热炉热效率有较大的提升空间。
2 影响加热炉热效率的因素
综合分析首站加热炉的测试参数知，影响加热炉热效率的因素主要有以下几个方面：
2.1 排烟温度的影响
正常情况下，加热炉的排烟温度一般在200～300℃左右，因而会带走一部分热量，这部分热量俗称排烟热损失。据资料显示，排烟热损失是加热炉的一项主要热损失，约为8%左右，一般不超过12%；而且排烟温度越高，烟气带走的热量越多，加热炉的热效率也就越低。首站6台加热炉的排烟热损失普遍偏大，排烟温度明显偏高，效率低，有75%的加热炉排烟温度不合格。其中1#加热炉尤为严重，其排烟热损失高值超过38%，排烟温度也高达500℃以上；而造成排烟温度升高的原因主要有：
（1）燃料本身含杂质较多等原因，使燃料燃烧不充分，造成加热炉炉管外表面（热量传送表面）积碳、积灰、积尘等，使得热量不能有效的传给传热介质，因而从烟气中排出，使排烟温度升高。（2）燃料在炉膛内燃烧，由于供应的空气量不足，空气和燃料没有及时、充分地混合，使部分燃料不能在炉膛内完全、充分地燃烧，而进入炉膛后段燃烧放热，这部分热量来不及被加热炉完全吸收，随烟气排除炉外，导致排烟温度升高。（3）烟道结构不合理。停炉检修期间，通过结构对比看出：1#炉的烟道里有四组16根直径为Φ50mm、长0.8m的翅片式超导热烟管，5#炉的烟道内有26根Φ50mm、长6.7m的烟管，所以1#炉的烟气的换热面积远远小于5#炉的换热面积，导致了在相同的燃烧情况下，1#炉的排烟温度高于5#炉。所以加热炉烟管结构不合理是导致1#加热炉的排烟温度高的直接原因。图2所示为站内加热炉烟道结构示意图。
2.2 烟气中CO含量的影响
正常情况下，当具有一定过量空气时，烟气中应不含或含有很少量的CO，一般应在100mg/kg以下。当烟气中CO升高时，加热炉燃烧状况大都不正常。如二首站1#加热炉，其CO含量高达15000mg/kg以上，其热效率显著下降。造成CO升高的原因，一是由于空气供应量不足，存在不完全燃烧损失，使燃料中的C以CO的形式在烟气中损失掉。更为严重的是，由于烟气中大量CO的存在，造成传热表面积灰、积碳、积尘等，使传热效果明显降低，烟气温度显著升高，热效率大幅度下降。二是空气和燃料混合不及时、不均匀。所以在加热炉运行中，要及时检测，合理调整配风量和配风时间，使空气和燃料有良好的混合，严格控制烟气中CO的含量。
2.3 炉体的散热损失
加热炉运行时，由于炉内的温度很高（一般在800～900℃），而外部的环境温度相对较低，因此总有一部分热量会通过炉墙和炉体保温层的表面，散失到周围大气中，造成一定的热损失。正常情况下，加热炉的这部分热损失在2%左右，其炉体的表面温度小于60℃。炉体的散热损失与加热炉的运行状况、炉墙及保温层的质量及损坏的程度、加热炉的结构及热负荷、周围的环境温度和空气流动情况等原因有关，这些因素的变化，都可能会造成此项热损失不同程度的变化，首站6台加热炉炉体的散热损失普遍较高，其中有的加热炉散热损失超过5%。
3 提高加热炉运行效率的措施
3.1 合理调整配风时间和配风量
使燃料及时充分地混合，尽量使燃料在炉膛内完全充分地燃烧，减少不完全燃烧产物CO的含量，提高燃料的利用率，减少燃料的无效热损失。具体措施是：
改变风门调节方式，加装PID控制器。即利用已有的加热炉烟气含氧测试仪，加装简单的PID控制系统，实现根据烟气含氧量自动调节风门的大小，改变二首站原来使用的加热炉燃烧器手工调节风门（5#、6#自动调节）来控制风量大小的方式，从而实现合理配风的目的。
该系统由加热炉烟气含氧测试仪、PID控制器、调节器构成，如图3所示，成本低，且易于维护、操作简便。
3.2 改变改造烟道结构
利用停炉检修期，对不合理的1#、2#炉烟道结构进行改造，加装烟管，增加传热面积。
3.3 对加热炉的炉管进行及时地检查、清理、维修
炉管在长期地使用过程中，由于燃料不洁净，燃烧不充分等原因，会使炉管内壁结焦、外壁结垢，严重影响了加热炉的传热效果。为此可结合加热炉的检修期对炉管进行检查、清理和维修。
3.4 对加热炉的炉墙及保温层进行检查和维修
炉墙及保温层是减少加热炉的散热损失，提高其热效率的有力保障。若其存在某种程度的损坏，都会引起散热损失的加大，进而使炉效降低，故对散热损失较大的加热炉，应在加热炉的检修期内对炉墙及保温层进行检查、维修。
4 结束语
4.1 通过对1#加热炉、2#加热炉烟管结构进行改造，增加换热面积10m2，通过对更换烟管后的1#、2#加热炉进行了排烟温度测试，排烟温度≤250℃，加热炉效率提高了10%以上。
4.2 改造后加热炉全部实现自动调节，通过对改造后的过剩空气系数进行了检查，过剩空气系数a=1.17<1.2，烟气中的氧气含量在3%左右，其烟气中的CO含量（见表1）较改造前明显降低。
参考文献
[1] 《石油工业节能技术》，俞伯炎，石油工业出版社，2000.
[2] 《油气储运设备》，王光然，中国石油大学出版社，2009.