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【摘要】对原油加热是油气储运过程中最基本的工艺技术。原油的脱水、稳定、储存、运输等过程，都需要将原油加热到所需的温度。加热原油所需的热能，来源于不同的热源和不同的方法。加热炉是给原油等介质加热的一种常用设备，利用燃料燃烧的火焰和烟气作为加热剂，加热金属管内或容器中流动的原油等介质，达到升高温度的作用，提高加热炉的热效率，对冬季安全运行有着重要意义。
【关键词】实验背景 加热炉热效率 优化设计 发展前景
火烧山联合站于1988年底建成投产，担负着火烧山油田各区块油气处理的任务。原设计原油处理能力120×104t/a，是一座集原油处理、储存、外输、污水处理、油田注水及各系统配套于一体的联合处理站库。该站于1988年竣工投产，目前实际处理油量35×104t/a，与原设计存在较大差距，各系统均存在大马拉小车的现状。在用12台压力容器，原油储罐的储存能力明显偏大，储存时间长，特别是冬季，热能损失严重，交油困难。无自动化监控手段，完全以人工巡检为主，与近几年新疆油田公司新建或改建的处理站相比，工人劳动强度大，安全生产隐患较大，工艺相对落后，安全生产得不到有效保障。
鉴于以上原因，2003年根据火烧山采油厂目前的生产情况，和新疆油田公司规划计划处下发的《关于火烧山油田联合站整体改造工程原油处理部分的批复》文件，编号，油新计字（2003）3号，确定原油处理站规模为：原油处理35×104t/a；天然气量5×104Nm3/d。采用三台多功能处理器，三台加热炉设备进行处理。
系统流程说明：
原油系统处理流程为：油区来液—多功能处理器—加热炉—原油储罐—外输泵房。其中油田伴生气经多功能处理器后至除油器再至配气站外输，而油田产出水经多功能处理器后再至污水处理系统处理。
原流程改造后，仍将加热炉设备保留下来，冬季来临时，启运加热炉，因为多功能处理器长期处于高温状态，燃烧器火筒负荷重。只有启运加热炉，将加热炉出口温度保持在65—70℃，才能保证40—45℃的外交原油温度，确保正常交油。
系统特点：
（1）多功能处理器集加热，自然沉降，电化学脱水于一体。夏季原油经多功能处理器直接加热后进原油储罐，而冬季则启运加热炉，进行加热处理。
（2）多功能处理器液位监控采用自动监控，由射频导纳油水界面监测仪和磁致伸缩液位计与电动阀连锁，中控室监控，可根据具体情况手动干预调节。
（3）压力，液位，流量，含水率等关键数据远传中控室。
（4）卸油台转油进入多功能处理器进口，且转油泵变频控制，可根据实际情况调节转油量。
1 加热炉热效率的优化设计1.1 冬季生产存在的现象
进入冬季生产，则启运加热炉，加热炉运行过程中出现了以下现象：燃气量增加，炉膛发红，出口温度上升缓慢。
1.2 查找原因
通过检查现有工艺流程、装置及附件，以及各类仪表情况后，发现仍出现燃气量增加，炉膛温度升高，但出口管线的油温升温速度缓慢的现象。
1.3 问题分析
原油系统2003年建成投产后，由于多功能处理器设计合理，经过一段热—化学沉降脱水，原油含水率已经很低。电脱装置停运，原油进入二段后再沉降脱水，多功能处理器出口含水降为4%，进入原油储罐，进行沉降放水，原油含水率为0.5%以下，完全达到了交油指标，无需投运电脱段。为了节能降耗，降低高压电安全隐患，投产初期，已经将电脱段长期停用。冬季来临，投用加热炉，系统来液每天进加热炉的液量在1000吨左右，4%的含水原油进入加热炉，温度从45℃升高到65℃，又进行了一次热沉降脱水，脱水近20吨。但目前加热炉没有放水流程，为了均匀加热，加热炉工艺流向为低进高出，脱出水沉积在加热炉底部。脱出的产出水没有排放，含水原油又不断进入，造成加热炉底部不断积聚产出水，水位持续升高，高出加热炉的火筒位置。即加热炉在加热过程中，实际在对产出水加热，将直接加热变为间接加热。多功能处理器4%的低温水不停地在加热炉底部积聚，替换火筒位置的高温水，热转换一直不间断。由于水的比热为4.1868KJ/kg·℃，原油的比热一般采用2KJ/kg·℃。每天进加热炉的液量1000t，每小时的流量G=1000÷24=42t，加热炉进口温度T1=45℃，出口温度T2=65℃。水的比热C=4.1868KJ/kg·℃，原油的比热C=2KJ/kg·℃。
根据公式Q=GC（T2-T1）
Q水=GC（T2-T1）=42×103×4.1868×（65-45）=351.7×104（KJ/h）
Q油=GC（T2-T1）=42×103×2.0×（65-45）=168.0×104（KJ/h）
在其它参数相同的情况下，加热水需要热负荷比加热原油的热负荷增加一倍。就出现了加热炉炉膛发红，出口温度升温速度缓慢的现象。
2 问题确认
为了证实以上原因，暂停加热炉，通过排污管线排水，确认产出水量。即通过观察液体颜色，见油后关闭排污闸门。通过记录三台多功能出口流量计读数，计算出实际产出水量，从而得出加热炉的积水量为34方。
加热炉出口管线见油，启动加热炉燃烧器加热，并记录温度，时间。参照以下数据：
点炉时间：11：00；点炉时温度：45℃；规定温度：65℃；
达到规定温度的时间：13：00；累计用时：2小时
加热炉运行一星期后，又出现上述现象。关闭加热炉燃烧器。将多功能处理器出口温度降至45℃时，启动加热炉燃烧器，观察加热炉出口温度，并记录温度，时间。参照以下数据：
点炉时间：16：00 ；点炉时温度：45℃；规定温度：65℃；
达到规定温度的时间：20：20；累计用时：4小时20分钟
通过对比发现，加热炉放水后的升温用时小于积水后的升温用时。由上可知，产出水的积水问题，影响到了加热炉的热效率。由于对产出水进行加热，造成加热炉的热效率降低，影响外输原油温度。同时，燃气量增加。加热炉没有放水装置，火筒长期浸没水中，加速了火筒的腐蚀，影响加热炉的使用寿命。长期超负荷燃烧，火筒产生局部过热现象，容易气化、分解和结焦，容易加热炉回火、爆喷，造成设备损坏和财产损失，对安全运行存在隐患。
5 改造措施
由于排污管线放水，操作过程复杂，存在安全隐患，建议在加热炉排污管线上增设放水管线，同时在放水管线上安装看窗，即上图方框中的部分（图1）。
在加热炉内部安装射频导纳油水界面监测仪，射频导纳与电动阀连锁，并将信号线引到中控室。中控室实施监控，进行放水的远程启停操作。室外管线安装电热带保温。
6 发展前景
在我国，能源的利用效率不高与工业发达国家的差距非常大，已经成为制约国民经济发展的瓶颈，大部分工业企业由于种种的原因仍存在着设备陈旧老化、工艺技术落后、能耗高、效益差等问题。在石油、石化企业中，相当大的一部分中小型加热炉存在着排烟温度高和热效率低的问题，尤其是那些负荷小、炉型落后、设备老化的炉子，能源浪费更为严重。
我厂加热炉节能降耗技术的研究应用项目的开展，缓解了企业发展的能源瓶颈制约，提高了能源利用效率。项目的开展也将为大量中小型加热炉的技术改造和更新换代提供技术参考和经验借鉴，减少由于能源对各企业的制约和束缚。进而推广到各相关领域，尤其是石油、石化下属的大能耗企业。
参考文献
[1] 曹冠之.工业窑炉热工特性及简化计算.北京科技大学热能工程系
[2] 吴道洪.工业炉燃油、燃气燃烧器的新发展[J].工业加热，1998，（1）：26 -28
[3] 李均宜.炉温仪表与热控制[M].北京：机械工业出版社，1981
【关键词】实验背景 加热炉热效率 优化设计 发展前景
火烧山联合站于1988年底建成投产，担负着火烧山油田各区块油气处理的任务。原设计原油处理能力120×104t/a，是一座集原油处理、储存、外输、污水处理、油田注水及各系统配套于一体的联合处理站库。该站于1988年竣工投产，目前实际处理油量35×104t/a，与原设计存在较大差距，各系统均存在大马拉小车的现状。在用12台压力容器，原油储罐的储存能力明显偏大，储存时间长，特别是冬季，热能损失严重，交油困难。无自动化监控手段，完全以人工巡检为主，与近几年新疆油田公司新建或改建的处理站相比，工人劳动强度大，安全生产隐患较大，工艺相对落后，安全生产得不到有效保障。
鉴于以上原因，2003年根据火烧山采油厂目前的生产情况，和新疆油田公司规划计划处下发的《关于火烧山油田联合站整体改造工程原油处理部分的批复》文件，编号，油新计字（2003）3号，确定原油处理站规模为：原油处理35×104t/a；天然气量5×104Nm3/d。采用三台多功能处理器，三台加热炉设备进行处理。
系统流程说明：
原油系统处理流程为：油区来液—多功能处理器—加热炉—原油储罐—外输泵房。其中油田伴生气经多功能处理器后至除油器再至配气站外输，而油田产出水经多功能处理器后再至污水处理系统处理。
原流程改造后，仍将加热炉设备保留下来，冬季来临时，启运加热炉，因为多功能处理器长期处于高温状态，燃烧器火筒负荷重。只有启运加热炉，将加热炉出口温度保持在65—70℃，才能保证40—45℃的外交原油温度，确保正常交油。
系统特点：
（1）多功能处理器集加热，自然沉降，电化学脱水于一体。夏季原油经多功能处理器直接加热后进原油储罐，而冬季则启运加热炉，进行加热处理。
（2）多功能处理器液位监控采用自动监控，由射频导纳油水界面监测仪和磁致伸缩液位计与电动阀连锁，中控室监控，可根据具体情况手动干预调节。
（3）压力，液位，流量，含水率等关键数据远传中控室。
（4）卸油台转油进入多功能处理器进口，且转油泵变频控制，可根据实际情况调节转油量。
1 加热炉热效率的优化设计1.1 冬季生产存在的现象
进入冬季生产，则启运加热炉，加热炉运行过程中出现了以下现象：燃气量增加，炉膛发红，出口温度上升缓慢。
1.2 查找原因
通过检查现有工艺流程、装置及附件，以及各类仪表情况后，发现仍出现燃气量增加，炉膛温度升高，但出口管线的油温升温速度缓慢的现象。
1.3 问题分析
原油系统2003年建成投产后，由于多功能处理器设计合理，经过一段热—化学沉降脱水，原油含水率已经很低。电脱装置停运，原油进入二段后再沉降脱水，多功能处理器出口含水降为4%，进入原油储罐，进行沉降放水，原油含水率为0.5%以下，完全达到了交油指标，无需投运电脱段。为了节能降耗，降低高压电安全隐患，投产初期，已经将电脱段长期停用。冬季来临，投用加热炉，系统来液每天进加热炉的液量在1000吨左右，4%的含水原油进入加热炉，温度从45℃升高到65℃，又进行了一次热沉降脱水，脱水近20吨。但目前加热炉没有放水流程，为了均匀加热，加热炉工艺流向为低进高出，脱出水沉积在加热炉底部。脱出的产出水没有排放，含水原油又不断进入，造成加热炉底部不断积聚产出水，水位持续升高，高出加热炉的火筒位置。即加热炉在加热过程中，实际在对产出水加热，将直接加热变为间接加热。多功能处理器4%的低温水不停地在加热炉底部积聚，替换火筒位置的高温水，热转换一直不间断。由于水的比热为4.1868KJ/kg·℃，原油的比热一般采用2KJ/kg·℃。每天进加热炉的液量1000t，每小时的流量G=1000÷24=42t，加热炉进口温度T1=45℃，出口温度T2=65℃。水的比热C=4.1868KJ/kg·℃，原油的比热C=2KJ/kg·℃。
根据公式Q=GC（T2-T1）
Q水=GC（T2-T1）=42×103×4.1868×（65-45）=351.7×104（KJ/h）
Q油=GC（T2-T1）=42×103×2.0×（65-45）=168.0×104（KJ/h）
在其它参数相同的情况下，加热水需要热负荷比加热原油的热负荷增加一倍。就出现了加热炉炉膛发红，出口温度升温速度缓慢的现象。
2 问题确认
为了证实以上原因，暂停加热炉，通过排污管线排水，确认产出水量。即通过观察液体颜色，见油后关闭排污闸门。通过记录三台多功能出口流量计读数，计算出实际产出水量，从而得出加热炉的积水量为34方。
加热炉出口管线见油，启动加热炉燃烧器加热，并记录温度，时间。参照以下数据：
点炉时间：11：00；点炉时温度：45℃；规定温度：65℃；
达到规定温度的时间：13：00；累计用时：2小时
加热炉运行一星期后，又出现上述现象。关闭加热炉燃烧器。将多功能处理器出口温度降至45℃时，启动加热炉燃烧器，观察加热炉出口温度，并记录温度，时间。参照以下数据：
点炉时间：16：00 ；点炉时温度：45℃；规定温度：65℃；
达到规定温度的时间：20：20；累计用时：4小时20分钟
通过对比发现，加热炉放水后的升温用时小于积水后的升温用时。由上可知，产出水的积水问题，影响到了加热炉的热效率。由于对产出水进行加热，造成加热炉的热效率降低，影响外输原油温度。同时，燃气量增加。加热炉没有放水装置，火筒长期浸没水中，加速了火筒的腐蚀，影响加热炉的使用寿命。长期超负荷燃烧，火筒产生局部过热现象，容易气化、分解和结焦，容易加热炉回火、爆喷，造成设备损坏和财产损失，对安全运行存在隐患。
5 改造措施
由于排污管线放水，操作过程复杂，存在安全隐患，建议在加热炉排污管线上增设放水管线，同时在放水管线上安装看窗，即上图方框中的部分（图1）。
在加热炉内部安装射频导纳油水界面监测仪，射频导纳与电动阀连锁，并将信号线引到中控室。中控室实施监控，进行放水的远程启停操作。室外管线安装电热带保温。
6 发展前景
在我国，能源的利用效率不高与工业发达国家的差距非常大，已经成为制约国民经济发展的瓶颈，大部分工业企业由于种种的原因仍存在着设备陈旧老化、工艺技术落后、能耗高、效益差等问题。在石油、石化企业中，相当大的一部分中小型加热炉存在着排烟温度高和热效率低的问题，尤其是那些负荷小、炉型落后、设备老化的炉子，能源浪费更为严重。
我厂加热炉节能降耗技术的研究应用项目的开展，缓解了企业发展的能源瓶颈制约，提高了能源利用效率。项目的开展也将为大量中小型加热炉的技术改造和更新换代提供技术参考和经验借鉴，减少由于能源对各企业的制约和束缚。进而推广到各相关领域，尤其是石油、石化下属的大能耗企业。
参考文献
[1] 曹冠之.工业窑炉热工特性及简化计算.北京科技大学热能工程系
[2] 吴道洪.工业炉燃油、燃气燃烧器的新发展[J].工业加热，1998，（1）：26 -28
[3] 李均宜.炉温仪表与热控制[M].北京：机械工业出版社，1981