油气两用立式加热炉在高寒地区的长周期运行研究

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  摘要:苏一原稳装置作为呼伦贝尔系统工程的一部分,对原油长输起着承上启下的重要作用,而加热炉作为装置平稳运行的核心,尤其在零下50℃的低温下,如何能保证安全、高效、平稳运行,是我们探讨的主要课题。本文对加热炉极寒环境的运行方式和对策进行了分析。
  主题词:高寒环境 加热炉 长周期运行 对策研究
  【分类号】:TE624.32
  一、装置及加热炉概况
  苏一原稳站位于呼伦贝尔地区苏131作业区,负责整个呼伦贝尔地区原油稳定工作。其中加热炉是原稳装置中的核心设备,如果加热炉在运行中出现问题,将会对整个原稳装置造成无法估量的影响,尤其在冬季,长时间的停炉将会造成原油凝结在管线内,所以对苏一原稳装置来说,加热炉不能停运,尤其在冬季。
  苏一原稳加热炉为立式加热炉,型号为Q=4.0MW,中油管道机械制造有限公司制造,2009年9月正式投運。
  二、高寒环境加热炉运行遇到的问题
  在将近三年运行时间内,加热炉在冬季运行过程中发生了多次停机,停机原因主要有三点:
  1.燃气工况下燃料气温度低、带烃,加热炉频繁停机
  原设计燃料气使用装置自产的不凝气,未经过冷凝、干燥等技术措施,设计中燃料气管线使用两条30瓦/米的电伴热平行铺设加热,外保温采用普通硬质复合硅酸盐绝热管壳,保温层厚度为60mm,保温效果不好,再加上冬季近零下50℃的低温,燃料气电伴热无法达到燃料气保持气相要求,燃料气中部分气相冷凝带液(甚至在电磁阀处产生结冰现象),在燃烧器入口电磁阀检测中,自动保护,切断气源,燃烧器不能正常运行。
  2.燃油工况造成的炉管、翅片结焦、积碳
  投产初期,由于燃料气带烃,燃气工况不能实现,燃烧器频繁处于燃油工况,使加热炉炉管、翅片造成不同程度结焦、积碳,降低了加热炉热效率,原设计的120℃出口温度无法达到设计要求。
  3.高寒温度下,燃烧器部件工作不正常
  构成燃烧器的部分电子元件低温下,由于热胀冷缩无法正常工作,燃烧器无法实现大小火转换;仪表部件的润滑由于环境温度超出了油脂的工作范围,使油脂结蜡、凝结,燃烧器无法正常工作。
  三、采取的技术措施
  鉴于在冬季运行期间出现的各种问题,经过将近三年的摸索和改进,苏一原稳加热炉在近两年的运行中,一直保持平稳、高效、连续运行,主要采用的技术与管理措施有以下几点:
  1.使用加热炉出口管线进行伴热,提升燃料气伴热温度
  由于冬季低温度下燃料气部分重组分凝析和水结冰,导致燃料气线冻堵和带液,造成加热炉停机。针对这一情况,我们提出了加热炉出口管线伴热的技术改造。即利用加热炉出口DN250的管线为DN50的燃料气线伴热,使冬季极寒温度下,燃料气的温度达到了近50℃,而且由于原设计管线走向并列,改造时,并未增加多少投资。不仅节约了电能,同时由于燃料气温度升高,提高了加热炉的热效率。
  2、对原燃烧器进行升级改造成油、气单烧、油气混烧三用燃烧器
  由于不凝气热值高,渗透力强,燃烧速度快,为保证安全,对燃烧器进行了升级改造,采用油气混烧技术和比例连续控制调节。改造后的燃烧器可实现油、气单烧、油气混烧三种功能,当气量不足时用油补烧,避免了不凝气的排放,达到了节能减排效果;同时,油、气无需频繁切换,因此在运行中不用来回停炉、吹扫、点炉,消除了安全隐患;新增的比例式调节阀缩小了温度的波动范围,提高了产品质量;新增的增压油泵,使燃料压力更稳定,可控温度调节余量增大。
  3.燃料气系统自平衡,保证装置“零排放”
  由于燃料气为塔顶不凝气,在塔压调节时,经常需要向火炬排放多余的不凝气。由于调节阀的滞后,会造成燃料气波动,为此我们提出了燃料气系统自平衡的操作方案。即塔顶压力高时零排放、塔顶压力低时不升压,由加热炉出口温度实现塔压自平衡。通过多次观察、试验,装置运行平稳、加热炉运行正常,既减轻了员工的劳动强度,又减少了环境污染。
  4.燃料油系统自循环改造,降低能耗
  由于燃料油只在装置检修启机初期运行,燃料油作为备用燃料,冬季保证系统的正常备用也是我们研究的另一课题。作为备用燃料,以前采用的是燃料油泵连续运转,防止原油凝固的备用方式,但由于原油中含有细小砂砾,对泵造成了不同程度磨损。后改用电伴热方式,由于雨、雪的渗透,电伴热经常出现故障,维护起来很困难。为此我们又提出了燃料油系统自循环改造,即通过稳后泵出口的120℃高温原油分流一股连接到燃料油泵的出口,待高温原油循环后,通过燃料油泵入口再引回到稳前泵的入口,实现整个原油系统的自循环。这种方式不但杜绝了燃料油的磨损,同时节约了电能。
  5.针对燃烧器部件的冬季运行中进行改造,改进防冻措施
  针对加热炉处于高寒地区,燃烧器部件冬季运行不正常这一现象,我们将燃料器及附件增加了电伴热带密度,并加厚了保温层,同时为防止冬季冷风,增设了防风简易房,极大地降低了寒冷对燃烧器动作的影响,一年来,加热炉燃烧器运行平稳,开工率达到99%。
  6. 对炉管、翅片结焦、积碳的喷砂处理,提高加热炉热效率
  针对炉内辐射管和对流管外壁出现较严重的焦油结垢和积碳。经现场勘察,外层积碳厚度在10-30毫米,内层焦碳结垢厚度达5-15mm,结灰焦垢达10-30mm。结垢造成加热效率降低,已经不能满足生产要求。为此我们采用喷砂的方法对炉管进行除焦除垢处理。
  通过喷砂处理后的加热炉管,由于改变了运行方式,每年只在检修初次启机无燃料气时使用,较好地缩短了燃油工况运行时间,目前加热炉运行正常,达到设计要求指标。
  四、加热炉运行考核
  经过以上的一系列技术与管理对加热炉的运行支撑后,我们对加热炉的主要运行参数进行了考核。
  图5 加热炉主要运行参数考核表
  通过考核对比,立式加热炉能够适应在高寒地区的原稳装置运行需要,主要运行参数与装置产能均能够达到设计要求。通过对加热炉的一系列技术措施应用,装置年节约干气43万立方米,燃料油(原油)800吨,节约电能20万千瓦,同时也降低了加热炉在高寒环境中的操作风险,不但节约了能源,也保护了环境,当地的质检部门也对该加热炉的运行给予了良好的评价。通过近两年多的运行,加热炉保持了良好的运行状况,保证了苏一原稳装置的连续平稳运行。
  四、结束语
  本文介绍了油气两用立式加热炉在高寒地区的长周期运行研究,通过对原油稳定装置立式加热炉适应性的改进和管理研究,达到了保证安全,节约能源,降低能耗,保护环境,取得良好的经济效益、社会效益和环境效益。综上所述,油气两用立式加热炉适用于偏远“高寒”地区且没有干气气源的正压原稳装置。
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