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摘要：加热炉是油田重要设备，也是主要耗能设备。目前正在运转的加热炉存在各种各样的问题，直接影响了正常生产以及节能降耗工作。通过对加热炉炉效、腐蚀结垢以及清垢方法上的分析，对加热炉今后节能潜力及节能技术的应用提出一些建议。
关键词：加热炉 腐蚀 结垢 炉效 节能
中图分类号：TU831；TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-108-01
一、加热炉节能技术概述
加热炉是油田生产的主要设备，也是主要耗能设备，一旦加热炉出现问题，就势必会影响油田的正常上产。目前油田转油站、联合站共有加热炉几百台，每年都要投入较大资金对部分加热炉进行维修，而加热炉的损坏却还在继续。尤其采出液矿化度较高，部分地区已经聚驱开采，和三元开采，采出液成分进一步复杂化，在此种情况下，加热炉出现的问题也将进一步加剧，耗能也在继续加剧。因此，加热炉是油田节能的主要对象之一。
1、加热炉节能影响因素分析
加热炉节能的有效途径是减少热损失。大体上说，加热炉的热损失及其影响因素大致有三种：
（1） 排烟热损失
排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高12～15℃，将使排烟热损失提高1%。
（2） 气体不完全燃烧热损失
这种热损失的产生是由于部分甲烷、氢、一氧化碳等可燃气体未完全燃烧放热而随烟气排出造成的损失。影响产生的主要原因是燃烧器即排风挡板的调控不合理造成的，而单纯依靠人工操作合理调控的目的，所以通过使用全自动控制燃烧器是使燃料获得完全燃烧的有效途径。
（3） 散热损失
散热损失是炉体表面温度高于周围环境温度，将热量散失于环境中所形成的热损失。散热损失与炉子的散热表面积、加热炉热负荷、炉子保温状况以及环境温度等因素有关。
2、加热炉节能技术
根据对以上影响节能因素的分析，加热炉的节能可以采取以下措施：
（1）改善加热炉燃烧技术
包括使用高效节能的燃烧器，使加热爐的燃烧过程更完全、充分，并尽量减少过剩空气。优质的燃烧器能够使燃料充分燃烧，这是提高加热炉效率的先决条件，应优先选用优质高效燃烧器。在老油田改造工程中对加热炉燃烧系统进行了改造，安装了高效节能燃烧器，具备了自动点火和熄火保护功能。由于高效节能燃烧器能够依据加热炉进出口温度或炉膛温度的检测，控制燃料气流量，并对燃烧的燃料/空气混合比进行调节，降低了人为因素对燃烧的影响，较大程度上提高了加热炉效率。
（2）减少排烟损失
通过采用高效热管强化传热过程，预热燃烧用空气，充分利用烟气余热，提高加热炉效率。
（3）加强保温节能
通过采用新型保温材料，提高炉体保温效果，减少散热损失。
二、加热炉现状及存在的主要问题
1、加热炉使用现状
目前油田转油站、联合站共有加热炉几百台，担负着联合站、转油站脱水、外输加热、掺水热洗以及采暖功能，具体情况见表1。
由统计可以看出，很大一部分加热炉因使用年限较长。目前使用年限15年以上的加热炉占总数的42.3%，因使用时间较长，加热炉内部构件及烟囱氧化腐蚀严重，每年均需安排部分加热炉及其附件进行大修或更换。
2、加热炉主要存在以下问题
（1）加热炉腐蚀
火筒式加热炉火管容易腐蚀，主要原因在于加热污水中含有大量氯离子、碳酸氢根离子等对金属腐蚀率较高，在有溶解氧存在时，更具有活性。烟管凝液含硫酸根离子较高，容易产生露点腐蚀。火筒加热炉被加热介质为原油与烟、火管直接接触。一旦烟、火管腐蚀穿孔，原油直接泄露到炉膛内，将造成炉膛着火，存在较大安全隐患。
（2）结构问题
一般情况下，加热炉全年均处于运行或备用状态，很少开炉检查除垢，再加之二合一加热炉的加热介质较为恶劣，导致长期运行后加热炉结垢严重，影响传热效果，降低了炉效。
（3）炉效问题
由于系统工艺参数的变化，早期安装的加热炉大都出现了加热效率下降、腐蚀结垢严重等问题。而加热炉炉效与结垢直接相关。据统计，加热炉炉垢每增加1mm，耗气量便增加3%～5%。但是加热炉炉效还与其它因素有关，例如过剩空气系数，气阻等。尤其是二合一，由于其加热物质含气量较大，因此当其受热时，气体逸出，形成气阻，液体加热接触面积变小，导致了加热炉效率降低，出口温度达不到要求。
三、加热炉主要节能途径
1、加热炉防腐
加热炉防腐蚀主要是采用防护涂层和牺牲阳极阴极保护方法对加热炉烟火管进行联合保护。由于一般涂层材料不耐高温。因此，耐高温防腐材料的应用是解决加热炉腐蚀的最好途径。
2、加热炉防垢
（1）加强生产维护，定期清垢
目前，加热炉的工作介质多为含油污水，矿化度比较高，极易结垢，影响加热炉效率，所以应定期对加热炉进行除垢。由以往试验结论得知，大庆油田平均每年因加热炉结垢而无效损耗掉约0.09～0.63亿元天然气费用，带来了大量的燃料成本浪费。另外，严重的污垢沉积，会使加热炉热性能下降，影响生产。同时，由于加热炉内污垢的导热不良，致使金属壁面温度升高，降低了钢材的强度，常常发生爆炉等事故。
（2）使用可抽式加热炉
油田注聚以后，采出液的粘度增加，加快了烟火管的结焦进程和破损速度。可抽式加热炉是目前能彻底清垢、保持加热炉高效率，清垢费用低的产品。它的主要特点是改变了以往炉内清垢不彻底的弊端，可将烟火管抽出炉体进行清垢。可抽式加热炉技术既可应用于新建加热炉项目，又可应用于加热炉改造项目，应用此项技术，将为老式加热炉节能降耗提供强有力的技术支持。
3、提高加热炉炉效
（1）减少热损失
有效途径是改善加热炉燃烧技术、减少排烟损失、加强保温节能等，使加热炉在最好的工况下运行。
（2）采用真空加热炉
真空加热炉采用真空相变换热技术，充分利用汽、液相变潜热的热通过加强热媒换热能力，达到很高的 换热效率。其换热过程首先是利用真空控制阀把加热炉顶部空间抽成真空，燃烧器将燃料充分燃烧，通过火管、烟管壁面将热量传递给炉壳内的中间介质“水”，水受热在低于标准大气压下沸腾产生蒸气，蒸气与低温的盘管壁换热，冷凝成水，将热量传递给盘管真空加热炉内部结构换热器内流动的工质。凝结后的水继续被加热汽化，如此循环往复， 实现加热炉的换热。由于原油不与烟火管直接接触，因而安全性较高。同时，真空加热炉比火筒炉提高了3%的炉效，节约了耗气量，节省了运行费用。
4 结论
综上所述，加热炉作为油田的主要生产与耗能设备，我们应当从各个方面对其进行探讨，以提高加热炉效率，降低能耗。总体来讲，集输系统加热炉在节能方面仍有较大的改善空间。如果以上一系列的节能措施得以实行，油田集输系统节能状况将得到较大改善。
关键词：加热炉 腐蚀 结垢 炉效 节能
中图分类号：TU831；TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-108-01
一、加热炉节能技术概述
加热炉是油田生产的主要设备，也是主要耗能设备，一旦加热炉出现问题，就势必会影响油田的正常上产。目前油田转油站、联合站共有加热炉几百台，每年都要投入较大资金对部分加热炉进行维修，而加热炉的损坏却还在继续。尤其采出液矿化度较高，部分地区已经聚驱开采，和三元开采，采出液成分进一步复杂化，在此种情况下，加热炉出现的问题也将进一步加剧，耗能也在继续加剧。因此，加热炉是油田节能的主要对象之一。
1、加热炉节能影响因素分析
加热炉节能的有效途径是减少热损失。大体上说，加热炉的热损失及其影响因素大致有三种：
（1） 排烟热损失
排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高12～15℃，将使排烟热损失提高1%。
（2） 气体不完全燃烧热损失
这种热损失的产生是由于部分甲烷、氢、一氧化碳等可燃气体未完全燃烧放热而随烟气排出造成的损失。影响产生的主要原因是燃烧器即排风挡板的调控不合理造成的，而单纯依靠人工操作合理调控的目的，所以通过使用全自动控制燃烧器是使燃料获得完全燃烧的有效途径。
（3） 散热损失
散热损失是炉体表面温度高于周围环境温度，将热量散失于环境中所形成的热损失。散热损失与炉子的散热表面积、加热炉热负荷、炉子保温状况以及环境温度等因素有关。
2、加热炉节能技术
根据对以上影响节能因素的分析，加热炉的节能可以采取以下措施：
（1）改善加热炉燃烧技术
包括使用高效节能的燃烧器，使加热爐的燃烧过程更完全、充分，并尽量减少过剩空气。优质的燃烧器能够使燃料充分燃烧，这是提高加热炉效率的先决条件，应优先选用优质高效燃烧器。在老油田改造工程中对加热炉燃烧系统进行了改造，安装了高效节能燃烧器，具备了自动点火和熄火保护功能。由于高效节能燃烧器能够依据加热炉进出口温度或炉膛温度的检测，控制燃料气流量，并对燃烧的燃料/空气混合比进行调节，降低了人为因素对燃烧的影响，较大程度上提高了加热炉效率。
（2）减少排烟损失
通过采用高效热管强化传热过程，预热燃烧用空气，充分利用烟气余热，提高加热炉效率。
（3）加强保温节能
通过采用新型保温材料，提高炉体保温效果，减少散热损失。
二、加热炉现状及存在的主要问题
1、加热炉使用现状
目前油田转油站、联合站共有加热炉几百台，担负着联合站、转油站脱水、外输加热、掺水热洗以及采暖功能，具体情况见表1。
由统计可以看出，很大一部分加热炉因使用年限较长。目前使用年限15年以上的加热炉占总数的42.3%，因使用时间较长，加热炉内部构件及烟囱氧化腐蚀严重，每年均需安排部分加热炉及其附件进行大修或更换。
2、加热炉主要存在以下问题
（1）加热炉腐蚀
火筒式加热炉火管容易腐蚀，主要原因在于加热污水中含有大量氯离子、碳酸氢根离子等对金属腐蚀率较高，在有溶解氧存在时，更具有活性。烟管凝液含硫酸根离子较高，容易产生露点腐蚀。火筒加热炉被加热介质为原油与烟、火管直接接触。一旦烟、火管腐蚀穿孔，原油直接泄露到炉膛内，将造成炉膛着火，存在较大安全隐患。
（2）结构问题
一般情况下，加热炉全年均处于运行或备用状态，很少开炉检查除垢，再加之二合一加热炉的加热介质较为恶劣，导致长期运行后加热炉结垢严重，影响传热效果，降低了炉效。
（3）炉效问题
由于系统工艺参数的变化，早期安装的加热炉大都出现了加热效率下降、腐蚀结垢严重等问题。而加热炉炉效与结垢直接相关。据统计，加热炉炉垢每增加1mm，耗气量便增加3%～5%。但是加热炉炉效还与其它因素有关，例如过剩空气系数，气阻等。尤其是二合一，由于其加热物质含气量较大，因此当其受热时，气体逸出，形成气阻，液体加热接触面积变小，导致了加热炉效率降低，出口温度达不到要求。
三、加热炉主要节能途径
1、加热炉防腐
加热炉防腐蚀主要是采用防护涂层和牺牲阳极阴极保护方法对加热炉烟火管进行联合保护。由于一般涂层材料不耐高温。因此，耐高温防腐材料的应用是解决加热炉腐蚀的最好途径。
2、加热炉防垢
（1）加强生产维护，定期清垢
目前，加热炉的工作介质多为含油污水，矿化度比较高，极易结垢，影响加热炉效率，所以应定期对加热炉进行除垢。由以往试验结论得知，大庆油田平均每年因加热炉结垢而无效损耗掉约0.09～0.63亿元天然气费用，带来了大量的燃料成本浪费。另外，严重的污垢沉积，会使加热炉热性能下降，影响生产。同时，由于加热炉内污垢的导热不良，致使金属壁面温度升高，降低了钢材的强度，常常发生爆炉等事故。
（2）使用可抽式加热炉
油田注聚以后，采出液的粘度增加，加快了烟火管的结焦进程和破损速度。可抽式加热炉是目前能彻底清垢、保持加热炉高效率，清垢费用低的产品。它的主要特点是改变了以往炉内清垢不彻底的弊端，可将烟火管抽出炉体进行清垢。可抽式加热炉技术既可应用于新建加热炉项目，又可应用于加热炉改造项目，应用此项技术，将为老式加热炉节能降耗提供强有力的技术支持。
3、提高加热炉炉效
（1）减少热损失
有效途径是改善加热炉燃烧技术、减少排烟损失、加强保温节能等，使加热炉在最好的工况下运行。
（2）采用真空加热炉
真空加热炉采用真空相变换热技术，充分利用汽、液相变潜热的热通过加强热媒换热能力，达到很高的 换热效率。其换热过程首先是利用真空控制阀把加热炉顶部空间抽成真空，燃烧器将燃料充分燃烧，通过火管、烟管壁面将热量传递给炉壳内的中间介质“水”，水受热在低于标准大气压下沸腾产生蒸气，蒸气与低温的盘管壁换热，冷凝成水，将热量传递给盘管真空加热炉内部结构换热器内流动的工质。凝结后的水继续被加热汽化，如此循环往复， 实现加热炉的换热。由于原油不与烟火管直接接触，因而安全性较高。同时，真空加热炉比火筒炉提高了3%的炉效，节约了耗气量，节省了运行费用。
4 结论
综上所述，加热炉作为油田的主要生产与耗能设备，我们应当从各个方面对其进行探讨，以提高加热炉效率，降低能耗。总体来讲，集输系统加热炉在节能方面仍有较大的改善空间。如果以上一系列的节能措施得以实行，油田集输系统节能状况将得到较大改善。