WNS相變加熱爐節(jié)能探討

于國慶

【摘 要】相變加熱爐是盤二聯(lián)的原油加熱設(shè)備，2003年由青島益青機(jī)械有限公司制造生產(chǎn)并投入使用的，擔(dān)負(fù)著我站原油脫水的加熱升溫工作。特別是近年來油田已逐步進(jìn)入開采后期，進(jìn)站原油物性的改變以及水量的增大，使集輸站加熱負(fù)荷增大，原油加熱升溫工作越來越重要，該加熱爐的使用成為提高脫水溫度，降低能源消耗的必然舉措。但是該設(shè)備試運行后，經(jīng)常出現(xiàn)喘震、設(shè)備運行噪音大、水擊等現(xiàn)象，不能投入正常的運行，為保證我站的原油脫水工作的正常運轉(zhuǎn)，我們積極進(jìn)行研究和改進(jìn)，力爭使相變加熱爐正常運行。

【關(guān)鍵詞】相變加熱爐；結(jié)構(gòu)、原理

1.相變加熱爐的結(jié)構(gòu)、原理簡介

該相變加熱爐是由一臺鍋爐和位于其上的一臺換熱器組成的綜合設(shè)備，由鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽進(jìn)入換熱器，與換熱器內(nèi)的管程進(jìn)行對流換熱，把熱量傳遞給管內(nèi)的原油介質(zhì)，以達(dá)到給原油加熱的目的。

1.1鍋爐本體

WNS型鍋爐為臥式內(nèi)燃鍋爐，其結(jié)構(gòu)為三回程鍋殼鍋爐，采用波形爐膽，螺紋煙管和光管煙管組成，燃料系統(tǒng)將天然氣送至燃燒器，噴入爐膽進(jìn)行燃燒，火焰在爐膽內(nèi)燃燒后經(jīng)轉(zhuǎn)向室進(jìn)入第一對流管束，再經(jīng)前煙箱，轉(zhuǎn)入第二對流束，最后從后煙箱進(jìn)入煙囪，排向大氣。鍋爐配用全自動進(jìn)口燃燒器，燃燒器上配備有全自動的燃燒控制器及監(jiān)測系統(tǒng)，提供全自動吹風(fēng)、點火、燃燒等程序控制，故有全自動操作、高效、經(jīng)濟(jì)、安全節(jié)能等特點。

1.2原油加熱裝置

該裝置為四管程浮頭式換熱器，結(jié)構(gòu)為一園形外殼內(nèi)裝有由很多平行管子組成的管束，其中參與熱交換的原油分四次由殼內(nèi)流過，飽和蒸汽則在管外流過，這樣依次流過各組管束，最后由出口流出，冷卻下來的水蒸汽則經(jīng)過回水通道回到鍋爐中去。

1.3進(jìn)氣或回水通道

該通道為兩根三寸鋼管，是連接蒸汽鍋爐的頂部與換熱器低部的重要通道。工作時鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽就是通過該通道進(jìn)入到換熱器內(nèi)，并將冷凝后的水蒸汽送回到鍋爐內(nèi)的一條通道。

2.現(xiàn)存問題分析

在相變加熱爐試運行過程中，我們發(fā)現(xiàn)該設(shè)備無法正常運行，達(dá)不到預(yù)期的目的。主要問題分為以下幾點：

（1）喘震震動及噪音大：該爐運行中在大小火轉(zhuǎn)換時震動的厲害，設(shè)備運行的噪音較大，使人產(chǎn)生較大的焦慮煩躁情緒和不安全感，嚴(yán)重影響了工人的生產(chǎn)狀態(tài)。據(jù)分析產(chǎn)生問題之一的原因是：燃燒器配備的自動控制系統(tǒng)（系德國扎克公司生產(chǎn)的）的設(shè)計存在問題，致使加熱爐運行時的燃?xì)獗日{(diào)節(jié)不到位，據(jù)觀察其只存在著一、二段火焰轉(zhuǎn)換時自動調(diào)節(jié)，致使設(shè)備運行時引發(fā)震動。問題產(chǎn)生的原因之二是：煙道的通風(fēng)障礙，煙道的通風(fēng)量不足，引起鍋爐煙道的喘震，造成震動厲害，噪音增大。

（2）鍋爐運行時水擊現(xiàn)象嚴(yán)重：設(shè)備在運行中經(jīng)常出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，嚴(yán)重時出現(xiàn)缺水事故，由上述相變加熱爐的介紹可知，該爐與換熱器的結(jié)構(gòu)存在問題，進(jìn)汽通道和回水通道是一根管線，而進(jìn)氣與回水通道是連接鍋爐本體與換熱器的關(guān)鍵部位，當(dāng)它面積狹窄無法保持暢通時，冷卻水就無法回到鍋爐中來。

3.原因分析，制定解決措施

（1）針對煙道的通風(fēng)障礙，查找煙道的通風(fēng)量不足影響因素，經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)一處設(shè)計不合理，一是煙道設(shè)計為直角拐角，影響了出氣速度，二是煙道的防雨帽離管線的距離較近，減少了出氣量。

解決的辦法是將直角拐角改為45度的緩坡拐角，較少流動障礙，增加流動速度。其次是增加防雨帽離管線的距離，增大通風(fēng)面積。

（2）針對燃燒器上的自動燃燒控制器的設(shè)計不合理問題，我們仔細(xì)分析了燃燒控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一快開閥門控制著風(fēng)門的開度，以調(diào)節(jié)燃?xì)獗壤瑸榇私ㄗh重新設(shè)計燃燒器控制系統(tǒng)為一線性比例調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)燃?xì)獗?，?zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)定為拉桿控制，使得燃?xì)獗日{(diào)節(jié)按照一定比例呈線性上升。從而避免了其因轉(zhuǎn)換過快而引起得爐體震動。

（3）針對進(jìn)汽通道和回水通道是一根管線，造成了回水下不來的問題，解決的方法是改變進(jìn)換熱器的進(jìn)汽通道，右下方進(jìn)改為從上方進(jìn)，改變回水管線的回水方式，由回水進(jìn)鍋爐的氣相頂部改為進(jìn)鍋爐的水相底部，減少了汽相的阻力，便于水回到鍋爐中來。

4.取得的效果

改造后較好的解決了以上的問題，不僅能為脫水原油進(jìn)行較好的加熱，也解決了加熱設(shè)備緊張的問題。這次改造共計投入資金 10 萬元。如果與原來的加熱爐相比，效率提高了15%以上，大大節(jié)約了天然氣的用量，同時也節(jié)約了資金，其計算結(jié)果如下：

日產(chǎn)量：1150噸；原油含水：10%；水量：128噸；

C油=2.093 C水=4.1868 溫升△t=20℃ 爐效u=85%

則有：

Q油=C油m△t/3600={2.093×（1150÷24）×103×20}÷3600=557.164千瓦

Q水=C水m△t/3600={4.1868×（128÷24）×103×20}÷3600=124.053千瓦

Q負(fù)=Q油+Q水=681.217

Q總=681.217÷0.85=801.432千瓦

每天產(chǎn)熱量q=801.432×24=19234.368千瓦.時

1kwh=3.6×103/38979=0.0924m3

每天耗氣量：19234.368×0.0924=1777.255m3

月耗氣：1777.255×31=55094m3

同理可推出老式加熱爐的月耗氣量為72047m3

則每月可節(jié)約天然氣用量：72047-55094=16953m3，折合人民幣

16953元，可見只需一年即可收回成本。

5.一點體會

此后的運行過程中也發(fā)現(xiàn)了新的問題，在負(fù)荷變化較大時，運行過程中，還是能出現(xiàn)水擊的現(xiàn)象，在負(fù)荷較小時出現(xiàn)燒高溫停爐的現(xiàn)象。有時還會出現(xiàn)排污不正常的現(xiàn)象，據(jù)我們分析認(rèn)為：

（1）排污不正常的現(xiàn)象，是由于正常運行是爐火較小，鍋爐沒有起壓，爐內(nèi)沒有壓力，不具備排污條件，所以排不出水來。

（2）出現(xiàn)燒高溫停爐的現(xiàn)象，是因為此時換熱器的熱負(fù)荷較小，而爐火較大，鍋爐迅速起壓使換熱器內(nèi)的蒸汽溫度、壓力也迅速增加，換熱速度加快，使管程內(nèi)被加熱介質(zhì)的溫度急速達(dá)到加熱的設(shè)定保護(hù)值，而出現(xiàn)保護(hù)性停爐的現(xiàn)象。

（3）針對在鍋爐運行中，易出現(xiàn)鍋爐缺水和滿水事故的現(xiàn)象，經(jīng)仔細(xì)分析觀察缺水事故是出現(xiàn)在鍋爐低負(fù)荷小火燃燒向大伙轉(zhuǎn)換過程中，爐內(nèi)蒸汽壓力由低到高，而鍋爐內(nèi)的水位也會出現(xiàn)有高到低的變化，因此鍋爐容易出現(xiàn)缺水的事故。而滿水事故則恰恰相反，是出現(xiàn)在鍋爐大負(fù)荷燃燒向小負(fù)荷燃燒的轉(zhuǎn)化過程中，換熱器內(nèi)的蒸汽壓力和濃度都有所下降，蒸汽冷卻成水回落到鍋爐內(nèi)導(dǎo)成水位上漲，出現(xiàn)滿水事故。

解決措施：制定合理的操作規(guī)程，強(qiáng)化操作規(guī)程落實，加強(qiáng)青工培訓(xùn)，提高輕工的技能。

通過以上措施，取得較好的效果，做到了正常生產(chǎn)。