熱媒爐油改氣前后運(yùn)行狀況對比分析

陳寧婷

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海金山 201500)

熱媒爐油改氣前后運(yùn)行狀況對比分析

陳寧婷

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海金山 201500)

熱媒爐是聚酯、長絲、短絲三套裝置的主要供熱設(shè)備，是聚酯裝置的關(guān)鍵設(shè)備。由于運(yùn)行時(shí)間較長、設(shè)備老化，熱媒爐在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)許多故障。這些故障嚴(yán)重影響了熱媒爐的平穩(wěn)運(yùn)行。為了解決這些問題，對熱媒爐進(jìn)行了油改氣改造。油改氣后，熱媒爐的抗風(fēng)險(xiǎn)能力得到很大的提高，效率也由之前的89%提高到了90.5%以上。油改氣改造解決了影響熱媒爐平穩(wěn)運(yùn)行的隱患，為三套裝置的平穩(wěn)運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

熱媒爐;油改氣;分析

0 前言

熱媒爐是聚酯、長絲、短絲三套裝置的主要供熱設(shè)備，它們的運(yùn)行狀況對三套裝置的平穩(wěn)運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。由于運(yùn)行時(shí)間較長，設(shè)備老化，熱媒爐在運(yùn)行中故障較多，嚴(yán)重影響了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。為了解決這些問題，筆者原工作單們中石化洛陽分公司利用2011年設(shè)備大檢修的機(jī)會(huì)，對熱媒爐進(jìn)行了油改氣改造。2012年5月，天然氣引入熱媒站，熱媒爐投用天然氣一次點(diǎn)爐成功。

1 熱媒爐的介紹

聚酯裝置三臺(tái)熱媒爐1811-H01A/B/C是由瑞士Bertrams公司制造，熱負(fù)荷為13.9 MW，燒重油時(shí)熱效率為90%，燃燒器為上點(diǎn)火式圓筒結(jié)構(gòu)加熱爐，爐體型號(hào)1054BNFV。燃燒器采用燃料油霧化燃燒，爐內(nèi)、外兩層盤管形成輻射段和對流段，將爐管內(nèi)流動(dòng)的液相熱媒加熱到所需的工藝溫度，進(jìn)入閃蒸罐閃蒸成氣相熱媒后送至各個(gè)用戶。經(jīng)換熱后的氣相熱媒重新冷凝成液相，根據(jù)凝液溫度的不同分別進(jìn)入高、低溫凝液槽，再經(jīng)循環(huán)泵輸送至爐區(qū)進(jìn)行循環(huán)加熱。熱媒爐的工藝流程如圖1所示。

2 油氣改造前情況

熱媒爐在油改氣前，故障較多。以下是油改氣前熱媒爐運(yùn)行中存在的主要問題:

圖1 熱媒爐流程圖

2.1 抗風(fēng)險(xiǎn)能力差

在正常運(yùn)行時(shí)，三臺(tái)熱媒爐平均分配負(fù)荷，如其中一臺(tái)出現(xiàn)故障或需要停爐維修時(shí)，其余二臺(tái)提高負(fù)荷滿足生產(chǎn)需求。由于所使用燃料油中雜質(zhì)含量較高，爐管和預(yù)熱器積灰嚴(yán)重，換熱效率差，造成爐膛出口煙氣溫度升高。在正常運(yùn)行時(shí)，爐膛出口煙氣溫度應(yīng)在380℃以下，由于積灰嚴(yán)重現(xiàn)已達(dá)到400℃(聯(lián)鎖停爐溫度438℃)，為了保證設(shè)備安全運(yùn)行和生產(chǎn)平穩(wěn)，熱媒爐只能在低負(fù)荷運(yùn)行(設(shè)計(jì)最高負(fù)荷的28%～35%)。當(dāng)停下一臺(tái)爐后，提高其余兩臺(tái)爐負(fù)荷時(shí)，爐膛出口煙氣溫度會(huì)升至430℃左右，稍有波動(dòng)就會(huì)聯(lián)鎖停爐。原設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)三臺(tái)爐兩用一備，無法實(shí)現(xiàn)。這種情況造成三臺(tái)爐子只能在低負(fù)荷下運(yùn)行，無法停爐檢修。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，三臺(tái)熱媒爐爐膛出口煙氣溫度還在逐漸上升。這些情況，已影響了熱媒爐的正常運(yùn)行，成為聚酯車間平穩(wěn)生產(chǎn)的巨大隱患。

2.2 熱效率低

三臺(tái)熱媒爐的熱效率僅86%～89%，最差時(shí)侯1811-H01B熱效率甚至?xí)抵?4%。經(jīng)過認(rèn)真分析和總結(jié)后，分析熱媒爐效率低的原因有三:①使用燃料油作為燃料，造成爐管表面積灰嚴(yán)重，為了保證將熱媒加熱到閃蒸的溫度，需要加大燃料油的使用量。②長時(shí)間燒油造成換熱器的換熱面積灰嚴(yán)重，進(jìn)爐空氣交換不到應(yīng)有的熱量，增加了燃料油的消耗量，同時(shí)造成排煙溫度高。③由于燃料油黏度高、雜質(zhì)含量大、霧化效果不好，熱媒爐的燃燒狀況稍有變化，煙囪就會(huì)冒黑煙。為了減少冒黑煙，操作人員只能提高助燃風(fēng)風(fēng)量。熱媒爐1811-H01A/C爐的氧含量不得不控制在5%～9%，造成了熱媒爐效率大幅下降。

針對爐管和換熱器積灰，在不停爐的情況下，曾多次對熱媒爐進(jìn)行了在線吹灰，反復(fù)改變供風(fēng)量，利用風(fēng)量的變化將爐管和換熱器上的積灰吹掉帶走。在線吹灰吹去的是浮灰，效果不明顯。

2.3 點(diǎn)爐成功率低

根據(jù)Bertrams公司設(shè)計(jì)，熱媒爐采用微正壓操作，燃燒器和爐體處于全封閉狀態(tài)，點(diǎn)爐由PLC程序全自動(dòng)控制。點(diǎn)爐能否成功主要受點(diǎn)火時(shí)的空燃比和燃料油霧化效果的影響。點(diǎn)火位的空燃比是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先設(shè)定的。由于受燃料油性質(zhì)、溫度、霧化介質(zhì)(蒸汽或壓縮風(fēng))的壓力、溫度、含水量及油槍噴嘴磨損程度等多方因素的影響，點(diǎn)爐時(shí)燃料油的霧化效果很不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響點(diǎn)爐的成功率。特別是在冬季點(diǎn)爐時(shí)，由于氣溫對油溫和黏度的影響較大，經(jīng)常造成不能一次點(diǎn)爐成功(一般均需多次點(diǎn)爐)，按照程序點(diǎn)爐一次需要10 min左右，如果一次不能成功，長時(shí)間停爐將對主裝置平穩(wěn)生產(chǎn)造成影響。

2.4 熱媒爐PLC控制的狀況

熱媒爐的風(fēng)量和油量配比的控制是根據(jù)熱媒爐總管的壓力來控制調(diào)節(jié)的。手動(dòng)可調(diào)節(jié)的參數(shù)為熱媒爐的負(fù)荷，而典型負(fù)荷下的各參數(shù)(包括風(fēng)門開度、燃油閥開度、變頻頻率等)都是開工時(shí)調(diào)試好的(在平時(shí)操作中該調(diào)節(jié)畫面被屏蔽掉了，為不可調(diào)節(jié)畫面)。但是隨著爐子運(yùn)行時(shí)間的增加，重油系統(tǒng)的壓力變化和燃油閥不暢通的情況時(shí)有發(fā)生，操作人員只有通過改變風(fēng)機(jī)的輸出對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于熱媒爐原設(shè)計(jì)沒有風(fēng)量計(jì)及氧含量在線分析儀表，操作人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和爐子是否冒黑煙，對爐子進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式很不精確，容易引起風(fēng)量不足或風(fēng)量過剩等問題。

3 改造方案

為了保持聚酯裝置和長、短絲裝置的生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，減少非計(jì)劃停工，提高熱媒爐效率，減少聚酯裝置的能耗。經(jīng)研究決定對熱媒爐進(jìn)行油改氣改造。針對以上問題，我們制訂了油改氣改造方案:①對燃燒器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將只能燒油的燃燒器改為燃油、燃?xì)馊紵鳌＂谌加拖到y(tǒng)利舊。利舊部分從供油管道直到油燒嘴處，這樣保證油系統(tǒng)的工作特性不變。③增加燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥組，保證燃?xì)庠谑褂眠^程中穩(wěn)定和安全。④控制柜更新。新的控制柜完成對原燃油系統(tǒng)和新燃?xì)庀到y(tǒng)的控制。⑤對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)?？刂瞥绦蚩蓾M足雙燃料(天然氣或燃料油)使用，燃油部分按老系統(tǒng)設(shè)計(jì)，燃?xì)獠糠秩細(xì)饬髁亢惋L(fēng)量既可單回路調(diào)節(jié)，也可進(jìn)行串級(jí)比例雙交叉限制調(diào)節(jié)。煙氣殘氧信號(hào)引入燃燒控制系統(tǒng)，有效地控制熱媒爐實(shí)施“低氧燃燒”。

4 改造后的情況

分公司利用2011年檢修的機(jī)會(huì)對熱媒爐進(jìn)行了油改氣的改造。2012年5月，天然氣被引入熱媒站，熱媒爐投用天然氣，一次點(diǎn)爐成功。以前熱媒爐運(yùn)行中的大部分問題得到了很好的解決。

4.1 抗風(fēng)險(xiǎn)能力大大增強(qiáng)

天然氣進(jìn)燃燒器前的壓力較低，只有20 kPa左右。燃燒器的8支燃?xì)鈬姌尵荚诤聿拷M件與穩(wěn)焰器間的直流風(fēng)通道內(nèi)。這些設(shè)計(jì)特點(diǎn)使天然氣在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)，火焰長度短，火焰體積大，燃燒在短距離內(nèi)完成。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠趯α魇液洼椛涫彝Ａ舻臅r(shí)間相對燒油時(shí)長。新燃燒器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使?fàn)t管換熱效果大幅提高。三臺(tái)熱媒爐的爐膛出口煙氣溫度從改造前的400℃降到了350℃左右，降低了50℃，實(shí)現(xiàn)了熱媒爐的兩用一備，為熱媒爐逐臺(tái)檢修創(chuàng)造了條件，熱媒爐的抗風(fēng)險(xiǎn)能力得到了大幅提高。

4.2 熱媒爐效率有顯著提高

燃料改用天然氣后，熱媒爐的效率由之前的86%～89%，提高到了89.5% ～90.5%。尤其在2012年的5-9月分別對三臺(tái)爐子的爐管、換熱器進(jìn)行全面清灰后，三臺(tái)爐子的效率更是達(dá)到了90.5%～91.5%。熱媒爐效率的提高主要有下面四方面原因:①天然氣的火焰較燒油時(shí)的火焰短，且體積大，這造成了高溫?zé)煔庠趯α魇液洼椛涫彝Ａ舻南鄬r(shí)間長，爐管換熱效果提高。②天然氣是清潔能源，在燃燒過程中不會(huì)產(chǎn)生積灰，引起爐管和換熱器換熱效果變差。③由于煙氣換熱器和爐管的換熱效果提高，造成了排煙溫度的大幅降低。④由于天然氣是清潔能源，壓力穩(wěn)定，不存在霧化黑煙問題，所以氧含量可以控制較低。經(jīng)過研究改造，氧含量最低控制到了2.5%。

4.3 提高點(diǎn)爐成功率

天然氣投用后，由燃料油霧化問題造成的點(diǎn)爐難已解決。天然氣供應(yīng)穩(wěn)定且易引燃，所以只要設(shè)定合適的空燃比，爐子就很容易點(diǎn)火成功。

油改氣改造后，影響熱媒爐點(diǎn)爐的成功問題得到了解決，隨即也產(chǎn)生了新的問題。由于是依托原有熱媒爐爐體進(jìn)行的改造，新燃燒器上的火焰檢測器位置稍有偏差。在點(diǎn)小火的過程中火檢經(jīng)常檢測不到小火(實(shí)際小火正常燃燒)，造成點(diǎn)爐時(shí)出現(xiàn)失敗?；鹧鏅z測器檢測不到小火成了影響熱媒爐點(diǎn)爐成功率的主要原因。為了解決這個(gè)新出現(xiàn)的問題，經(jīng)過與設(shè)計(jì)廠家協(xié)商，廠家在小火的燃?xì)鈬娮旄浇O(shè)計(jì)加裝了電離火檢。只要小火有火焰，電離火檢就能立刻檢測到小火。經(jīng)過這些改造，熱媒爐點(diǎn)爐難的問題基本得到了解決。

4.4 熱媒爐PLC控制的改造

改造過程中，對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。控制程序可滿足雙燃料(天然氣或燃料油)使用，燃油部分按老系統(tǒng)設(shè)計(jì)。供風(fēng)管路在檢修中增加了空氣流量計(jì)，煙氣出口處增上了氧含量分析儀，做到了風(fēng)量的精確控制，同時(shí)將煙氣殘氧信號(hào)引入燃燒控制系統(tǒng)，有效地控制熱媒爐實(shí)施“低氧燃燒”。燃?xì)獠糠秩細(xì)饬髁亢惋L(fēng)量即可單回路調(diào)節(jié)，也可進(jìn)行串級(jí)比例雙交叉限制調(diào)節(jié)。

4.5 有效降低了裝置能耗

4.5.1 有效節(jié)約了燃料

在相同負(fù)荷下，改造前每月使用燃料油平均為920 t標(biāo)油/月，投用后使用燃料氣折標(biāo)油后平均為840 t標(biāo)油/月，平均減少使用燃料80 t標(biāo)油/月左右，每噸PET裝置能耗降低2 kg標(biāo)油。

4.5.2 有效節(jié)約了蒸汽和霧化風(fēng)

改造投用前加熱燃料油消耗1.0 MPa蒸汽大約0.5 t/h，冬天給燃料油系統(tǒng)伴熱消耗1.0 MPa，蒸汽大約0.5 t/h，霧化燃料油大約用工業(yè)風(fēng)300 Nm3/h (這個(gè)數(shù)值不清楚，是大概估計(jì)的)，改造投用后節(jié)約了這部分蒸汽和風(fēng)，折合每噸PET裝置能耗實(shí)際降低2 kg標(biāo)油/t左右。

4.5.3 有效節(jié)約了電能

改造投用后停用了燃料油供給泵、燃料油增壓泵和燃料油輸送泵。實(shí)現(xiàn)熱媒爐兩用一備后停掉了一臺(tái)風(fēng)機(jī)和一臺(tái)熱媒循環(huán)泵，大約節(jié)電260 kW/h，折合每噸PET裝置能耗實(shí)際降低2.3 kg標(biāo)油/t左右。

4.6 避免了燃料油系統(tǒng)的堵塞和設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)了爐子的環(huán)保高效

由于燃料油的性質(zhì)，原有的燃油系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)堵塞和設(shè)備故障。維修中燃料油的處理一直是一個(gè)難題。天然氣投用后，燃料油系統(tǒng)停用。燃料油泵停用，減少了設(shè)備維護(hù)及備件費(fèi)用。改造前熱媒爐煙囪冒煙嚴(yán)重且爐灰較多，對裝置周圍造成一定環(huán)境污染，改造后熱媒爐煙囪不再冒煙，實(shí)現(xiàn)了爐子的環(huán)保高效運(yùn)行。

5 結(jié)語

2012年5月，油改氣改造投用后，熱媒爐的抗風(fēng)險(xiǎn)能力得到了很大的提升，實(shí)現(xiàn)了熱媒爐的“兩用一備”。天然氣投用后，解決了由于燃料油引起的爐管和換熱器積灰問題。新燃燒器熱和新PLC系統(tǒng)的投用，使熱媒爐的燃燒狀況得到了精確控制。熱媒爐的效率也隨之得到了大幅的提高?，F(xiàn)在三臺(tái)熱媒爐的效率都在90.5%以上。熱媒爐的油改氣改造解決了長期困擾熱媒爐平穩(wěn)運(yùn)行的隱患，為三套裝置的平穩(wěn)運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

TQ050.7

B

1003-3467(2014)05-0042-03

2014-03-02

陳寧婷(1971-)，女，工程師，從事設(shè)備管理工作，電話:(021)57941941。