真空加熱爐技術(shù)現(xiàn)狀簡述

陳佳琪 李 琪 冷德成

（東北石油大學機械科學與工程學院)（大慶石化公司化肥廠）

真空加熱爐技術(shù)現(xiàn)狀簡述

陳佳琪*李 琪 冷德成

（東北石油大學機械科學與工程學院)（大慶石化公司化肥廠）

真空加熱爐在石油化工行業(yè)的使用越來越普遍，真空加熱爐技術(shù)的發(fā)展也越來越快，促進了我國原油經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。對真空加熱爐技術(shù)進行分析，有利于節(jié)能降耗工作的有效開展。闡述了真空加熱爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并展望了真空加熱爐技術(shù)的發(fā)展前景。

加熱爐 真空 燃燒器 節(jié)能 原油

0 引言

近些年，真空加熱爐技術(shù)在石油加工業(yè)中取得了很好的應(yīng)用效果，極大地降低了能耗，提高了生產(chǎn)效益。隨著真空加熱爐技術(shù)的逐步完善，真空加熱爐的使用范圍和適用性正在不斷擴大[1]。本文介紹了真空加熱爐的工作原理和性能特點，并介紹了真空加熱爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1 真空加熱爐工作原理

真空加熱爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作原理是：首先，通過燃料燃燒產(chǎn)生熱量；然后，借助火筒和煙管進行熱量傳遞，即熱量被火筒和煙管外部的水吸收；水吸熱沸騰后，逐步轉(zhuǎn)變成蒸汽，蒸汽作為媒介將熱量傳遞到被加熱的介質(zhì)中；最后，蒸汽又轉(zhuǎn)變成水，回到初始位置并被再次加熱成蒸汽。該過程重復循環(huán)[2]。在該熱傳遞過程中，能量基本保持平衡。爐內(nèi)基本處于真空狀態(tài)，但當蒸汽冷凝時，爐體內(nèi)部為負壓狀態(tài)。加熱爐內(nèi)部的壓力處于恒定值且低于外界壓力，這使得加熱爐能夠安全運行[3]。

圖1 真空加熱爐結(jié)構(gòu)

2 真空加熱爐性能特點

真空加熱爐一般用原油或天然氣作為燃料。真空加熱爐通過燃料燃燒產(chǎn)生熱量并通過傳熱系統(tǒng)實現(xiàn)傳熱，具有體積小、自動化程度高、適應(yīng)性強和節(jié)約能源等特點，其性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在燃燒和換熱技術(shù)等方面[4]。真空加熱爐燃燒技術(shù)可分為微正壓通氣技術(shù)和自動燃燒技術(shù)。其中，微正壓通氣技術(shù)，即增加氣缸容積熱強度，控制空氣系數(shù)，以達到提升熱效率的目的[5]。近些年，自動化技術(shù)發(fā)展速度較快，促使自動燃燒技術(shù)得以大范圍推廣。通過配置全自動化的加燃油或加燃氣設(shè)備，利用程序控制有效完善點火、熄火等功能，達到全自動燃燒的效果。此外，在換熱技術(shù)方面引進了國內(nèi)外最先進的相關(guān)技術(shù)，使得真空加熱爐的熱效率有了很大的提升[6]，保障了真空加熱爐具有良好的使用性能，增加了其使用壽命，延長了維修周期，同時也為環(huán)境保護帶來了益處[7]。

3 真空加熱爐節(jié)能降耗措施

對于真空加熱爐，一般可以從以下幾方面進行節(jié)能降耗。

3.1 控制熱負荷

根據(jù)有關(guān)調(diào)查資料可知，對于燃原油的真空加熱爐而言，其熱負荷和熱效率具有某種聯(lián)系。在原油真空加熱爐設(shè)計時，一般都是以滿負荷來進行設(shè)計的，這時的設(shè)計工況是加熱爐最好的工況。因此一旦熱負荷偏離滿負荷，勢必會影響到真空加熱爐的熱效率[8]。從另一角度分析，真空加熱爐熱負荷必須保持均衡，熱負荷過高或過低都會影響真空加熱爐的性能。若真空加熱爐處于超負荷工作狀態(tài)，供給的燃料不能完全燃燒，隨煙氣排出，這就相當于增加了熱損失[9]。

3.2 控制風量配比

基于燃燒學原理，真空加熱爐燃料需要特定的空氣量，否則就不能完全燃燒。對于原油真空加熱爐來說，其過量空氣系數(shù)為1.05～1.15，只有在這種情況下，才能最大限度提升真空加熱爐的熱效率，過低或過高的空氣系數(shù)都不能讓燃料充分燃燒。因此，真空加熱爐需要配比適當?shù)娘L量[10]。

3.3 改造燃燒器

對于真空加熱爐而言，燃燒器非常關(guān)鍵，對燃燒效果起著至關(guān)重要的作用。為了最大限度地提高真空加熱爐熱效率，需要對燃燒器予以重視，尤其是對燃燒器的改造必須予以足夠的重視[11]。因此，需要注意以下幾點：

（1）根據(jù)油田燃料供應(yīng)情況進一步確定燃油、燃氣設(shè)備，以及油氣兩用燃燒設(shè)備；對于燃燒器來講，最關(guān)鍵的是有效控制燃燒比例，以適應(yīng)真空加熱爐的使用[12]。

（2）對于已經(jīng)選擇的燃燒器，需要對其進行火焰監(jiān)測。因此，燃燒器需要具備一些相關(guān)的功能，包括負荷自動調(diào)節(jié)、燃燒故障報警、熄火報警保護、程序自動熄火等功能。有效地實現(xiàn)全自動控制，就可以有效保障真空加熱爐順利運行[13]。

（3）燃燒器的選擇需要依據(jù)相關(guān)標準，且需與燃料匹配，還需滿足系統(tǒng)參數(shù)等相關(guān)要求。對于重油燃燒器而言，需要配備增壓泵組，同時還需配備質(zhì)量較好的閥組和燃氣泄漏報警裝置。

（4）燃燒器的功率應(yīng)當是可調(diào)節(jié)的，其調(diào)節(jié)范圍應(yīng)當能滿足生產(chǎn)實際需求。燃燒器應(yīng)能夠隨意切換，可以切換至手動操作，也可以切換至自動操作。

4 真空加熱爐技術(shù)的應(yīng)用

真空加熱爐技術(shù)在實際應(yīng)用中顯現(xiàn)出了良好的運行優(yōu)勢。以某地引進的真空加熱爐為例，在2012年引進3臺，均為2000 kW變式真空加熱爐。該爐以原油為燃料，用于加熱介質(zhì)，通過調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度，控制生產(chǎn)運行參數(shù)，以確保生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行[14]。真空加熱爐的熱負荷，是人工設(shè)置的參數(shù)。為了使熱負荷得到有效的控制，操作人員可以通過改變運行參數(shù)來達到這一目的。一般情況下，熱負荷可以從原油出口溫度、采暖出口溫度等參數(shù)著手，促使各參數(shù)值合理設(shè)置，才能使加熱爐穩(wěn)定運行。在此過程中需要反復調(diào)試，才能獲得最佳參數(shù)值，即確定最佳負荷點。在2013年10月末，該地區(qū)對上述3臺真空加熱爐進行了技術(shù)改造，主要是進行控制方式改造和SCADA（supervisory control and data acquisition，監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)改造。除此之外，還引進了最新的4500 kW真空加熱爐對舊爐進行優(yōu)化替換。該新設(shè)備主要是利用出口溫度的自動化控制來調(diào)節(jié)真空加熱爐的運行參數(shù)，合理控制風量比[15]。 舊爐的改造效果較好，能夠有效地控制熱負荷。從能耗報表統(tǒng)計分析可知，改造后的真空加熱爐燃油使用量大大降低，平均每天節(jié)省0.5 m3燃油。

5 真空加熱爐技術(shù)發(fā)展前景

從目前情況分析，真空加熱爐技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中取得了良好的效果。在未來發(fā)展過程中，真空熱處理技術(shù)將會具有更好的應(yīng)用前景。在熱處理領(lǐng)域，采用真空熱處理技術(shù)將會超過80%。真空加熱爐智能化控制的不斷進步和完善，也促使真空熱處理技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓寬，真空熱處理正在成為生產(chǎn)的主流形式。目前，我國真空加熱爐技術(shù)與世界先進國家相比，差距正在逐步縮小，很多企業(yè)甚至已經(jīng)達到了國際水準[16]。石油工業(yè)是我國石油化工生產(chǎn)非常重要的領(lǐng)域，真空加熱爐技術(shù)通過不斷優(yōu)化，其在石油工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用必然會不斷增加。加快工業(yè)生產(chǎn)步伐，實現(xiàn)生產(chǎn)高度智能化，在某種程度上減少人員使用量，這是未來自動化生產(chǎn)的主要趨勢。因此，我國還需不斷地研發(fā)真空加熱爐技術(shù)，促使其更好地適應(yīng)生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率。

6 結(jié)語

綜上所述，真空加熱爐技術(shù)在當前石油化工行業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了極為重要的作用。真空加熱爐以其自身具有的良好性能特點，在生產(chǎn)中發(fā)揮了節(jié)能降耗的功效，因而得到了大面積推廣和應(yīng)用。本文詳細分析了真空加熱爐的工作原理及性能特點，并闡述了該技術(shù)節(jié)能降耗的具體應(yīng)用，最后還展望了真空加熱爐技術(shù)的發(fā)展前景。

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A Brief Review of the Technology Status of Vacuum Heating Furnace

Chen Jiaqi Li QiLeng Decheng

Vacuum heating furnace is more and more commonly used in the petrochemical industry,vacuum heating furnace technology is also developing more quickly,and it has promoted the sustainable development of Chinese crude oil economy.The analysis for vacuum heating furnace technology is beneficial to the development of energy saving work.The technology status of vacuum heating furnace is described,and the prospect of vacuum heating furnace technology is also put forward.

Heating furnace;Vacuum;Burner;Energy conservation;Crude oil

TQ 052.7

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.04.004

2016-11-04）

*陳佳琪，女，1988年生，碩士研究生。大慶市，163318。