油田加熱爐能效分級測試評價實踐研究

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(1.玉門油田分公司鉆采工程研究院，甘肅 玉門 735200；2.玉門油田分公司老君廟采油廠，甘肅 玉門 735200)

目前，石油行業(yè)對于加熱爐的節(jié)能監(jiān)測主要采用正平衡法和反平衡法兩種方法，具體的測試方法主要依據(jù)SY/T 6381-2016《石油工業(yè)用加熱爐熱工測定》，評價方法主要依據(jù)GB/T 31453-2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》，考慮到加熱爐的負荷率，對加熱爐能效進行分級測試評價主要依據(jù)Q/SY 09003-2017《油氣田用加熱爐能效分級測試與評價》，本文主要依據(jù)此標準對油田燃氣加熱爐進行能效分級測試評價。

1 加熱爐能效分級測試與評價理論

GB/T 31453-2015對油田加熱爐運行狀況的評價指標限值界定方法不夠合理，其主要原因是在對加熱爐的實際監(jiān)測過程中，沒有綜合考慮負荷率對設(shè)備運行工況和運行效率的影響。一方面，同一臺加熱爐在不同的負荷率下，其所能達到的最大熱效率是不同的。另一方面，隨著運行負荷、環(huán)境溫度及燃燒情況的變化，加熱爐運行工況也會隨之發(fā)生變化，導致設(shè)備偏離其高效運行區(qū)，但現(xiàn)行標準中沒有考慮負荷率等因素的影響，將不具有可比性的監(jiān)測結(jié)果以相同基準進行對比分析和評價，致使評價結(jié)果對加熱爐能效最佳工況的調(diào)節(jié)和現(xiàn)場生產(chǎn)無法起到指導作用[1-3]。

加熱爐能效分級測試與評價理論是基于負荷率，確定加熱爐熱效率的1級、2級、3級限定值，以熱效率指標為主，排煙溫度、空氣系數(shù)和環(huán)表溫差指標為輔，根據(jù)熱效率指標達到各級限定值的情況，綜合其它3項指標合格與否，再計算各個單項指標得分，然后通過加權(quán)計算綜合得分，據(jù)此進行綜合評價加熱爐的能耗狀態(tài)[4]。

2 能耗監(jiān)測

2.1 加熱爐測試分級

本次監(jiān)測的10臺加熱爐均為燃氣真空相變加熱爐，按照SY/T 6381-2016《石油工業(yè)用加熱爐熱工測定》規(guī)定，采用三級測試，對排煙溫度、過量空氣系數(shù)、爐體外表面溫度、熱效率等項目進行測試計算，測點布置如圖1所示。

圖1 加熱爐測點布置示意

現(xiàn)場測試參數(shù)如下：測試點①燃料壓力、燃料溫度、燃料流量；測試點②進口壓力、進口溫度；測試點③煙氣溫度、煙氣成分；測試點④出口壓力、出口溫度、出口流量；測試點⑤爐體外表面溫度；其它參數(shù)：加熱爐類型、加熱爐型號、額定熱功率、額定工作壓力、制造日期、制造單位、環(huán)境溫度、燃料組分、低位發(fā)熱量等。

2.2 評價指標要求

加熱爐三級測試能效評價指標為熱效率、排煙溫度、空氣系數(shù)、環(huán)表溫差。熱效率指標1級、2級、3級限定值如表1所示[4]。

表1加熱爐熱效率限定值

爐號功率/kW負荷率1級2級3級備注1#爐2 80030.2684.4784.1983.66負荷率>30%2#爐40071.8689.0588.2986.213#爐40024.2480.7580.0079.20負荷率<30%4#爐40049.5486.9786.1484.605#爐40030.5982.7081.9180.91負荷率>30%6#爐40011.3376.0075.3474.977#爐4005.6773.5872.9872.818#爐40013.6276.9276.2475.79負荷率<30%9#爐40013.8076.9976.3175.8610#爐40021.7779.9279.1978.46

根據(jù)加熱爐額定功率確定排煙溫度、空氣系數(shù)及環(huán)表溫差指標限定值，如表2所示。

表2排煙溫度、空氣系數(shù)、環(huán)表溫差指標限定值

爐號功率/kW排煙溫度/℃空氣系數(shù)環(huán)表溫差/℃1#爐2 8001801.6202#～10#爐4002002.120

2.3 加熱爐三級測試能效評價實例

現(xiàn)場選取10臺加熱爐進行三級測試，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行了測試計算，并按照Q/SY 09003-2017《油氣田用加熱爐能效分級測試與評價》規(guī)范進行了評價，詳細的加熱爐測試數(shù)據(jù)及評價結(jié)果見表3。

表3加熱爐測試數(shù)據(jù)及評價結(jié)果

名稱功率/kW負荷率/[%]熱效率/[%]排煙溫度/℃空氣系數(shù)環(huán)表溫差/℃評價總分評價級別1#爐2 80030.2684.47156.01.2715.6100優(yōu)秀2#爐40071.8680.25205.01.7715.9492良好3#爐40024.2479.79103.02.0411.7584良好4#爐40049.5473.96297.01.5817.9412不合格5#爐40030.5983.20242.01.0522.788良好6#爐40011.3370.51249.01.7614.3312不合格7#爐4005.6773.39223.01.6839.3880合格8#爐40013.6276.23217.01.3610.4376合格9#爐40013.8080.91110.01.7012.22100優(yōu)秀10#爐40021.7780.75127.51.556.29100優(yōu)秀

2.4 評價結(jié)果對比

按照GB/T 31453-2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》對上述10臺加熱爐進行評價，并將評價結(jié)果與表3結(jié)果進行對比，具體的對比情況如表4所示[5]。

由表4可知，依據(jù)GB/T 31453-2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》對10臺加熱爐進行節(jié)能監(jiān)測評價，1#爐由于熱效率限定值不合格，被判定為“節(jié)能監(jiān)測不合格設(shè)備”，其余9臺加熱爐均被判定為“節(jié)能監(jiān)測節(jié)能運行設(shè)備”。依據(jù)Q/SY 09003-2017《油氣田用加熱爐能效分級測試與評價》，考慮加熱爐負荷率的影響，1#爐能效評價為“優(yōu)秀”，4#爐、6#爐由于熱效率小于3級限定值、排煙溫度大于限定值，能效評價為“不合格”。對比GB/T 31453-2015規(guī)范評價結(jié)果，其中1#爐、4#爐、6#爐3臺加熱爐判定結(jié)果不一致，2#爐、3#爐、5#爐、7#爐、8#爐5臺加熱爐仍有節(jié)能潛力可以挖掘，能耗還有進一步降低的空間。

表4加熱爐評價結(jié)果對比

名稱功率/kW負荷率/[%]評價總分評價級別監(jiān)測結(jié)果評價1#爐2 80030.26100優(yōu)秀不合格 2#爐40071.8692良好節(jié)能運行3#爐40024.2484良好節(jié)能運行4#爐40049.5412不合格節(jié)能運行5#爐40030.5988良好節(jié)能運行6#爐40011.3312不合格節(jié)能運行7#爐4005.6780合格節(jié)能運行8#爐40013.6276合格節(jié)能運行9#爐40013.80100優(yōu)秀節(jié)能運行10#爐40021.77100優(yōu)秀節(jié)能運行

3 加熱爐優(yōu)化運行建議

3.1 排煙溫度超標

本次監(jiān)測的10臺加熱爐，其中6臺排煙溫度超過限定值，排煙溫度過高主要是由于加熱爐長周期使用，爐體內(nèi)壁和爐管有結(jié)垢的現(xiàn)象，降低了爐膛內(nèi)的換熱效果，換熱不充分，導致排煙溫度高，增大了排煙損失，降低了的熱效率。應(yīng)利用加熱爐檢修期，對加熱爐爐體內(nèi)壁和爐管進行除垢，同時對煙氣余熱回收再利用。

3.2 運行負荷偏低

本次監(jiān)測的加熱爐6臺負荷率小于30%，低于經(jīng)濟運行負荷。運行負荷偏低導致的直接結(jié)果是加熱爐排煙氣氧含量和過量空氣系數(shù)偏高，空氣過量系數(shù)過大使排煙氣量增加，排煙熱損失增大，燃燒溫度降低，熱效率降低。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際工藝條件，采取相應(yīng)措施，提高加熱爐運行負荷，以實現(xiàn)設(shè)備處于高效經(jīng)濟運行狀態(tài)。

3.3 熱效率不合格

本次監(jiān)測的4#爐、6#爐熱效率小于3級限定值，熱效率不合格，通過對加熱爐影響因素分析，應(yīng)考慮降低排煙溫度，調(diào)整空氣系數(shù)，煙氣中的氧含量過高，會造成加熱爐內(nèi)的過剩空氣較多，這樣就導致排煙溫度偏高，煙氣帶走了大量的熱量，加熱爐熱效率偏低。過大的過量空氣系數(shù)還會加速爐管的氧化，促使氮氧化物增加，影響爐管使用壽命，同時給環(huán)境造成一定的影響。因此，當加熱爐效率低或不合格時，應(yīng)綜合考慮各方面因素，應(yīng)從調(diào)整過量空氣系數(shù)入手，合理調(diào)整反復比對，以實現(xiàn)加熱爐熱效率的提升[6]。

3.4 環(huán)表溫差調(diào)整

本次監(jiān)測的5#爐、7#爐環(huán)表溫差超過限定值，加熱爐外壁以輻射和對流兩種方式向大氣散熱，主要考慮通過加強爐體表面的絕熱，降低環(huán)表溫差，可以采用改進爐壁耐火保溫設(shè)計，強化輻射傳熱，也可以采用在加熱爐輻射室內(nèi)壁涂高溫紅外輻射涂料，這樣既能對爐壁起到隔熱保溫作用，也能減少爐壁散熱損失，同時提高加熱爐熱效率。

4 結(jié)論

加熱爐能效分級評價是在充分考慮加熱爐類型、負荷率等因素下，對加熱爐熱效率、空氣過量系數(shù)、排煙溫度和環(huán)表溫差指標進行評價，細化了熱效率在不同負荷率下的限定值指標，可以更好地指導加熱爐的節(jié)能監(jiān)測工作，通過對加熱爐的評價分析，為用戶提供更精細的數(shù)據(jù)分析服務(wù)，找出加熱爐的節(jié)能點，制定針對性的節(jié)能措施，有助于對低效高耗能設(shè)備提出更為科學的改進建議，提高加熱爐的運行效率，實現(xiàn)加熱爐的高效運行，才能最終達到節(jié)能降耗的目的[7]。