加热炉类型及构造分类.docx

年度2023 年2023 年2023 年2023 年2023 年热效率%78.9379.5679.8882.2083.10一、加热炉构造型式成功油田加热炉的主要构造型式有火筒式间接加热炉和管式加热炉两种。水套炉属于火筒式间接加热炉，外部为金属壳体，壳内介质为水，壳体内部设置火筒、炉管，火焰加热水套中的水，通过水间接加热炉管内的原油。管式炉在炉膛内布置炉管，直接加热炉管以到达加热管内介质的一种型式。油田近年来推广应用的超导热管加热炉、真空加热炉、分体式相变加热炉属于火筒间接加热炉，其根本原理与水套加热炉根本一样，只是使用的传热介质和构造型式有所不同，设计热效率较高，运行热效率抱负。燃烧器主要承受进口燃烧器、并配备了掌握调整系统，能够低氧燃烧，并具有肯定的可调性，保证了加热炉的经济运行。管式加热炉主要有直接加热原油的快装管式炉和间接加热的热媒炉，快装管式加热炉用于加热流量稳定的低含水原油具有较大优势；热媒炉在自动化掌握方面具有优势，但运行本钱和维护费用高，需要配套热媒循环动力系统、换热器、热力管网，系统配套费用高，而且热媒性质发生变化后需要更换，增加设备运行费用；适用于热源要求比较多，温度要求较高的场所。加热炉工作过程就是将燃料的化学能转换为热能。加热炉主要由两大局部组成。一是燃烧系统、二是热交换系统。热交换系统，通过各种受热面将燃料燃烧的化学能交换给工质被加热介质。主要是水套、火筒、管束等。燃烧系统是燃料的燃烧设备总称，它由给料供给系统、燃烧器、炉膛、送引风系统，尾部烟道等组成；不管何种构造型式的加热炉，其热交换系统要求有足够的传热面积， 较好的传热效果，运行过程中尽量削减结垢，降低排烟温度这一运行指标。燃烧系统要求有较好的调整性能和低氧燃烧特性，以到达掌握过剩空气系数运行指 标。加热炉热效率的凹凸主要取决于构造设计合理，有利于燃烧系统发挥作用， 同时传热面积要足以满足热负荷的要求；运行过程中要准时调整工况，经济运行。二、油田加热炉总体运行状况成功油田加热炉运行效率总体水平逐年提高，主要是近几年油田不断加大技术改造力度，加强加热炉的更改造，同时也投产了局部型加热炉。2023 年至 2023 年油田加热炉运行效率见下表。2023年至2023年加热炉运行效率%状况8483.18282.280787679.8878.9379.56123452023年2023年2023年2023年2023年油田仍有局部加热炉运行效率偏低，主要缘由有三个方面：一是老式加热炉设计效率偏低，一般为 70%-83%，而且满负荷运行达不到设计的额定热负荷；二是大批加热炉运行时间长、设备老化、系统结垢严峻、供热力量、供热负荷及系统效率下降；三是加热炉缺乏必要的运行检测掌握系统，燃烧系统大多配有鼓风机，为节流调整，供风量大，可调性较差，加热炉运行过程中过剩空气系数过大， 排烟温度偏高，运行效率大幅度下降。三、收集的局部加热炉信息单位联合接转站名称加热炉构造型式额定热功率MW检测台数孤岛孤二联、孤三联水套炉 2 台、相变加热炉 1 台2、1.73桩西桩 104 接转站水套炉0.82海洋开发海五联热媒炉有机热载体为导热油1.872河口首站高效水套炉河口研制开发25滨南滨二首站水套炉1.752临盘临南联快装管式炉31现河史深 100 接转站真空加热炉0.81胜采坨二站、坨三站热媒炉、超导热管加热炉3.5、2.52孤东东一联水套炉设计院3.59海 洋 开 发公司海二1、海三3、海四2快装管式炉26胜采坨一1、坨三1、宁海2坨五1超导热管加热炉3.0、2.5、1.6、1.55集输公司原油库超导热管加热炉0.82加热炉类型数量台过剩空气系数排烟温度热效率%依据现有较为具体的统计资料将加热炉构造型式主要分为如下几种：旧式水套炉91.78314.677.0最高 86.0%，最低 67.66%快装管式炉71.59328.078.279.35，75.58真空、相变加热炉21.58243.084.55(86.0%,83.1%)热媒炉有机热载体为导热油31.89198.884.7585.38，84.09高效水套炉投产水套炉111.71208.584.8189.44，79.8超导热管加热炉81.19153.091.292.05，90.14三、运行热效率影响因素分析：加热炉工作过程就是将燃料的化学能转换为热能。加热炉主要由两大局部组成。一是燃烧系统、二是热交换系统。热交换系统，通过各种受热面将燃料燃烧的化学能交换给工质被加热介质。燃烧系统是燃料的燃烧设备总称，其关键设备是燃烧器；所以燃烧系统效率的凹凸，热交换系统的传热性能的好坏是影响加热炉运行效率的两个主要方面。在加热炉运行中，燃烧系统和热交换系统的各个因素相互影响，最终综合反映到热效率上。所以，从各项热损失入手，进展系统的分析，可以找出问题的主要冲突。检测的 40 台加热炉各项热损失平均分布状况见以下图：排烟热损失83.21%散热损失化学不完全燃烧热16.39%损失0.39%排烟热损失(%)化学不完全燃烧热损失(%)散热损失(%)从上图可以看出，排烟热损失是加热炉热损失中比例最重的一个，占 83.21%， 排烟热损失是影响热效率的主要因素，所以降低排烟热损失是提高加热炉热效率的一个有效途径。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和过剩空气系数两个运行指标。烟气短路、受热面积灰、传热面结垢 、超负荷运行都将引起排烟温度的上升；而炉膛漏风和风量配置不当是影响过剩空气系数两个方面。下面就影响排烟热损失的两个主要运行指标进展分析。1、过剩空气系数：油田加热炉配备的燃烧器大多配有鼓风系统，实行节流调整的方式，这种方式在加热炉负荷调整时，需要人工调整档板的开度，配风量难以把握， 空气过剩系数很难有效掌握，9085807570656055500.91.41.92.42.93.43.9以下图为承受该调整方式运行的一台加热炉进展的调整试验。人工调整档板的加热炉效率h 与过剩空气系数a 的关系图由上图可以看出：过剩空气系数a 在 1.2 左右时，热效率到达最正确值。a 低于 1.2 时，随着a 的降低，加热炉的运行效率不断降低，且变化较快。a 大于 1.2 时，随着a 的增大，加热炉运行效率总的趋势是不断降低的。过剩空气系数每增加 0.1%，热效率降低约 0.5%。所以过剩空气系数的掌握是加热炉经济运行的关键，以人工调整档板方式节流调整的燃烧器在过剩系数的掌握上有肯定缺陷，需要操作人员把握加热炉的运行规律，而且要有较高的责任心，而高效燃烧器本身配有自动配风调整装置，有些还承受了变频技术，不仅过剩空气系数得到有效掌握，加热炉经济运行的同时， 到达节电的效果。2、排烟温度：从投产的加热炉和旧式水套炉比照数据中可以看出，排烟温度比水套炉降低 104.3，热效率提高了 7.64%，也就是说排烟温度每降低 12-15，热效率提高 1%。投产时间过剩空气系数排烟温度排烟热损失%热效率%旧式水套炉88-89 年1.78314.620.8577.10投产加热炉2023-2023 年1.72210.312.6984.74旧式水套加热炉排烟温度高达 314.6，分析缘由主要是受热面积灰和水套结垢，影响受热面换热，使排烟温度上升，热损失增大，热效率降低，增加燃料消耗。所以在加热炉运行时应尽量降低排烟温度这一运行指标。水垢的导热系数很小， 为 0.581-2.33W/m ， 烟垢的导热系数仅为0.0581-0.116W/m,是水垢导热系数的 1/10，传热效果可想而知。据统计加热炉受热面结水垢 1mm，热效率降低 23%。水垢对热效率的影响见下表：水垢厚度mm0.5123456热效率损失率%1.12.244.76.36.88.2同时，水垢和烟垢对加热炉的还有两个方面的影响，一是影响加热炉安全运行，受热面结垢以后，传热效果差，受热面过热，强度下降，受热变形，裂开穿孔。另一方面影响加热炉出力， 使加热炉热负荷降低。因此，水套炉水浴中的水质问题应予以掌握，这是一个可控因素，也是影响加热炉运行负荷和热效率的一个缘由。总之，过剩空气系数和排烟温度两个运行指标相互制约，过剩空气系数偏高， 造成排烟温度过高，排烟损失增加，热效率降低；过剩空气系数过小，引起不完全燃烧，燃烧状况不良，产生烟垢附着在受热面外表，不利于传热，影响热交换。过剩空气系数偏高过低都将影响加热炉的经济运行。因此，应将过剩空气系数掌握在最正确点四周。附：加热炉型号表示由三大局部五个方面组成×××××123451 型式代号2 额定热功率，kW3 被加热介质代号4 盘管或炉管设计工作压力5 燃料种类代号加热炉型式代号火筒式直接加热炉HZ火筒式间接加热炉HJ立式圆筒形管式加热炉GL卧式圆筒形管式加热炉GW第一局部分为两段,分别表示加热炉型式及额定热负荷其次局部表示被加热介质种类及加热炉盘管或炉管的设计工作压力被加热介质代号原油Y自然气Q水S含水原油SY井产物H第三局部表示加热炉燃料的种类燃料种类代号原油Y自然气Q油气两用YQ例如：1、 HJl000Y2.5Q 火筒式间接加热炉，额定热功率为 1000kW，工作压力2.5MPa,被加热介质为原油，燃料种类为自然气。2、 GW2500SY4.0YQ 卧式圆筒形管式加热炉，额定热功率为 2500kW，工作压力 4.0MPa,被加热介质为含水原油，燃料种类为自然气或原油。附：加热炉节能检测方案加热炉节能检测方案一、适用范围本测试方案适用于油气田和长输管道以液体及气体为燃料的加热炉。二、检测目的：检测加热炉在实际运行工况下的加热炉的排烟温度、过剩空气系数、热效率、炉体外外表温度四项指标，评价其是否符合标准要求。三、依据标准： SY/T6381-1998 加热炉热工测定SY/T6275-1997 石油企业节能检测综合评价方法四、测试根本检测方法测试根本方法承受反平衡测试法：测试为在用加热炉运行工况下的检测，通过测定加热炉各项热损失而计算出热效率的方法。五、测试工程、仪器仪表及其准确度要求见表 1。表 1测试工程与参数、仪器、仪表准确度序号12345测试工程与参数测试仪器仪表名称准确度要求排烟温度炉体外外表温度排烟处氧含量排烟处一氧化碳含量排烟处二氧化碳含量燃烧效率测试仪远红外光学测温仪燃烧效率测试仪 燃烧效率测试仪 燃烧效率测试仪±0.1±1.0±0.1%±1×10-6±0.1%六、测试工况要求：1 时间要求：（1） 测试应在加热炉热工况稳定和燃烧调整到测试工况1h 后开头进展。（2） 测试的持续时间不少于 1h，烟气成分和排烟温度每隔 15min 读数记录数据一次。2 燃料要求：测试时加热炉所用燃料应符合加热炉设计要求。3 加热炉液位要求：测试完毕时，加热炉液位应与测试开头时保持全都。4 加热炉负荷应在符合工艺要求被加热介质出口温度到达外输要求的工况。七、测试工程和测试方法1 环境温度在吸风口四周测定，但必需防止辐射热对温度测试的影响，应予以遮挡，并使四周空气能自由流向温度计。2 排烟温度的测试在加热炉最终一级尾部受热面后1m 以内的烟道上进展，测温热电偶应插入烟道中心处，并保持热电偶插入处的密封。3 烟气成分分析可用气体测定，与排烟温度测试同步。4 炉体外外表温度可用测定外表温度的仪表测定，测点布置应具有代表性，一般0.5m21m2 一个测点，在炉门、烧嘴孔、焊孔等四周，边距300mm 范围内不应布置测点。八、测试仪器仪表的选型：选用 Testo350XL 或 KM9106 烟气成分测试仪测试排烟温度和烟气成分；选用MX2 远红外光学测温仪测试炉体外外表温度。九、计算公式、计算方法及阅历数据的选定：1. 加热炉热效率的计算：反平衡效率按式1的计算： = 100 q q q(1)2235式中： 加热炉反平衡效率，%；2q 排烟热损失，%；2q 气体不完全燃烧热损失，%；3q 散热损失，%。5其中q =(3.5 +0.5)t t /100(2)2py0式中： 排烟处过剩空气系数；t排烟温度，；pyt 环境温度，。0q =3.2 CO(3)3式中：CO烟气中一氧化碳含量，%。散热损失q 可依据GB/T15317-1994 工业锅炉节能监测方法查表求得。可按下表查得。5加热炉负荷MW1.42.8散热损失q5(%)3.52.92. 过剩空气系数的计算：21= O -0.5CO221 79×100- CO - O - CO22十、测试结果评价：对单台加热炉进展热效率、过剩空气系数、炉体外外表温度、排烟温度四项考核指标是 否符合标准要求的评价(见下表)，同时分析过剩空气系数和排烟温度两个影响热效率的主要因素，确定排烟热损失和化学不完全燃烧热损失在热损失中所占的比例，找出加热炉在运行 中影响效率的主要缘由，是加热炉本身因受热面结垢影响换热效果，还是由于燃烧器调整不 当影响加热炉热效率。额定容量D排烟温度空气系数炉体外外表温度热效率加热炉节能监测合格指标MWD0.5822502.050%650582D1.1632202.050701163D1.7451745D2.3262.326D3.489 D3.489热媒炉2002001801801801.61.61.51.51.350505050507580828588十一、 安全措施1 测试过程中如遇特别状况马上停顿测试，并准时妥当处理后再开头工作。2 因仪器、仪表故障中断测试，应查明缘由，以一样的技术条件的仪器、仪表代替或现场排解故障，重测试。3 数据采集过程中因外界干扰停电等而中断的测试必需重开头，并记录备查。4 在测试过程中留意加热炉液位，避开液位过低影响加热炉正常运行，发生意外事故。同时检测过程中要依据检测标准进展检测，避开烫伤。5 发生意外事故后，要准时向有关部门上报。注 ：因单台加热炉无法进展正平衡测试，可将多台并联加热炉作为一个系统对联合站进展正平衡效率评价。计算温度基准为环境温度，燃料发热值基准为应用基低位发热值。可以燃料消耗量、被加热介质进出口温度、流量的统计数据作为依据进展正平衡计算。1 热负荷按式4计算：Q=D(h-h )(4)outin式中：Q加热炉热负荷，单位为千焦每小时kJ/h； D被加热介质流量，单位为千克每小时kg/h；h被加热介质出口质量焓，单位为千焦每小时kJ/kg；outh 被加热介质进口质量焓，单位为千焦每小时kJ/kg。in2 正平衡效率按式5计算：D(h-h )outin = ×100(5)1BQi式中： 加热炉正平衡热效率，%；1B加热炉燃料消耗量，单位为千克每小时或单位为立方米每小时(kg/h，m3/h)；Q 输入热量，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米kJ/kg，kJ/m3；;iQ =QY + H +Q (6)式中：iDWirwlQY燃料应用基低位发热值，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米kJ/kg，DWkJ/m3；Q加热燃料外来热量，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米kJ/kg，kJ/m3；wlH 燃料的物理热，单位为千焦每千克或单位为千焦每立方米kJ/kg，kJ/m3。ir3 加热炉单耗按式6计算：Bb = (7)1Q式中：b加热炉单耗，单位为克每兆焦g/MJ，m3/MJ; B加热炉燃料消耗量，单位为克g，m3; Q加热炉热负荷，单位为兆焦MJ。