摘要：加热炉是油田生产常用的加热设备，目前现场普遍采用天然气作为燃料，被加热介质有原油、含水油、污水等。由于加热炉在燃烧天然气的过程中，不仅消耗能源，而且产生二氧化碳等废气，污染环境，所以在保证满足生产工艺要求的前提下，降低加热炉的耗气量是节能及环保等方面急需解决的问题。目前油田生产现场普遍采用高效换热管、真空和超导技术、节能型燃烧器、现场除垢技术、运行自动控制等节能技术。
关键词：降低；加热炉；耗气量；节能
加热炉是油田生产常用的加热设备，也是重点耗能设备，是指将燃料燃烧产生的热量传递给被加热介质，使其温度升高的一种加热设备。目前现场普遍采用天然气作为燃料，被加热介质有原油、含水油、污水等，通过燃烧燃料，将介质加热至工艺所要求的温度，以便进行输送、沉降、分离、脱水等需求。
由于加热炉在燃烧天然气的过程中，不仅消耗能源，而且产生二氧化碳等废气，污染环境，在保证满足生产工艺要求的前提下，降低加热炉的耗气量是节能以及环保方面急需解决的问题。
一、影响加热炉耗气量的因素
1.加热炉运行热效率
加热炉输出有效热量与供给热量之比的百分数叫热效率。加热炉在额定热负荷按设计参数计算的热效率是设计热效率；加热炉运行条件下的热效率是运行热效率，生产现场通常考虑的是运行热效率。通常在热负荷相同情况下，热效率高，耗气量小；热效率低，耗气量大，因此热效率高低是影响耗气量的主要因素。
按反平衡法计算加热炉效率时，影响热效率的主要因素有：排烟、化学未完全燃烧、机械未完全燃烧、炉体散热损失；按正平衡法计算，影响因素有流量、温度差、耗气量、发热值、介质比热容。一般情况下耗气量增加的情况下，用这两种方法进行分析导致耗气量增加的原因。
通常耗气量增加主要是由以下因素引起排烟损失：加热炉热损失中最主要的一项(一般为4%-8%)，是由于排出加热炉的烟气造成的热损失。一般情况下，排烟温度越高，热损失越大，每提高12-15℃，损失增加约1%。排烟温度低会造成流动的阻力大，甚至会造成排烟部位金属的低温腐蚀；过剩空气系数大，排烟损失增大，风机的动力消耗大，过剩空气系数小，燃料燃烧不完全，燃料损失增加；化学不完全燃烧损失一般为0.5%左右，是由于加热炉排烟中一氧化碳、甲烷等可燃气体的不完全燃烧引起的热损失。此外，加热炉的炉体等外表面温度高于环境的温度，产生的换热损失也是影响热效率的因素。
2.加热炉换热管理问题
换热问题最直接影响的就是加热炉热效率，但在实际生产中，随着加热炉运行管理中会降低热效率，增加耗气时，一般可以分为以下三方面：一是结垢，由于输送介质中通常含有大量盐分和矿物质，导致加热结垢，进而导致加热炉燃料消耗和运行成本增加，耗气量增加；二是热负荷偏低，油气集输加热炉一般单台热负荷小，不超过4000kW，但由于生产工艺及需求变化，造成操作条件不稳定，热负荷波动较大，低负荷运行时，散热损失相对比较占比较大，耗气量增加；三是加热炉本身换热设备或者燃烧器等存在问题，都会造成耗气量增加。
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二、目前普遍采用的节能技术
1.高效换热管
高效热管结构为中空的翅片结构真空金属棒，其内部封装高效传热、性能优异的无机固体介质，当热管吸热端吸热后，高效传热介质在管内受热激发转变为微粒，微粒在管内高速运动，将热量传递到热管的放热端，快速地将热量传递给被加热介质。在加热炉内布置一定数量的高效热管，能够增加炉内的换热面积，提高传热速度，从而提高加热炉的热效率。
2.真空和超导技术
真空和超导技术是目前比较前沿、技术较为成熟，是油田集输系统中传统加热炉的换代设备，是根据相变传热理论，将锅炉技术与热管技术相结合，创立发展起来的新一代高效能、低压力加热装置。其高效节能，热效率达到88%以上；燃料燃烧充分，达到99.9%，排放气体符合环保要求。
由于加热炉的安全技术要求，以上这两种方式通常在加热炉安装的过程中，就已经采用的节能技术措施。
3.节能型燃烧器
这种燃烧器通常配有鼓风机，自动调节风量与燃气量，保证燃烧室内气体充分燃烧，由燃气阀组、程控器和电子点火器等关键元件组成，针对油田生产通常以油井伴生湿气为燃料的特点，往往采用耐热的优质合金制造。
4.除垢技术
由于加热炉结垢的主要成分是铁铝氧化物、碳酸钙、碳酸镁等，其次为油垢、硫化物。造成加热炉盘管结垢的原因是所介质中含有钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子及离子组成的盐类，结垢趋势严重。根据结垢的原因，可应用变频脉冲除垢技术来达到盘管内介质清防垢的目的。目前在油田生产现场酸洗除垢技术以及球形除垢技术均在使用。
5.优化参数自动控制
考虑到加热炉运行中的耗气量影响因素较多，尤其是人为控制因素的影响，目前生产现场普遍采用自动控制装置。一般由电控制箱控制，有熄火保护装置、自动点火装置、自动调节空气比、自动调节火焰大小、自动检测漏气装置、火焰观察窗燃烧头组成。在燃烧器工作的整个过程中，控制系统会判断燃气压力情况，温度控制信号，如不在工作范围，则燃烧器停机，报警器能显示是故障原因，岗位员工可根据电控箱上显示的故障原因及时处理，处理后重新按启动按钮启动点火，这样可避免事故的发生，降低人工操作时的过剩空气系数控制不合理、热负荷控制不合理等，达到降低耗气量的目的；同时节约能源，保护环境，减少浪费，降低劳动强度。
参考文献
[1]《油田油气集输设计技术手册》编写组.油田油气集输设计手册[M].北京:石油工业出版社，1995.
[2]中国石油天然气集团公司.集输工[M].北京:石油工业出版社，2019.
作者简介
王敬伟，大庆油田集输技师，擅长处理离心泵故障与保养、联合站动态分析、员工岗位安全知识培训。
罗庆忠，大庆油田集输工高级技师，擅长设备离心泵、加热炉、脱水器运行管理、故障分析判断等。
易九江，大庆油田热力司炉技师，擅长真空加热炉故障分析及处理、变频器故障分析、站内注水、污水实际操作培训等。
论文作者:王敬伟,罗庆忠,易九江
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/14
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