输油管道加热炉节能减排技术现状与未来发展

第 4 0卷第 2期 2 0 1 1年 2月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 0 ， N o 2 F e b r u a r y， 2 0 1 1 输油管道加热炉节能减排技术现状与未来发展 朱本光 ， 马贵阳 1 乔伟彪 ， 杜明俊 ( I 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 I 1 3 0 0 1 ； 2 _ 中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司 ， 河北 任丘 0 6 2 2 5 5 2) 摘 要 ：概述了输油管道加热炉节能减排的技术现状，从更新燃料类型，改进燃烧方式，提高燃烧效率； 减少排气热损失 ；对流管改造，降低腐蚀；对旧炉进行技术改造或更新；加热炉运行控制与节能 5 个方面介绍 了目前加热炉节能减排的具体方法措施。并对加热炉节能减排技术的未来发展和研究方向提出建议。 关键词 ： 输油管道； 加热炉； 节能减排； 优化 中图分 类号 ： T E 8 3 2 3 文献标识码 ： A 文章编 号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 1 )0 2 0 1 4 3 0 3 Pr e s e nt S i t ua t i o n a nd Fut ur e De ve l o pm e nt o f En e r g y Sa v i ng a nd Em i s s i o n Re duc t i o n Abo u t He a t i ng Fur na c e O f Oi l Pi pe l i ne Z HUB e n - g u a n g ，MA Gu i - y a n g ，Q I A O W e i b i a o ! ，DUMi n g - j u n f 1 Co l l e g e o f P e t r o l e u m a n d Na t u r a l Ga s E n g i n e e r i n g，Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F us h u n 1 1 3 0 01 ， Ch i n a ； 2 C h i n a P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g Co ： L t d No r t h Ch i n a C o mp a n y , He b e i Re n q i u 0 6 2 5 5 2 ，Ch i n a) Ab s t r a c t ：P r e s e n t s i t u a t i o n o f e n e r g y s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n a b o u t h e a t i n g f u r n a c e o f o i l p i p e l i n e wa s s u mm a riz e d T h e s p e c i fi c me t h o d s a n d me a s u r e s o f e n e r g y s a v i n g a n d e m i s s i o n r e d u c t i o n f o r h e a t i n g f u r n a c e we r e i n t r o d u c e d f r o m f o l l o wi n g s e v e r a l a s p e c t s F i r s t l y ,u p d a t i n g f u e l t y p e ，p r o mo t i n g c o mb u s t i o n mo d e ，i mp r o v i n g c o mb u s t i o n e ffi c i e n c y； S e c o n d l r e d u c i n g e x h a u s t h e a t l o s s ； T h i r d l y ,r e f o r m i n g o i l p i p e l i n e ，r e d u c i n g c o r r o s i o n ； F o u r t h l y , tr a n s f o rm i n g a n d u p d a t i n g o l d f u r n a c e ； F i f t h l y , c o n tro l l i n g t h e h e a t i n g f u r n a c e a n d e n e r gy s a v i n g and S O o n Th e n s o me s u g g e s t i o n s a b o u t fut u r e d e v e l o p me n t o f e n e r gy s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n t e c h n o l o gy a n d r e s e a r c h d i r e c t i o n we r e p u t f o r wa r d Ke y wo r ds ： Oi l pi pe l i ne ；He a t i ng Furna ce ； Ene r g y c o ns e r v a t i o n a nd e mi s s i on r e d uc t i o n； Op t i mi z a t i o n 当今世界 ，能源危机 日益严重 ，环境污染导致 气候异常，人类 的生存面临着前所未有的危机。在 努力寻求新能源 ，充分利用清洁能源 ，倡导低碳经 济之外，各 国都提高了对节能减排技术的研究 。油 田即是产能大户 ，又是耗能大户。而输油系统既是 油 田地面工程系统的主要组成部分 ，又是油田生产 的主要能耗单元 。加热炉是管道输送中原油加热的 关键设备，同时也是能量转换设备和主要的耗能设 备。且前 ，中国石油管道公司输油管道加热炉的总 装机容量为 5 1 4 6 7 4 k W ， 其中直接加热炉有 5 4台， 其装机容量为 2 1 5 7 2 4 k W，热媒加热炉 6 8台，装 机容量为 2 9 8 9 5 0 k W。以秦京输油管道为例 ，其任 务是通过埋地输油管道将 大庆原油加热后 由秦皇 岛输送至北京燕山石化炼油厂。输油站原油通过量 为 7 0 08 0 0 t h 。夏季 ，沿线输油站采用大型燃油 加热炉对原油进行加热升温。 将原油温度提高 8 9 ，然后送往下一站。根据实际调查统计 ，春 、夏、 秋三季 ，每个站燃烧耗油量大约为平均每小时 2 8 0 燃料油 。6个站的加热炉平均每天消耗 4 0 t 左右 的原油。冬季时 ， 燃烧消耗 的油更多 。 不包括锅炉 ， 每年加热炉燃油指标大约是 2 0 0 0 0 t ，2 0 0 5年加热 炉实际燃烧耗油 1 9 5 0 0 t 。由此可见 ，提高加热炉 的加热效率、适用性和安全性 ，对加热炉进行节能 减排技术改造既有利于生产 ，节约大量的能耗 ，促 进石油经济的可持续发展，又有利于环境保护和国 民经济的更好更快发展，因此具有很高的经济效益 和环境效益 ，是值得研究的方向。 1 加热炉节能减排技术的研究现状 我国原油大部分为高含蜡 、高凝点 、高粘度 的 “ 三高”原油 ，因此原油热输工艺应用 比较广泛。 长输管道的原油加热方式有直接加热和间接加热 两种。直接加热是原油直接经过加热炉 ，吸收燃料 燃烧放 出的热量 ；间接加热是原油通过 中间介质 ( 导热油、饱和水蒸气或饱和水 )在换热器 中吸收 热量 ，达到升温的 目的。这两种加热方式所用 的加 收稿 日期： 2 0 1 O - 1 1 - 2 7 作者简介：朱本光 ( 1 9 8 6 一) ，男，在读研究生，山东泰安人，研究方向：从事原油顺序输送技术研究工作。E - m a i l ：b e n g u a n g 5 5 6 6 q q c o m 。 1 4 4 当 代 化 工 2 0 1 1年 2 月 热设备分别为直接加热炉和间接加热炉 ( 热煤炉 ) 。 加热炉应具备热效率高、流动阻力小、能适应管道 输量变化 、可长期安全运行等技术特点 。现在加 热炉的技术改造主要从以下几个方面进行 。 1 1 更新燃料类型 。改进燃烧方式 改进加热炉结构 ，在能够利用天然气 、蒸汽的 地区用其替代传统的燃料油 ( 大多为管道干线的原 油 ) 为管线原油加热。这样可以减少辅助设备的使 用。在没有条件不能用其替代燃料油的站库，可以 用煤焦轻油进行替代 。 在燃料油( 煤炭炼焦的副产品) 中，煤焦轻油是品质较好的一种新型的燃料。它与 柴油有着相近的物化指标 ，可替代原油或重油等燃 料油使用。煤焦轻油这种燃料，不仅雾化 良好 ，热 量与原油相当，而且二氧化硫、氮氧化合物、烟气 黑度等排放指标均符合国家环境保护标准。用煤焦 轻油代替传统燃料油使用 ，不仅可以节约生产成本 和宝贵的原油资源，还能降低二氧化硫等污染物的 排放达 6 0 ，符合国家充分利用煤炭资源的战略， 具有显著的经济效益和环境效益口 。 在改进燃烧方式上 ，可以优化改进加热炉的燃 烧装置，具体 的措施有 ： ( 1 ) 采用燃料油乳化、磁化技术 ，强化燃烧提高 其燃烧效率。 ( 2 ) 采用高效火嘴 ， 改善燃烧 ， 减少燃烧热损失 。 ( 3 ) 采用微正压燃烧 ，强化燃烧 ，提高炉膛热强 度 ，缩小炉子体积 ，同时也消除了漏风 ，降低了排 烟热损失。 ( 4 ) 在采用合适 的燃烧控制装置和保证燃烧稳 定的条件下使过量空气系数具有最低值 ，得到最佳 热效率。 截至 2 0 0 7年底 ，大庆喇嘛甸油田共安装加热 炉 自动点火及熄火保护装置 4 7套 ，在两座联合站 和多座转油站使用节能火嘴及 自动监控系统 ，节能 降耗效果明显提高，安全程度大大加强。 目前 C 0 MD F N 型燃烧器是各类燃烧器 中 比较先进的加热炉燃烧器。此型号燃烧器 的分配模 式为旋流风、平流风及斜交风相结合， 能够最大限 度地保证空气与燃料的混合均匀。燃油喷嘴采用多 级雾化结构，汽耗量小于 0 2 k g ( 汽) k g ( 油) ，燃油 雾化颗粒度索太尔平均直径在 5 0 p m左右 。该型燃 烧器的特点为燃烧充分 ，可 以避免机械和化学的不 完全燃烧 。此外 ，加强对燃烧器的管理和维护也是 保证燃料高效燃烧的重要手段 。对燃烧器喷嘴、燃 料系统过滤器和阻火器进行定期清理，做好这些技 术管理措施能保证燃烧器安全 、稳定运行。 1 2 减少排气热损失 加热炉的排气热损失有两项 ：即排烟热损失和 散热损失。对加热炉的结构和参数进行优化，提高 热效率和性能 ，使加热炉安全可靠便于控制和操 作 ，降低能耗和运行费用。具体措施有 ： ( 1 )对加热炉进行改造 ，增加对流段的传热面 积，更多的吸收烟气中的热量。在加热炉尾部增加 助燃空气预热装置 ( 列管式 、回管式 、热管式 ) ， 增加其物理显热和燃烧形成 的烟气量 ，有效提高燃 烧温度。此外可以给加热炉加装余热回收装置 ，如 烟气一水换热器或烟气一热媒换热器。烟气带走的 热量 占燃料炉总供热量的 1 5 2 0 ， 充分 回收烟 气余热是节约能源的主要途径 ，如果排烟温度降低 l 1 5。热效率可增加一个百分点。 ( 2 )加热炉积灰是影响加热炉正常运行的一个 重要因素，现在工业 中一般有以下几种方法除尘： 变流速法、电除尘法 、化学方法、吹灰器法等。应 用 到工业炉较多的是吹灰器 。传统 的除灰技术包 括：钢珠除灰 、蒸汽吹灰、次声波除灰、压缩氮气 除灰 、高压水冲洗 、气脉冲吹灰等弘 。滨州站加热 炉引入吹灰控制系统后 ，每次吹扫平均可降低排烟 温度约 2 5 ，提高炉效约 3 ， 节能效果明显。 ( 3 )采用高效新型保温隔热材料 ( 如耐火纤维 喷涂技术 ) ，加强炉体保温 ，减少加热炉散热损失。 1 。 3 对流管改造，降低腐蚀 通过对加热炉腐蚀成因进行分析 ，发现炉管结 垢是导致换热能力下降的主要因素。加热介质为油 水混合物者 ，水 中的钙、镁离子及原油的高温炭化 物以流体中的悬浮物和沉砂为核沉积于管壁上，温 度越高处硬度越高。对流管直径 比辐射管直径小 ， 则流速大 ， 内壁结垢厚度小 ， 但外侧所处环境恶劣 ， 腐蚀速度大 。加热介质 中的水溶有较多的氧和二氧 化碳气体 ， 使炉管发生电化学腐蚀。 在高温条件下 ， 火焰破坏了炉管原有的氧化层保护膜 ，加速了炉管 材料的氧化过程。当烟气流到达烟囱及对流段时 ， 烟气 中的二氧化硫和二氧化碳会对其产生化学腐 蚀 。 根据腐蚀情况 ，对对流管进行改造 ，及时更换 原有 的对流管 ，既减少因结垢而带来 的换热率降 低 ，又避免了因腐蚀而造成的炉管泄漏问题。在改 造设计时需对更新 的对流管排列后的换 热能力进 行校对。此外， 研究开发耐高温耐腐蚀的新材料替 代现有炉管材料也是一个有效地途径。 第4 0卷第 2期 朱本光， 等： 输油管道加热炉节能减排技术现状与未来发展 1 4 5 1 4 对旧炉进行技术改造或更新 旧炉改造主要从两方面进行 ：一是淘汰旧炉 ， 采用新 的高效加热炉。自动控制技术应用到加热炉 上 ，确保其长期维持高效运行。二是研究开发全新 型加热炉 ，充分利用清洁能源。中国石油秦京输油 气分公司的李景华 、常光宇等人 ，提出输油管道太 阳能加热炉的设计及运行思路。若能将太阳能加热 炉应用在长输管道上 ，与传统加热炉配合使用将会 产生可观的节能效果。根据实际耗油统计 ，夏季 白 天一条管线上若有 5座燃油加热炉 ，每小时将 5 8 t 的原油提高 89 输送至下一站 ，需要消耗燃料 油 2 5 0 k g ， 如果每天停炉 8 h ， 改由太阳能加热炉供 热 ，5个输油站每天就可以节约燃料油 1 0 t ，按每 年可利用 1 0 0 d太 阳能计算 ，全年可节约燃料油 1 0 0 0 t ，而且减少了燃油加热炉设备的耗电量。太 阳 能加热炉在长输原油管道上 的应用一定会有可观 的经济收益 。 1 5加热炉运行控制与节能 伯 目前 ， 加热炉的运行很大程度上通过人工调节 进行控制 。由于在实际生产过程 中存在各种随机因 素 以及人力操作 的局限性 ，影 响加热炉运行 的稳 定。为保证生产过程的正常进行 ，允许加热炉输出 介质的实际温度超出工艺温度 的范围比较大，一般 为 58。超出的这段温度所耗费的热能对于生 产不是必需的 ，是一种能量的损失。这种能量损失 在加热炉的能耗 中长 占有较大 比例 ，管理不善的加 热炉甚至可达到 4 0 以上。因此在加热炉运行中应 用节能控制技术 ，能有效的降低能量损失 ，达到节 能减排的 目的。以 1 7 5 MW 燃气加热炉为例 ，安装 节能控制装置后 ，可使加热炉保持输 出温度与工艺 温度的误差在 1 o C内运行 ，使得燃料气耗量减少 为 1 0 0 - 3 12 1 。 h ，节气率达到 1 7 3 ，使能量损失大 大降低 。 2 加热炉节能减排技术的未来发展 世界各国在原油的管道输送 中， 都普遍采用加 热炉对原油加热升温进行输送 。在常规能源 日益紧 缺的今天 ，低碳经济成为主旋律 ，各 国都加强 了加 热炉节能减排技术的研究 。 ( 1 )进一步加强加热炉 的理论研究 ，优化其结 构及参数。向着 自动化控制和监测 、高效 、稳定安 全的方向发展。 ( 2 )虽然市场上已出现石油集输太 阳能类 的加 热装置 ( 如 ：太 阳能高温热泵石油集输加热装置 ) ， 但此类加热装置的应用还未被普及 。太阳能是公认 的清洁能源 ，若能在石油输送 中大量利用 ，则节能 减排将有着很好 的前景。因此加强太 阳能加热炉的 开发力度与普及势在必行 。 ( 3 )新材料 的研究开发对科技进步的影响越来 越大。在加热炉上 ，采用更好更先进的材料对于节 能减排来说有着很大的帮助。特别是耐高温 、防腐 蚀以及高辐射率的材料。 ( 4 )清灰一直以来是加热炉较大的一个技术难 关 ，加强此技术的研究对于节能减排意义重大。包 括新型清灰技术和新型清灰剂的研究。 ( 5 )天然气被公认为清洁能源 ，与液体燃料相 比，它具有燃烧充分 、价格便宜等优点。所以应该 将加热炉的燃料替换普及开来 ，改进加热炉结构 ， 改燃油为燃气 ，与太阳能加热炉配合使用 ，进行能 量接力 。 参 考文献 ： 1 许彦博， 许铁， 等 输油管道加热炉技术 现状 与发展方 向 J 1 l 油气储 运 2 0 0 9 ， 2 8 ( 1 2 ) ： 1 3 2 李庆鹏 为管道输送架起节能减排之桥 J 1 _中国石化， 2 0 0 8 (4 ) ： 5 2 5 3 【 3 梁超 ，黄翼虎， 李秋阳欧 灰技术在管道加热炉中的应用【 J 1 _ 节能与环 保， 2 0 0 4 ( 1