输油管道加热炉技术现状及节能监测

输油管道加热炉技术现状及节能监测

由于中国大部分原油都是“三公”原油，即高含蜡、高凝点和高粘度，因此管道加热和输送技术的应用比较广泛。加热炉是加热输油管道的关键设备,也是能量转换设备和主要的耗能设备。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。目前,中国石油管道公司输油管道加热炉的总装机容量为514674kW,其中直接加热炉54台,装机容量215724kW,热媒加热炉68台,装机容量298950kW。由此可见,深入调查加热炉的技术应用现状,分析和解决加热炉在应用中存在的问题,提高加热炉的加热效率、适用性和安全性,对于确保输油管道的节能降耗和安全运营意义重大。一、加热炉的技术现状1、加热输油管道直接加热炉一般由四部分组成:辐射室、对流室、烟筒和燃烧器,其中辐射室为卧式圆筒型;对流室为直立方型,并选用钉头管、翅片管,配置吹灰器。所谓“直接加热”,是指燃烧产生的高温火焰以辐射换热的方式将热量经辐射段炉管传给流动的原油,由于加热炉管中的原油直接由火焰加热,因此温升速度较快。目前,加热输油管道采用的直接加热炉根据装机容量分为2326、2500、3000、3500、4000、5000kW。直接加热炉对原油直接加热,原油流量大,温升范围小。炉体结构简单,炉管管径和炉膛尺寸大,炉体体积较大。因为对流段的炉管管径较大,所以风烟道系统的阻力较小。由于烟筒内的烟气和烟筒外的空气密度不同,因此当烟筒高度适当时,烟筒内外的压力差能够克服烟气和空气的流动阻力,使炉膛和对流段处于负压状态。2、lepsco热煤炉热媒加热炉由加热系统、热交换系统、热媒循环泵、热媒膨胀罐组成。目前,输油管道采用的热媒炉分为进口热媒炉和国产热媒炉。进口热媒炉是1986年从美国引进的伊克利伯斯(EclipsCo)4650kW热媒炉和燃烧工程公司(CE-Natco)9000kW热煤炉;国产热媒炉是由中国石油廊坊机械公司生产的2500、3000、3500,4650、8000kW热媒炉。热媒加热炉对原油间接加热,热媒温升大,流量小。热媒加热炉对原油加热需借助热交换系统和一整套辅助设备方能实现,炉体结构复杂。炉管管径和炉膛尺寸小,炉体体积也小。由于热媒加热炉对流段的烟气阻力较大,不可能完全依靠烟筒抽力克服,因此必须借助炉膛前的送风机克服烟道阻力,使炉膛和对流段处于正压状态。3、加热设备的参数直接加热炉和热媒加热炉的运行参数见表1。二、分析加热炉的运行1、性能测试结果参照相关标准,中国石油天然气集团公司管道节能监测中心于2008年1月10日~2008年12月27日对庆铁线、秦京线、马惠宁线、铁抚线、中朝线、铁大线、任京线的加热炉进行了节能监测,监测结果见表2。在19台直接加热炉中,对8台进行了大修前后对比测试,8台进行了技术改造前的测试,2台进行了燃油改燃气测试,1台进行了微纳米高温远红外节能涂料测试。在8台大修加热炉中,大修前监测合格的台数为0,大修后仍有4台排烟温度未达到监测合格标准;在其他11台加热炉中,热效率合格的有9台;排烟温度合格的有3台,炉体表面平均温度合格的有8台,空气系数合格的有10台,全部指标达到节能监测合格的有7台;平均热效率为84.91%,平均排烟温度为172.8℃,平均空气系数为1.60。对17台热媒加热炉在大修前后进行了对比测试,大修前全部指标达到监测合格标准的只有3台,大修后17台热媒加热炉均达到了节能监测合格标准;平均热效率为88.16%,平均排烟温度为122.9℃,平均空气系数为1.40。2、问题分析(1)助燃空气预热装置第一,排烟温度高是直接加热炉普遍存在的问题,原因在于对流室换热面积和吹灰力度不够,形成大量炉膛灰。由于生产和环保需求,无法做到及时清除炉膛灰,只能在停炉时进行人工清灰,因此导致排烟温度超标。第二,没有助燃空气预热装置。对助燃空气进行预热,可以增加其物理显热,且增加燃烧形成的烟气量,有效提高燃烧温度。第三,燃烧雾化不良,配风不合理。直接加热炉的燃烧器多为内混式燃烧器,其火嘴具有油气互补性,即油少时气多,油多时气少。为了保证额定燃油流量,减压阀后的油压升高,雾化风压也需相应提高;反之;雾化风压降低,减压阀后的油压也必须要降低。直接加热炉在使用过程中,由于风压和油压的变化,势必导致燃烧雾化差、喷射面锥度不够,致使火焰成型不好,炉管内结焦、积灰严重。(2)助燃空气项目第一,热媒-原油换热效果不好,热媒加热炉不能满负荷运行。提升热媒加热炉热负荷会导致炉膛温度、烟道气温度及热媒出炉温度超出设定值,使自动化系统报警或停炉。第二,助燃风量小或雾化风压低,原因有两个,一是列管空气预热器因低温酸露点腐蚀,造成穿孔,使得助燃空气短路;二是风机配备功率小,达不到满负荷运行。提升热媒加热炉热负荷,会导致燃料油燃烧不完全,冒黑烟。第三,吹灰效果不好。热媒加热炉的最初设计没有考虑吹灰问题,吹灰器是后配置的。由于列管式空气预热器烟道过长,吹灰结构不合理,吹灰效果不好,因此积灰严重。三、加热炉的技术提升俄罗斯生产的原油多为易凝原油,多使用直接加热炉,其炉型、结构、运行参数与我国相似;美国既使用直接加热炉,也使用间接加热炉;我国自20世纪80年代后期开始大量使用间接加热炉。在常规能源日益紧缺的背景下,世界各国高度重视加热炉的技术提升。(1)深化加热炉的理论研究,优化加热炉的结构和参数设计,实现加热炉技术的全面提升,包括安全可靠,性能稳定,便于控制,操作性强,热效率高,能耗低,运行费用少。(2)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。改进加热器的结构,将燃油改为燃烧天然气,可以减少辅助设备的使用。(3)目前加热炉采用空气动力雾化燃烧器,存在多处不足,应发展高效燃烧