李明明
中石化华北分公司 050700
摘要：加热炉综合运行状况如何，重要的衡量指标是加热炉的热效率，热效率能对人工向炉子提供的能量充分利用程度进行直接的反应，最为理想的水套式加热炉热效率标准是要达到80%以上。然而，由于在实际的生产过程中，水套炉受到多种因素的影响，使其产生的实际运行热效率远比设计值要低。本文概述了水套炉热效率低的原因，提出了改善水套炉热效率的对策，最后给出了相关建议。
关键词：热负荷；过剩空气系数；水套炉；排烟温度；热效率；
水套炉是天然气开采重要的工艺设备，水套炉功率250KW使用时大约在全功率的30-60%，容水量大约2.5方。压缩机目前散热当时为风冷，直接将热量排放到大气中，将水套炉改成水冷，使用压缩机余热与水套炉换热温度能够达到20-25℃，一般冬季生产水套炉温度需要45-60℃，温度不足部分使用风电或光伏电加热，能够减少水套炉燃烧天然气的碳排放。
一、水套炉热效率低的原因分析
（一）排烟温度过高。
在衡量水套炉热效率的参数中，排烟温度有重要的地位。一般情况下，水套炉排烟温度要低于200℃，温度越低，被烟气带走的热量和热损失越少，水套炉热效率就会越高；如果排烟温度比较高，就会造成更多的热损失，降低水套炉的热效率。根据数据显示，排烟温度升高10℃，热损失就会增加1%左右。而导致排烟温度过高的因素，是受到水套炉结构、盘管结垢的影响。
首先，水套炉结构。水套式加热炉的组成部分，包括烟管、烟囱、壳体、火筒、盘管与燃气燃烧控制系统。火筒烟管和盘管被壳体包裹在内，能够承受一定的温度与压力。火筒主要由锅炉钢板制成，燃烧器将燃料喷入火桶内进行燃烧，加热水套内的水；烟管主要由管板组与多根无缝钢管焊接形成，燃烧生成的烟气进入烟管，之后从烟囱排出；盘管主要由蛇形组管焊接而成，当介质通过盘管时，跟水套里的水产生热量交换，最终达到提升介质温度的目的。在传统的水套炉结构中，选择的材料比较单一。一般情况下，将流动阻力比较低的大直径直筒选作烟管材料，造成管束过短，与水域的接触面积太小，影响了换热能力，导致介质不能及时到达预设的出口温度，促使排烟温度变高。
其次，盘管结垢。套炉炉腔内部复杂的盘管结构，容易导致差异性明显的原油物性结垢，并在盘管内壁堆积，降低了热传导效能。如果清垢的方式使用化学酸洗法，则会导致盘管腐蚀，发生穿孔、泄漏等不良现象，修复会变得更加困难。
（二）过剩空气系数太大。
过剩空气系数，是对水套炉运行状况进行衡量的另外一个重要参数，主要的理论值范围在1.05-1.15之间。过剩空气系数越小，证明水套炉进入的空气成分越少，缺乏对燃料的充分利用；过剩空气系数越高，证明水套炉进入的空气越多，在大量剩余空气的影响下，加热炉内的热量会造成排烟温度过高，增大热损失，降低热效率，需要在实际的生产过程中，科学的控制和调整水套炉的进风量，匹配燃气与空气的比例，确保过量空气系数的标准值。
（三）热负荷变化的影响。
负荷率，主要是反应加热炉实际热负荷与额定热负荷之间的百分比，理想的比例大概在70%-90%之间。当排烟温度与空气过剩系数相近，就会提升水套炉的负荷率，热效率也会跟随上升。随着天然气以及油井开采时间的增加，导致产液量出现下降，不能符合设计要求，造成水套炉额定的热负荷远远高于实际所需的热负荷，热效率传导效能低。
二、改善水套炉热效率的对策
（一）降低排烟温度。
第一，优化水套炉结构。水套炉结构中的烟管、火筒等，应该采取结构优化的方式，改善换热盘管的结构，从布置方式方面做出改进，提高火筒的辐射换热与烟管对流换热强度。通过合理的方式，增加烟管长度，增大烟管与水域的接触面积，有效的降低排烟温度。对于炉体的整体配置结构给予有效改善，采用低位设计的方式，对于加热炉燃烧室以及受热面积进行改善，在热水域中完全浸没，发挥其热传递的最大化效果，提高水套炉水位的安全范围，最终实现水套炉热效率提升的效果。
第二，引进新型盘管技术，比如将可抽式盘管放置在卧式加热炉上，可以有效的增加热炉的使用寿命，在维修方面可以降低费用，同时简化维修工艺，大大缩短维修与停留时间，改善了因为加热炉维修时间长产生的不必要损失。
（二）降低过剩空气系数。
根据参加测试的水套加热炉数据分析，得出结论：水套加热炉的平均过剩空气系数偏高，合格率较低，需要与行之有效的方式和策略进行结合，提高热效率。一些采油厂的水套加热炉地理位置偏远，分散的井场造成井点的人员看守困难。基于此，需要在水套炉燃烧器一端，通过数据测量，加装合适的保温防风沙彩板房，遇到气候变化或者外界环境恶劣的时候，能够有效阻止燃烧器空气的进入量，确保水套加热炉能够正常运行。另外，由于科学技术的进步，很多水套加热炉的厂家开始引用新型高效燃烧器，以有效的降低节能损耗的效率。此种高效燃烧器，对于空气比例以及燃料的比例，能够实现自动调整，充分燃烧燃气，实现过剩空气系数的有效控制，在大力提高燃烧效率的同时，还极大的增加了水套加热炉的安全效能。
（三）科学有效地控制热负荷。
水套加热炉温度的控制要根据气侯变化，适当作出工作参数的调整。由于夏季冬季的温差较大，需要根据水套炉的特性制定不同季节的运行方案。比如，夏天温度较高的时候，如果介质出口的温度已经达标，就可以适当的将水套炉的设定出口温度给予降低，制定停炉时间规划，将燃气的消耗降低到一定程度，科学有效的控制热负荷，根据热负荷的设计要求做出改善。
三、结论与建议
综上所述，水套加热炉的热效率低的原因，主要受到排烟温度、过剩空气系数以及热负荷的影响，本文通过探讨和分析，提出了相关建议：
第一，针对水套加热炉的使用与操作技能，定期或者不定期地开展相关培训工作，参与天然气以及油气开采的工人，大多数年纪较轻，不具备丰富的实际操作经验，基于此类现状，要通过专业的培训与操作技能考核，提升水套加热炉操作员工的操作技能，掌握与之相关联的理论，尽最大可能降低人为因素对水套加热炉热效率的影响。
第二，完善水套加热炉的日常管理。操作人员要对水套加热炉的设备定期进行巡查，掌握其运行状况好坏，在接口处是否存在滴漏跑冒现象；检测炉内水温、介质进出口温度，燃气入口的压力是否保持正常状态，检查炉内水位的液体范围；对于水套加热炉各个系统的参数，进行细致入微的检查，尤其是要检查燃气探测器以及控制系统的运行状况，及时发现异常情况做出上报。
第三，做好维护与保养。维护紧急放空装置；定期处理炉膛内的结垢，吹扫烟道以及对流室的积灰；在燃烧器的润滑部位加注润滑油，及时维修炉体外保温层的破损部位；利用动态检测方式，定期检查加热炉的腐蚀状况，尤其是重点检测转角、弯头等区域，及时处理问题。
第四，采用新型高效节能燃烧器，此类燃烧器能够结合炉膛温度、加热炉的进出口温度，对于燃料气的用量进行合理控制，优化燃料气与空气的配比，促使员工工作量降低的同时，还能有效提高水套加热炉的工作与生产效率。
参考文献：
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