加热炉节能改造评价

加热炉节能改造评价（精选六篇）

加热炉节能改造评价 篇1

关键词：加热炉,变频,串风,风量

1 概述

新钢1580两台加热炉原设计采用三用一备风机供风, 由于管路设计不合理, 在原设计上加装盲板, 采用每台加热炉两台风机运行, 存在能源浪费, 因此进行了加热炉变频改造。但加热炉变频器调试时存在串风和喘震现象, 导致变频器无法正常投入使用。通过实际操作, 发现引起串风和喘震现象的原因是用风量小于风机输出量。因为压力与电机转速成平方关系, 流量与电机转速成正比关系, 采用压力控制时设定压力为9kPa, 用风量小于8万/m3时, 风机入口风门开度为80%, 导致风机发生串风。虽然可通过开大烟道放散阀来解决串风, 但是与变频改造相违背, 造成了能源浪费。根据风机管路特性和实际情况, 解决串风问题主要就是处理多余风量的问题, 而风量可通过改变风机入口风门和电机转速来实现。变频控制就是通过改变电机转速来改变风量的, 而采用恒定压力控制时, 由于风道等特性造成管路中还没有建立相应压力, 风就从另外一个风机灌入, 从而造成串风。在现有条件下, 可通过采集用风量来选择相应的压力设定值并通过PI控制来实现变频控制。

2 硬件设计

2.1 改造电气原理

自动工频旁路接线原理如图1所示, 用真空接触器取代隔离刀闸, 智能节电系统故障停机或需要进行检修时可自动分开J1、J2, 闭合J3。电机直接接电网工频运行, 负载调节控制系统同时切换回传统的风门和阀门等控制方式。为保证检修安全也可在图1的基础上增加隔离刀闸, 从而形成明显的断开点, 保证设备及工作人员的安全。

2.2 PLC硬件组态

在每个加热炉电气PLC增加一个远程站并与变频器建立通信连接, 采用硬线控制和通信控制两种控制模式。硬线控制是通过远程站接收变频器信号和控制变频器信号, 主要有变频器启动、停止、故障、频率给定、电流反馈、频率反馈等信号;通信控制是建立Profibus网, 通过网络发送信号类似控制变频器。网络通信相关信号定义见表1。

3 控制过程

原系统控制采用管路压力设定值来控制风机入口阀门开口度, 通过调节入口阀门开口度来保证管路压力;增加变频器目的是通过控制风机转速来保证管路压力, 调试中采用固定风机入口阀门开口度来调节风机转速来控制管路压力。但这样存在风机频繁抢风造成管路压力波动大引起加热炉停炉的严重问题。考虑到加热炉的稳定运行和调试经验, 控制程序通过实际需求流量来选择相应压力设定值, 以控制入口阀门开口度和电机转速。实际需求流量与入口阀门压力值、变频器压力设定值的关系见表2。

考虑到加热炉的稳定运行压力设定最小值为7.4kPa, 变频器最低频率设定为40Hz, 调试中采用入口阀门优先动作更节能, 但调试中出现加热炉用气量突然发生大变化时易出现串风, 因此结合现场经验对入口阀门开口度进行分段限幅, 见表3。

变频器PI调节器参数根据压力设定值-实际值=偏差值来选择, 由于偏差值变化采用多组PI参数, 偏差值小时, P值小, 变频器响应慢。结合实际采用偏差值小但增大P值来提高响应, 因为偏差值大时, P值过大, 风机管路等因素会造成压力波动大。偏差值与PI参数设定见表4。

4 结束语

针对原设计管路等因素造成变频器频率降到40Hz以下, 两台风机之间存在串风现象, 导致管路压力波动大引起加热炉安全问题, 结合实际将变频器下限频率设置为40Hz, 以实现节能效果最大化, 但如果要实现更好的节能效果就必须对现有的管路进行改造。

参考文献

[1]李正吾.新电工手册上册[M].第2版.安徽:安徽科学技术出版社, 2014

[2]王树青.工业过程控制工程[M].第3版.北京:化学工业出版社, 2002

原油真空加热炉节能改造技术探析 篇2

1 真空加热炉介绍

1.1 真空加热炉原理

燃烧产生的热量, 通过火筒和烟管传递给外面浸泡着的水, 水吸收了热量而沸腾, 变成蒸汽, 蒸汽再把热量传递给需要加热的介质后, 又冷凝成水, 并回落到原来的位置, 再次被加热成蒸汽。如此循环往复, 使热传递处于互相变换的平衡之中。由于蒸汽的冷凝, 炉体的内部就形成了真空状态, 出现负压, 这样, 炉体内部压力就始终低于外界的大气压力, 从而保证了加热炉在运行时的安全。加热炉可以利用原油作为燃料, 也可以利用天然气作为燃料, 在吴定首站所运行的三台加热炉均采用原油作为加热燃料。

1.2 真空加热炉性能特点

真空加热炉的燃烧和传热系统, 能使燃料得到充分燃烧并传热;运行中炉体内不会出现鼓包、腐蚀、结垢、结焦、裂纹等现象, 从而延长了设备的维修周期和使用寿命, 有利于环境保护;真空加热炉具有体积小、造价低、热效率高、节约能源、安全可靠、操作简便、自动化程度高、噪音小、排烟少、无污染、适应性强等诸多优点。总的来看, 真空加热炉的性能特点主要体现在燃烧技术及传热和换热技术上。

1) 燃烧技术。原油真空加热炉中使用的燃烧技术可分为自动燃烧技术和微正压通气燃烧技术, 其中微正压通气燃烧技术采用的是微正压通气的模式, 通过提高气缸容积的热强度和控制好过量空气系数来实现热效率的提高。随着自动化技术的发展, 在油田中已经广泛采用自动燃烧技术, 通过给加热炉配置全自动的燃油或燃气燃烧器, 可以通过程序控制实现点火、熄火和安全保护等功能, 实现全自动燃烧功能。

2) 传热和换热技术。在原油加热炉中采用了很多比较先进的传热和换热技术, 这些技术对提高加热炉的总体热效率起到了很好的保障作用。首先, 在锅炉中采用了螺纹烟管和波纹炉管传热技术, 这增强了高温烟气和需要加热的介质间的扰动, 在一定程度上增强了换热系数。其次, 由于真空加热炉采用的是相变换热的原理, 整个加热炉的换热过程与热管换热器的原理比较相似, 可以充分利用水蒸气的汽化潜热对原油进行加热, 相对于普通的加热炉来说对于热量的利用更加充分, 热效率也远高于普通的原油加热炉。

2 真空加热炉运行中的节能措施

2.1 合理控制热负荷

通过对国内油田使用的加热炉的调查情况分析, 原油加热炉的热负荷与热效率存在一定的相关性。因为原油加热炉在进行设计时是以满负荷作为其运行的最佳工况进行设计的, 因此当热负荷偏离设计的满负荷运行时肯定会降低加热炉的热效率。也就是说, 加热炉的热负荷过低和过高时都会降低原油加热炉的热效率。尤其是当加热炉超负荷运行时, 由于供给燃烧系统的燃料量要大于供给燃烧系统的空气量, 使燃料发生不完全燃烧的现象, 未充分燃烧的燃料随着烟气一起排出, 造成未完全燃烧热损失增加。

2.2 控制风量配比

根据燃烧学的原理可知, 加热炉的燃料必须在一定的多余空气量下才能实现完全燃烧, 原油真空加热炉的过量空气系数一般为1.05~1.15, 因为在这种情况下加热炉的热效率较高。当过量空气系数过小时会使燃料的燃烧不充分, 而在过量空气系数较高的情况下, 会降低燃烧温度, 燃料在未完全燃烧的情况下就随烟气排出, 因此必须控制好燃烧时的风量配比。

2.3 正确选择燃烧器和对燃烧器进行改造

燃烧器对真空加热炉的燃烧性能有重要的决定作用, 因此为了提高加热炉的热效率, 必须重视燃烧器的选型和改造工作。首先, 应根据油田的燃料供应情况决定选择燃油、燃气、油气两用燃烧器, 所选择的燃烧器能实现比例控制燃烧, 适应油田的伴生气和自产原油。其次, 所选燃烧器必须配备火焰监测装置, 具有负荷自动调节、程序自动点火、熄火报警保护、根据实际工况实现燃气压力超高超低压力保护、燃油温度超高过低温度保护、燃油压力超高超低压力保护、供风压力超低压保护、燃烧器故障报警等功能, 可实现前后吹扫、供风、点火、燃烧、停机、再启动等全自动控制, 适应点火时产生的过压;再次, 选择的燃烧器必须与加热炉所用燃料相匹配, 并应满足现场燃料系统实际运行参数的要求。重油燃烧器应配有重油增压泵组, 燃气燃烧器配有质量过硬的阀组及燃气泄漏安检报警系统;最后, 功率调节范围必须适应生产实际变化的要求, 燃烧器可实现手动/自动操作状态切换。

2.4 对加热炉进行SCADA技术改造

SCADA是supervisory control and data acquisition系统的简称, 这是一种能够实现数据采集和监控功能为一体的自动化控制系统。在原油真空加热炉中采用SCADA系统可以获得很好的节能效果。首先, SCADA系统实现了对原油加热炉温的控制, 在SCADA系统中对原油的出口温度进行单回路的PID调节, 这样保证了系统承受扰动的能力较强, 使原油的出口温度始终稳定在设定值附近, 通过修改PID函数中的相关参数可以实现对加热炉燃油量和助燃风量消耗的精确控制, 使加热炉在运行过程中始终保持最近的空燃比, 从而达到了节约燃料、提高燃烧效率的目的。

3 真空加热炉现场应用情况

吴定首站在2012年引进的三台2000 k W相变式真空加热炉, 采用原油作为燃料, 控制采用调节煤水温度保证生产运行参数 (出炉温度等) 的方式, 热负荷主要靠人工设置参数 (炉水温度) 进行控制, 如果运行参数 (原油出口温度、采暖出口温度) 发生变化, 就需要人工反复调试, 选择下一个最佳负荷点, 增加了加热炉的耗能。2013年10月底, 吴定首站对旧的三台加热炉进行了控制方式及SCADA改造, 同时引进了一台4500 k W的新炉子, 将旧炉子改造为通过确定原油出口温度来进行自动化调节自身运行参数 (炉水温度) 的控制方式;新引进的炉子具有自动调节和控制风量配比的控制系统。旧炉子改造之后, 合理的控制了热负荷, 通过能耗报表统计, 平均每天至少节省燃油0.5 m3。

4 结语

原油加热炉是油田生产过程中主要的耗能设备之一, 对原油真空加热炉的节能技术进行研究是降低油田生产能耗、提高油田生产效益的重要途径之一。本文对原油真空加热炉的原理进行了介绍, 并就如何提高原油加热炉的节能效果提出了一些对策, 对真空加热炉的现场运用作了总结分析, 希望能为相关工作人员提供一些有益的参考。

参考文献

[1]王显丰.真空原油加热炉应用现状研究及其发展方向[J].化学工程与装备, 2009 (10) :112-113.

[2]张伟, 迟进华, 徐明海.原油加热炉变工况运行热效率[J].油气储运, 2011 (5) :352-354.

庆哈中一站加热炉节能改造 篇3

为降低能耗, 2007年9月在庆哈输油管线中一站 (以下简称“庆哈中一站”) 对原有相变加热炉进行改造, 解决了夏季原油加热、冬季生活采暖等运行中的问题, 并进一步降低了相变加热炉用能消耗。

1 相变加热炉原理

相变加热炉工作原理是燃烧器将燃料充分燃烧, 热量经加热炉火筒及烟管传递给锅壳内中间介质水, 水受热沸腾后由液相变为汽相蒸发, 水蒸汽逐步充满炉体的汽相空间;由于盘管内被加热介质管壁温度远远低于蒸汽温度, 从而使蒸汽在盘管外壁冷凝, 并把热量传递给盘管内介质, 冷凝后的水在重力作用下落回水空间。如此循环往复, 实现了相变换热过程[1] (图1) 。

2 存在的问题

2.1 能源消耗量大

在实际运行中, 由于加热炉采暖换热器为内置, 与加热炉一体, 因此运行方式不能改变, 不能单独进行原油加热或采暖供热, 如停用采暖换热器就可能发生烧管的安全事故。在夏季时, 因需要对管线中原油进行加热, 而采暖换热器不能停运, 这样无形中增加能源消耗, 产生很大浪费。

2.2 温度无法调节

在冬季供暖时, 无法调整采暖供热温度。相变加热炉采暖换热部分不能根据气温变化调节蒸汽用量, 造成采暖温度过高。特别是在春、秋季节时, 不能调节采暖换热器换热量, 使得生活采暖温度过高。若控制减少采暖水循环量, 就会出现采暖水温度过高、沸腾等现象, 影响采暖供热安全 (图2) 。

3 技术改造措施

3.1 炉体内改造

针对存在的问题, 对庆哈中一站相变加热炉采暖内置换热器进行了改造, 将加热炉内部气相空间内的内置采暖换热装置拆除, 并对炉体进行清垢, 涂膜改造, 减少炉内热量损失[2]。

3.2 炉体外改造

新增加外置式采暖换热器, 并在采暖换热器的蒸汽管道安装控制阀门。改造时, 充分考虑了设备荷重和安装现场的条件、风载和换热器运行振动等因素。为了保护下部炉体不承受外加载荷, 以免造成炉体受损, 采用了无受力分体结构方案, 即炉体与换热器之间只进行汽水介质的能量传输, 换热器的质量则通过钢结构传递给地基, 而炉体完全不承受外部载荷, 炉体与换热器采用金属波纹管法兰软连接。炉体和换热器可以根据使用情况分别进行更换, 有效地提高了设备整体的使用寿命, 降低了投资和运行成本。换热器采用列管式换热器, 蒸汽通过专门的管路进入上部换热器壳体, 在换热器壳体内完成相变换热过程, 然后通过冷凝管路返回下部炉体内[3] (图3) 。

4 现场应用及效益分析

4.1 现场应用

通过对相变加热炉采暖换热方式进行改造, 实现了原油加热、采暖换热装置均可单独运行方式;并可根据生产、天气情况优化调整供热温度, 解决了原有相变加热炉夏季采暖换热不能停运、不能优化调整供热温度的问题, 确保了相变加热炉的高效安全运行。

4.2 经济效益分析

通过对庆哈中一站相变加热炉进行节能改造, 使其燃料油消耗有了大幅度下降, 减少了生产成本支出, 节能改造效果明显。改造前年消耗燃料油1632 t, 改造后年燃料油消耗1 293 t, 年节约燃料油339 t, 节油率20.7%。每吨燃料油按3 500元/t计算, 每年节省生产成本339×0.35=118.65万元。

5 结论

通过改造, 不但发挥了原有相变加热炉的优点, 而且解决了加热炉运行过程中的问题, 并有效地降低了相变加热炉的用能消耗, 为相变加热炉运行中节能降耗提供一种有效途径。

参考文献

[1]苏海鹏.新型相变加热炉的设计及应用[J].石油化工应用, 2010 (12) :93-97.

[2]王亚峰, 张雪岩.相变换热加热炉在油气集输领域的适应性[J].煤气与热力, 2009, 29 (12) :37-39.

原油储罐加热盘管的节能改造 篇4

由于原油一般储藏在很深的地下, 地表深层的温度较之于地面要高出很多, 当原油被开采出来置于储油罐中时, 由于温度的降低, 原油会凝结成块而不再保持液体状态, 所以在利用储油罐对原油进行运输时, 都要对原油进行不间断的加热保持一定的温度从而防止原油凝结。现如今最普遍的加热方式是在储油罐的罐底安装加热管对原油进行加热, 然而这种方式进行加热会产生巨大的能源浪费, 因而有必要对传统的加热系统进行节能改造。

1 传统加热方式对能源的浪费

传统储油罐对原油的加热方式是在油罐的底部安装加热管, 通过蒸汽或其他方式对运输中的原油提供热能, 保持原油的温度, 这种加热方式存在明显的不足之处。

1.1 原油由于含有较多杂质, 成分比较复杂, 其流动性极差, 影响加热的效率

大家印象中应该都有这样的感觉, 就是原油不像加油站出售给顾客的成品油那样干净且富有流动性, 而是给人一种黏糊糊的感觉, 那么这种情况下的原油流动性是很差的。传统的在储油罐罐底安装加热管的方式, 热能只能在罐底附近传递给原油, 然后通过原油的自身受热后的热对流, 交换热量, 使全部的原油都能得到热量从而防止原油凝结。正如前文所述, 原油自身的流动性相当差, 要通过原油自身的热对流来实现整罐原油的加热耗时相当长, 往往热量还未传输的储油罐上层原油的时候, 下层热油已经凉的差不多了。所以, 由于原油本身的缺乏流动性, 通过储油罐罐底安装加热管的方式对原油进行加热的方法不仅加热效率不高, 而且会造成能源的巨大浪费[2]。

1.2 原油中含有的水分对加热产生的不良影响

原油开采出来之后, 其本身不仅仅含有各种各样的碳化合物, 还含有大量的水分。由于原油是不能溶解在水中的, 所以当储油罐中的原油经过加热之后, 水和原油会分离而在储油罐中出现分层现象。又由于水的密度比原油的密度要大, 所以在储油罐中, 水处于下层而原油位于上层。这样, 储油罐底部的加热管在对原油进行加热的时候首先受热的是水而不是原油, 热量首先是通过水传递给原油的。由于水本身不是很好的导热材料, 通过他来向原油传递能量效率不高。同时水与原油不能互溶而是存在明显的上下分层, 这进一步降低了热量传递的效率。再者, 水的沸点是摄氏一百度, 远远低于原油的沸点, 这就给我们的加热又设置了一道障碍, 加热的热量源必须控制好, 不能过高。所以原油中的水分会给罐底加热造成很大的影响。

1.3 底部加热原油的直接受热范围过小

原油罐装运输中通常所使用的储油罐是圆形桶状结构, 其与运输工具的接触部分即罐底的面积很小, 相较于罐体中部最大的横截面而言还不足横截面面积的一半, 由于罐底面积的限制, 在罐底安装加热管, 数量受到严格的限制。同时储油罐中原油直接受热的量很少, 这样一来, 势必会造成加热管心有余而力不足的情况。

2 加热管分层分段的优点

传统的在储油罐罐底安装加热管对原油进行加热的方式效率非常低, 而且造成了能源的极大浪费。因此极有必要对这一传统方式进行节能改造, 提高原油的开采和运输效率, 节约资源。一个很好的方式就是将原有的安装在罐底的加热管, 进行改造, 使其不再是只限于安装在罐底, 而是分层安装在整个储油罐中, 这样的改造具有很明显的优点。

2.1 增加了原油的受热面积

传统的罐底安装加热管的加热方式, 原油直接受热的量只局限于油罐底部的少量原油。通过对加热管的分层改造, 可以在储油罐空间的各层都安装加热管, 这样无论是处于油罐下层还是油罐上层的原油都可以直接并且迅速地受热。原油直接受热量的增加避免了间接通过介质传热造成的能量损耗[3]。

2.2 避免了原油对流性差造成的加热效率低的问题

原油的对流性很差, 传统的罐底加热的方式需通过原油的对流, 下层的原油受热之后由于体积膨胀密度变小而上浮, 上层的原油下沉, 从而使整罐油都被加热, 这样的过程效率慢而且能源浪费极大。通过对加热管的分层改造, 在各个油层都安上加热管, 这样无论处于哪一层的原油都可以同时直接受热, 而不再需要通过原油自身的对流传热, 通过对流传热不仅速度慢, 而且效率低, 极易造成能源浪费。

2.3 避免了原油中水分对传热的阻碍

由于原油与水在受热之后相互分离并在储油罐中分层, 而且由于水的密度大使水全部留在储油罐底部, 从罐底对原油进行加热的时候先受热的是水, 再通过水向原油传输热量。通过对加热管分层改造后, 使原油直接与加热管接触, 直接受热, 而不再需要通过水的传导。

2.4 易于对加热过程灵活控制, 避免浪费

传统的加热方式, 通过油罐底部安装的加热管, 由于隔着一层水, 无法实时监测油罐内整体的受热情况, 通俗的来说, 就是“闭着眼睛”加热, 不论储油罐中油的温度如何, 需不需要继续供热, 都一直不停地像原油输送热量。这样极易造成巨大的浪费。通过对加热管的分层改造, 加热管实现了与储油罐中原油最大程度上的接触, 这样通过安装在加热管上的热敏元件就可以实时监测油罐内原油的温度, 从而决定是否继续加热, 加热力度多大等等。这样一来, 便可以大大节约资源。

3 对加热管的分层分段节能改造

3.1 加热管的设置

要改变原有的只在油罐底部安装加热管的方式, 将原有的底部一层加热盘管变为多层立体式的结构, 即在油罐内部每隔一定高度设置一层加热盘管。

1) 加热管的设置密度, 首先应与加热管所处罐体的横切面的面积成正比, 例如位于储油罐中部的加热管分布就应当密集一些, 而随着向油罐顶部和底部的延伸, 加热管分布就应当越来越稀疏。同时, 加热管的设置要充分考虑到原油受热后的流动情况, 由于原油受热后, 体积膨胀, 密度减小, 因此它会上浮。基于此, 油罐上部的加热管应该比下层布置的略密一些, 这样, 上层的原油接受的能量更多, 温度上升的快一些, 下层的原油受热慢, 温度低一些, 就可以减少油层的对流。

2) 设立加热管高度自动调节装置。在油罐内部立体式的增设加热管之后, 需要辅之以自动调节设备。一般储油罐起运时都是满油状态, 但是不能确保所有的储油罐都是满油状态, 况且, 油罐车随时可能卸下一部分原油, 所以储油罐中储存的油量是随时可能发生变动的, 所以应当根据储油罐中油量的多少灵活调节加热管的高度。

3.2 分层分段式加热管的控制

1) 对分层分段式加热管进行控制。要根据储油罐内油位高度及油水界面的高度升降, 实时对各层段加热盘管进行灵活合理的控制, 实现原油加热盘管节能改造后的功能。当某加热层段上方无液体或某层段内的液体温度达到预设的温度时, 停止对该层位的加热, 即使该层位的加热盘管停止工作。为了充分利用热能, 可控制对水层的热量输入, 对处于水层的加热盘管进行流量控制或关断水层加热盘。

2) 加热管辅助性元件的利用。对加热管的分层改造不只是管道本身的改造, 还要配备有智能控制系统, 包括检测、控制、执行等元件。在选用元器件时, 首要考虑的是安全性和可靠性。原油生产中, 原油储罐是一个充满易燃易爆介质的容器, 只有在绝对保证设备安全运行的前提下, 对该设备的节能降耗改造。

要利用检测元件如液位检测探头、温度传感器、油水界面检测元件及管力传感器、流量传感器等实时监测储油罐中的温度、液位等情况, 再通过控制单元对各检测信号进行处理、并根据处理结果对执行元件进行操作控制。

随着原油开采和利用力度的不断提升, 对原油利用效率的要求越来越高。而原油运输中的能源损耗越来越大, 传统的原油加热方式已经无法满足现代的要求, 利用现代技术, 对传统加热方式进行改造, 辅之以现代化的管理方法, 提升原油运输过程中的加热效率。

参考文献

[1]严伟丽.常减压装置的腐蚀与防腐[C].中国石油化工股份有限公司常减压蒸馏技术论文集, 2009:144-154.

[2]邓寿禄, 王贵生.油田加热炉[M].北京:中国石化出版社, 2011:41-42.

加热炉节能改造评价 篇5

加热炉是气田生产系统的主要用能设备, 随着我国气田生产规模的不断扩大, 其能耗问题和节能管理逐渐受到关注。通过节能监测, 对其能耗状况进行分析评价, 采取节能技术措施, 有利于提高节能管理水平, 促进节能技术进步。由于缺乏相关的监测与评价技术标准, 制约了气田生产系统节能工作的开展[1]。

2天然气加热炉能效评价方法研究

2.1评价项目的确定

气田加热炉和油田加热炉在工作原理、结构等方面是相同的, 因此气田用加热炉的评价项目可参考以下相关标准。参照GB 24848-2010《石油工业用加热炉能效限定值与能效等级》、SY/T 6275-2007《油田生产系统节能监测规范》等标准, 初步确定天然气加热炉评价项目为:热效率、排烟温度、空气系数、炉体外表面温度[2,3,4,5,6]。

结合现场实际情况, 对部分评价项目作进一步的修正。其中, 炉体表面温度主要反映炉体散热损失。考虑炉体表面温度与环境温度关系较大, 环境温度高时, 炉体表面温度相应也高, 此时采用炉体表面温度作为评价项目, 可能超过评价值, 但散热损失并不大;而环境温度低时, 炉体表面温度相应也低, 此时有可能存在炉体表面温度虽在合格范围内, 但散热损失却较大的情况, 失去了评价意义。 因此采用炉体表面温度与环境温度的差值或表面热流密度更为科学。

根据不完全燃烧热损失理论计算, 一氧化碳含量与气体不完全燃烧热损失成正比。假设空气系数为2, 不完全燃烧热损失理论计算结果见表1。

由表1可以看出, 当一氧化碳含量高于0.20% 时, 不完全燃烧热损失显著增大。统计122台加热炉, 一氧化碳含量≥0.20%的12台, 约占10%。因此将一氧化碳含量作为反映燃烧完全程度的评价指标。

最终确定评价指标见表2。

2.2天然气加热炉效率理论分析

依据加热炉反平衡热效率的计算方法对加热炉进行理论分析。热效率的反平衡测试按照公式 (1) 进行, 通过测出加热炉的各项热损失, 然后按照公式计算出加热炉的热效率:

式中:η 反为加热炉反平衡热效率, %;qj1为加热炉有效吸热量占输入能量的百分比, %;qj2为加热炉排烟热损失占输入能量的百分比, %;qj3为燃料不完全燃烧热损失占输入能量的百分比, %;qj4为散热损失占输入能量的百分比, % 。

排烟热损失qj2

式中: α为排烟处过量空气系数;tpy为排烟温度, ℃;t0为环境温度, ℃。

不完全燃烧热损失qj3

加热炉运行时外壁温度高于周围空气温度而向外界散热, 形成散热损失, 依据对流传热的原理, 散热量占输入能量的百分比应该是散热损失qj4。

式中: h为对流传热系数, W/ (m2·℃) ;B为燃料消耗量, m3/h;Qr为燃料低位发热量, k J/m3;S为加热炉当量散热面积, m2;ty为炉体外表面平均温度, ℃; t0为环境温度, ℃。

由于对流传热系数与加热炉的周围的风速、风向等等有关, 这些参数具有不确定性, 不易测试。 况且各气田的天然气的低位发热量相差很小, 为简化分析, 将燃料低位发热量近似为常数。因此, 在燃料消耗量一定的情况下, 将对流传热系数、燃气消耗量、燃料低位发热量归为常数项C0。

式中:h为对流传热系数, W/ (m2·℃) ;B为燃料消耗量, m3/h;Qr为燃料低位发热量, k J/m3。

加热炉当量散热面积:

式中: h为对流传热系数, W/ (m2·℃) ;Δt为炉体外表面平均温度与环境温度之差, ℃;A为加热炉散热面积, m2;hpj为平均对流传热系数, W/ (m2·℃) ; Δtpj为炉体外表面平均温度与环境温度之差的平均值, ℃。

式中: A为加热炉散热面积, m2;P为加热炉额定功率, k W;b, b1, b2, b3, b4, b5, b6为常数;C为提取出的常数, 由现场测试可知, 其表征的是加热炉结构的影响。

式中: P为加热炉额定功率, k W;C0, C1, C2为常数;S为当量散热面积;ty为炉体外表面平均温度, ℃;t0为环境温度, ℃。

将式 (2) 、 (3) 、 (8) 代入式 (1) , 结果见式 (9) :

对式 (9) 中的变量 α、βCO、tpy、t0、P、ty分别求偏导数, 结果见表3。

2.3评价分类因子分析与确定

依据理论分析可以确定影响加热炉的因素:空气系数、排烟一氧化碳含量、排烟温度、环境温度、 额定功率、炉体外表面平均温度。根据测试实践, 影响加热炉运行指标的客观因素中最主要的为额定效率、负荷率、环境温度对热效率的影响和环境温度对炉体表面温度的影响。

2.3.1额定功率与热效率

在加热炉运行负荷相近 (15%~40%) 的情况下, 对不同额定功率的加热炉的热效率进行统计。数据统计见表4, 对比见图1。

通过测试数据分析, 在加热炉运行负荷率相近的情况下, 加热炉热效率随着额定功率的增大而提高。

2.3.2负荷率与热效率

对加热炉按相同额定功率 (1 000k W) 在不同运行负荷下的热效率进行进一步统计, 统计数据见表5, 对比见图2。

由图2可以看出, 负荷率与热效率存在显著的相关性。

2.3.3环境温度与热效率

对加热炉在不同测试环境下的热效率进行统计, 统计数据见表6, 对比见图3。

通过对比分析, 加热炉测试期间的环境温度与加热炉热效率关系不明显, 不是影响热效率的主要因素。

从统计分析的结果可以看出, 影响热效率的主要因素为额定功率、负荷率。

3评价指标

通过研究, 确定天然气加热炉评价项目为热效率、排烟温度、空气系数、一氧化碳含量、炉体外表面与环境的温差。下面以统计分析方法研究得出的热效率指标为例, 确定热效率的评价值并进行验证。

通过对加热炉热效率与相关参数的统计分析, 加热炉热效率主要和加热炉额定功率和加热炉运行负荷有关, 在负荷相近的情况下, 加热炉额定功率越大热效率越高;在额定功率相同的情况下, 加热炉负荷越高热效率越高。

参照GB 24848-2010《石油工业用加热炉能效限定值与能效等级》, 结合气田加热炉统计数据, 将加热炉按额定功率分为≤200、200~500、500~1 000k W3个区间。不考虑负荷的影响, 统计结果见表7。

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如按70%合格为限定值, 30%合格为节能评价值, 则经取整处理后并考虑指标的合理间距, 确定评价指标见表8。

对额定功率小于200k W的加热炉进行统计, 得出图4。

根据图形得出热效率与运行负荷率的关系式y=0.1021x+67.566, 即负荷率每变化10个百分点, 则效率变化约1个百分点。根据实测数据统计, 最高运行负荷为64.3%, 平均负荷为35.5%, 为简化评价工作, 将加热炉按10%~30%、30%以上分为2个区间, 取区间平均负荷率对前述评价指标进行修正, 得到评价指标, 见表9。

通过统计分析方法和回归分析方法确定评价指标, 2种分析方法得到的加热炉的热效率的限定值和节能评价值非常接近, 为使结果更加准确, 对2种方法得到的结果进行求平均值的方法进行处理。

综合统计分析方法和回归分析方法, 最终得到加热炉各项评价项目的评价指标, 见表10。

GB 24848-2010《石油工业用加热炉能效限定值与能效等级》规定的产品能效指标, 见表11。

从表11可以看出, 节能评价值接近国标规定的3级能效指标 (对新产品额定效率最低要求) 。

4现场应用

天然气加热炉节能监测方法研究制定后, 2014年以来在中国石化主要气田现场应用51台次, 达到节能评价值的13台, 占评价总数的25.5%;达到限定值的30台, 占评价总数的58.8%。其中:

1) 西南油气分公司新场气田共测试加热炉9台, 采用以上评价指标评价加热炉热效率, 达到节能评价值的2台, 占测试总数的22.2%, 达到限定值的5台, 占测试总数的55.6%。

2) 西北油田分公司雅克拉气田共测试加热炉7台, 采用以上评价指标评价加热炉热效率, 达到节能评价值的2台, 占测试总数的28.6%, 达到限定值的5台, 占测试总数的71.4%。

3) 东北油气分公司松南气田共测试加热炉4台, 采用以上评价指标评价加热炉热效率, 达到节能评价值的1台, 占测试总数的25.0%, 达到限定值的1台, 占测试总数的25.0%。

4) 中原油田分公司普光气田共测试加热炉31台, 采用以上评价指标评价加热炉热效率, 达到节能评价值的8台, 占测试总数的25.8%, 达到限定值的19台, 占测试总数的61.3%。

通过验证, 研究确定的节能评价方法和评价指标能够满足不同类型不同开发阶段气田天然气加热炉的节能测试评价需要。

5结论与认识

1) 研究制定的气田加热炉节能监测评价标准通过现场测试与分析验证, 适应性好, 能够为天然气加热炉能效评价及节能挖潜措施的制定提供可靠的依据。

2) 天然气加热炉节能监测方法的制定为气田生产系统节能监测标准的制定奠定了基础, 有助于气田生产系统节能工作的全面开展。

参考文献

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[5]石油工业节能节水专业标委会.油田生产系统节能监测规范:SY/T 6275-2007[S].北京:中国标准出版社, 2007.

加热炉节能改造评价 篇6

1 水套加热器的作用

柴油发电机组作为市电和UPS (不间断电源系统) 的后备电源, 需要保障其随时都能应急启动。我们知道, 柴油机通过把柴油喷入汽缸, 使雾状柴油与汽缸中的被压缩空气混合形成高温、高压可燃混合气, 自行燃烧并对外做功。当环境温度低时, 柴油机燃烧室的温度降低, 柴油机运转部位之间配合间隙发生变化, 从而使启动阻力矩变大;同时, 由于柴油中含有一定量的蜡, 而当柴油析出的蜡开始阻塞滤清器从而影响油路的正常供油时, 此时的温度称为柴油的冷滤点, 在冬季气温较低的时候, 柴油黏度增大, 流动性变差, 甚至结蜡, 导致柴油凝固无法流动, 启动困难;另外, 起动阶段, 润滑油及冷却水有可能凝结成固态, 失去润滑或冷却的作用, 进而损坏发动机。

柴油发电机组水套加热器让发动机保持一定温度, 冬天防止柴油发电机组冻裂, 并使柴油机在严寒低温状态下能够很快迅速起动。水套加热器使机组水套的水温保持在设定的温度范围之内 (大约35℃) , 由于润滑油受到热传递而间接加热, 因此避免了凝结现象的出现, 从而使柴油机处于热备用状态, 使柴油机组不管严冬腊月, 任何时候都能应急启动, 并在最短时间内加载到全负荷, 机组的机械磨损降低, 输出功率稳定。

2 水套加热器的使用现状

柴油发电机组水套加热器对于确保机组在寒冷气候条件下迅速启动成功并带载运行有极其重要的意义。然而, 实际中, 我们发现该预热功能的设计存在缺陷, 水套加热器的工作是以水套内的水温来控制的, 要使机器的水温保持在设定的温度范围之内 (大约35℃) , 通常情况下, 水套加热器是全天候始终处于自动循环的工作状态。

然而, 根据《中国电信电源、空调维护规程》第194条规定:油机室内温度不宜低于5℃;若冬季室温过低 (0℃以下) 的地区, 油机的水箱应装置加热器或在水箱添加防冻剂;配有水箱加热器的油机, 在寒冷季节 (5℃以下) 待机时, 应长期启动加热器加热。因此, 对于环境温度高于5℃的春夏秋季来说, 水套加热器工作, 无形中增加了局房能耗和运营成本, 浪费电能;同时冷却水道配套用橡胶管被长期加热, 加速了管路老化, 加热器设备及配套管路的使用寿命也大大缩短。

目前, 对水套加热器的使用普遍采用“人工控制法”:即初春关闭加热器空开, 深秋打开加热器空开。该维护控制模式无形中增加了维护工作量和运营成本;另外, 由于气温的反复, 经常出现关闭加热器后却气温陡降, 或打开加热器后气温回升的尴尬局面。因此, 控制选择在恰当的温度开启或关闭加热功能是合理科学使用水套加热器的关键。

3 改造方案

在水套加热器供电线路中串联一只温控开关, 通过温控开关感应环境温度的变化进而精确控制水套加热器供电线路的通断。见图1。经过技术改造后, 柴油发电机组水套加热器的功能就能根据环境气温的变化自动接通和断开加热器供电线路。即在环境温度低于温控开关的设定温度时开启加热功能, 加热器处于自动工作状态;反之, 当环境温度高于设定温度时, 加热功能关闭。合理科学地在恰当的温度开启或关闭加热功能, 精准有效地实现节能降耗。

4 工作原理

按照图1将温控器串联接入, 通电后, 调节调温旋钮设定实际需要温度 (假设为5℃) , 温控器就自动投入运行:当环境温度低于温控器的设定温度5℃时, 温控器内部继电器吸合, 加热供电线路接通, 水套加热器得电工作, 保证油机处于热机备份状态;当环境温度高于温控器的设定温度5℃时, 继电器断开, 加热供电线路断开, 水套加热器失电停止工作, 精确管控, 节能降耗。

5 实施效果

通过对柴油发电机组水套加热功能改造, 油机始终处于良好的暖机待运行状态, 有效精准地控制加热器的运行时间和投入时机, 缩短了水套加热器的工作时长, 延长了加热器设备及冷却水管路的使用寿命, 减少了油机维护工作量, 节约了运营维护成本, 杜绝了高环境温度下水套加热器无效运行情况的发生, 节约了电能。据估算, 改造后每台油机每年节省约3 000元电费, 真正起到了节能降耗, 精确管理、降本增效的效果。

摘要：针对柴油发电机组水套加热器春夏秋季无效运行, 造成电能浪费的现象, 通过加装串联温控开关, 精确控制水套加热器的投入和退出运行, 解决了水套加热器无序工作的难题, 达到了节能降耗、减少维护工作量的目的, 顺应了企业节能减排、精确化管理的要求。