WNS相变加热炉节能探讨

【摘 要】相变加热炉是盘二联的原油加热设备，2003年由青岛益青机械有限公司制造生产并投入使用的，担负着我站原油脱水的加热升温工作。特别是近年来油田已逐步进入开采后期，进站原油物性的改变以及水量的增大，使集输站加热负荷增大，原油加热升温工作越来越重要，该加热炉的使用成为提高脱水温度，降低能源消耗的必然举措。但是该设备试运行后，经常出现喘震、设备运行噪音大、水击等现象，不能投入正常的运行，为保证我站的原油脱水工作的正常运转，我们积极进行研究和改进，力争使相变加热炉正常运行。

【关键词】相变加热炉；结构、原理

1.相变加热炉的结构、原理简介

该相变加热炉是由一台锅炉和位于其上的一台换热器组成的综合设备，由锅炉产生的饱和蒸汽进入换热器，与换热器内的管程进行对流换热，把热量传递给管内的原油介质，以达到给原油加热的目的。

1.1锅炉本体

WNS型锅炉为卧式内燃锅炉，其结构为三回程锅壳锅炉，采用波形炉胆，螺纹烟管和光管烟管组成，燃料系统将天然气送至燃烧器，喷入炉胆进行燃烧，火焰在炉胆内燃烧后经转向室进入第一对流管束，再经前烟箱，转入第二对流束，最后从后烟箱进入烟囱，排向大气。锅炉配用全自动进口燃烧器，燃烧器上配备有全自动的燃烧控制器及监测系统，提供全自动吹风、点火、燃烧等程序控制，故有全自动操作、高效、经济、安全节能等特点。

1.2原油加热装置

该装置为四管程浮头式换热器，结构为一园形外壳内装有由很多平行管子组成的管束，其中参与热交换的原油分四次由壳内流过，饱和蒸汽则在管外流过，这样依次流过各组管束，最后由出口流出，冷却下来的水蒸汽则经过回水通道回到锅炉中去。

1.3进气或回水通道

该通道为两根三寸钢管，是连接蒸汽锅炉的顶部与换热器低部的重要通道。工作时锅炉产生的饱和蒸汽就是通过该通道进入到换热器内，并将冷凝后的水蒸汽送回到锅炉内的一条通道。

2.现存问题分析

在相变加热炉试运行过程中，我们发现该设备无法正常运行，达不到预期的目的。主要问题分为以下几点：

（1）喘震震动及噪音大：该炉运行中在大小火转换时震动的厉害，设备运行的噪音较大，使人产生较大的焦虑烦躁情绪和不安全感，严重影响了工人的生产状态。据分析产生问题之一的原因是：燃烧器配备的自动控制系统（系德国扎克公司生产的）的设计存在问题，致使加热炉运行时的燃气比调节不到位，据观察其只存在着一、二段火焰转换时自动调节，致使设备运行时引发震动。问题产生的原因之二是：烟道的通风障碍，烟道的通风量不足，引起锅炉烟道的喘震，造成震动厉害，噪音增大。

（2）锅炉运行时水击现象严重：设备在运行中经常出现水击现象，严重时出现缺水事故，由上述相变加热炉的介绍可知，该炉与换热器的结构存在问题，进汽通道和回水通道是一根管线，而进气与回水通道是连接锅炉本体与换热器的关键部位，当它面积狭窄无法保持畅通时，冷却水就无法回到锅炉中来。

3.原因分析，制定解决措施

（1）针对烟道的通风障碍，查找烟道的通风量不足影响因素，经分析，发现一处设计不合理，一是烟道设计为直角拐角，影响了出气速度，二是烟道的防雨帽离管线的距离较近，减少了出气量。

解决的办法是将直角拐角改为45度的缓坡拐角，较少流动障碍，增加流动速度。其次是增加防雨帽离管线的距离，增大通风面积。

（2）针对燃烧器上的自动燃烧控制器的设计不合理问题，我们仔细分析了燃烧控制器的执行机构，是一快开阀门控制着风门的开度，以调节燃气比例，为此建议重新设计燃烧器控制系统为一线性比例调节调节燃气比，执行机构设定为拉杆控制，使得燃气比调节按照一定比例呈线性上升。从而避免了其因转换过快而引起得炉体震动。

（3）针对进汽通道和回水通道是一根管线，造成了回水下不来的问题，解决的方法是改变进换热器的进汽通道，右下方进改为从上方进，改变回水管线的回水方式，由回水进锅炉的气相顶部改为进锅炉的水相底部，减少了汽相的阻力，便于水回到锅炉中来。

4.取得的效果

改造后较好的解决了以上的问题，不仅能为脱水原油进行较好的加热，也解决了加热设备紧张的问题。这次改造共计投入资金 10 万元。如果与原来的加热炉相比，效率提高了15%以上，大大节约了天然气的用量，同时也节约了资金，其计算结果如下：

日产量：1150吨；原油含水：10%；水量：128吨；

C油=2.093 C水=4.1868 温升△t=20℃ 炉效u=85%

则有：

Q油=C油m△t/3600={2.093×（1150÷24）×103×20}÷3600=557.164千瓦

Q水=C水m△t/3600={4.1868×（128÷24）×103×20}÷3600=124.053千瓦

Q负=Q油+Q水=681.217

Q总=681.217÷0.85=801.432千瓦

每天产热量q=801.432×24=19234.368千瓦.时

1kwh=3.6×103/38979=0.0924m3

每天耗气量：19234.368×0.0924=1777.255m3

月耗气：1777.255×31=55094m3

同理可推出老式加热炉的月耗气量为72047m3

则每月可节约天然气用量：72047-55094=16953m3，折合人民币

16953元，可见只需一年即可收回成本。

5.一点体会

此后的运行过程中也发现了新的问题，在负荷变化较大时，运行过程中，还是能出现水击的现象，在负荷较小时出现烧高温停炉的现象。有时还会出现排污不正常的现象，据我们分析认为：

（1）排污不正常的现象，是由于正常运行是炉火较小，锅炉没有起压，炉内没有压力，不具备排污条件，所以排不出水来。

（2）出现烧高温停炉的现象，是因为此时换热器的热负荷较小，而炉火较大，锅炉迅速起压使换热器内的蒸汽温度、压力也迅速增加，换热速度加快，使管程内被加热介质的温度急速达到加热的设定保护值，而出现保护性停炉的现象。

（3）针对在锅炉运行中，易出现锅炉缺水和满水事故的现象，经仔细分析观察缺水事故是出现在锅炉低负荷小火燃烧向大伙转换过程中，炉内蒸汽压力由低到高，而锅炉内的水位也会出现有高到低的变化，因此锅炉容易出现缺水的事故。而满水事故则恰恰相反，是出现在锅炉大负荷燃烧向小负荷燃烧的转化过程中，换热器内的蒸汽压力和浓度都有所下降，蒸汽冷却成水回落到锅炉内导成水位上涨，出现满水事故。

解决措施：制定合理的操作规程，强化操作规程落实，加强青工培训，提高轻工的技能。

通过以上措施，取得较好的效果，做到了正常生产。

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