松辽盆地北部莺山凹陷火石岭组火山机构的地震识别与分析

    吴昊 张智超 任航 崔晓韵

    

    

    

    摘 ?????要：随着环保问题日益突出，节省能源、提高能源利用效率成为整个社会的共识。在炼油装置中，加热炉能耗占比最高，因此对加热炉能效优化直接关系到整体能耗的效率，同时也于最终产品质量有着直接联系。以烟气温度、空气的过剩因子、不完全燃烧情况以及炉壁热量损耗等与能耗关系密切的因素作为突破口，从设计、操作、管理等方面提出提高加热炉热效率的改进措施。

    关 ?键 ?词：炼油装置;加热炉;节能;热效率

    中图分类号：TQ021.8 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）04-0787-04

    Abstract： Aiming at the increasingly prominent environmental protection problem in recent years， saving energy and improving efficiency have become the consensus of the whole society. In refining unit， the furnace is a large energy consumer， so the optimization of the energy efficiency of furnace is directly related to the overall energy efficiency，and also directly related to the final product. In this paper，some suggestions were put forward to improve the heating efficiency of furnace in the aspects of design， operation and management based on the key affecting factors for energy efficiency of heating furnace，such as flue temperature， the excess air coefficient， the incomplete combustion and the heat loss of furnace wall.

    Key words： Refining unit; Heating furnace; Energy saving; Thermal efficiency

    加熱炉作为在石油炼化和工业化学品生产行业的加工装置的主要能耗设备，它消耗的燃料在整套运行装置中的能源消耗比重比较大，平均占到 39%，加热炉在装置运行时能量利用率的高低影响着炼化生产单位的生产状态和盈利状况。但与此同时，也不能盲目单一追求过高的热效率，使得一次投资过高或产生尾部换热面低温露点腐蚀与黏灰堵塞的情况，影响整个装置的长周期安全生产。其中加热炉里燃料消耗量在整体的能耗消耗中的占比情况为：焦化装置的占比在90%上下，常减压蒸馏装置介于82%到92%之间，连续重整装备的占比在82%左右，柴油加氢设备占比在29%左右[1]。所以，将加热炉在运行过程中的能量利用率在一定范围内合理提高，以此手段来降低加热炉燃料消耗量，对于响应习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的口号、落实各地方政府“节能减排”政策、优化炼油化工企业生产商的经济效益和改善地方环境水平，都有着非常积极的作用。

    1 ?提高加热炉热效率的意义

    加热炉的燃料消耗在炼油装置能耗中占比最高，其中比较低的介于20%到30%之间，高的介于80%到90%之间，详情见表1。由此可见对加热炉热效率的提升，可以通过降低燃料消耗的角度出发，能够有效的减少装置以及全厂的能量消耗都有着关键作用。

    提高加热炉的热效率就意味着节省燃料，这是大家所熟知的，但是，大家不太熟悉的是，可以通过公式ΔB=（B原-B新）/B原×100%进行求解，获取燃料节省比率大小，并且该比率的提升能够有效的提升热效率，同时原热效率的数值越小，对应的差值也就越高，见图1。例如原热效率仅50%的加热炉，如将其热效率提高10%，那么可以降低15.6%的燃料消耗，但是初始热效率79%的加热炉，对应的热效率增加10%，对应的燃料损耗只能够减少11%。

    2 提高加热炉热效率的途径

    2.1 分析炼油装置特性，以此采取有效举措

    效率的提升最主要的作用就是节能，而相比较工业炉，炼油设备中的加热炉能够采用的节能方式更加多样，所以工艺介质经由加热炉加热相关工艺处理后，还需要经历包括蒸馏等一系列工艺过程，最后还得经过冷却处理到设定温度后才可以运出设备。而常温原料与加热后的产品之间是存在着复杂的热传递过程。通常一套装置中有多套加热炉以及各种不同类别的设备，这些设备之间通过对热能力的利用与互补。因此对其能耗的优化分析需要综合考虑并采取综合节能措施。

    炼油装置最为明显的特征在于，其加热炉内部的热负荷是伴随换热过程的变化而变化。对换热流程的优化能够有效减少系统的热负荷，从而降低对燃料的需求。比如在20世纪70年代之前，原油在送入到炉内之前的温度通常在215 ℃上下，而一台处理能力在250万t/a的常减压装置配备的常压炉功率为47.9 MW，经过改良优化入炉温度已经可以达到300 ℃，而处理能力为1 000万t/a的常减压装置的功率仅需其12.6 MW。在当时最开始的改造手段是从换热流程入手，原油温度的提升70 ℃，常压炉热负荷所承载的负荷缩减二分之一，可见效果明显。后期开发处理800万t/a的常减压装置中的常压炉，通过对换热流程的优化处理，把入口温度设定为290 ℃，出口设定为355 ℃，对应的热负荷只有58.1 MW;同时增设空气预热器，助燃空气从常温预热至272 ℃，燃料的消耗量只有5.314 t/h，如果不做上述改进，燃料消耗高达9.641 t/h，按照燃料的单价为1 040元/t，燃油费可以节省3 600万元/a，所以对换热过程的优化能够提升经济效益同时节约能耗。

    2.2 ?加热炉及相关设备预热回收

    配备加氢装置的反应炉因其结构复杂，炉管材质需要采用专用材质，在价格上比较昂贵，并且需要具备减小压降的效果，所以加热所需的炉型采取纯辐射单排管双面辐射型，反应后的尾气温度通常能够达到700 ℃至800 ℃。在这套装置里面通常还会配备重沸炉或者是分馏路，介质在进入炉内之前温度通常都不会很高，一般采用对流-辐射混合的炉型。余热回收方式常采用联合回收，有两种方式，分别是：（1）进入分馏炉中的介质在通过了反应炉对流室过后在通过分馏炉的对流室;（2）把反应炉产生的高温烟气引导至分馏炉对流室的入口，充分利用废弃的余热来加热介质，达到降低燃料消耗的效果，实现节约能耗。

    其它装置当有类似情况时也可采用同样方案。如在针对重整炉的扩建过程中，在原有炉子入口建立一个重整炉对流室，一般可以把进入预处理部分的炉中介质先送入到重整炉的对流室内，再送回到对应的炉中，这样既可以实现对能耗充分的利用，也实现了对加热炉的升级改造，增加热负荷的要求。

    如果是小炉群，常见的比如重整装置里面预处理设备中管式炉，通常而言一个炉子热负荷不高，如果针对一个炉子采用热回收方案明显不合适，最佳方式是将所有炉体作为一个整体采用余热回收系统，这种方式是重整装置新建中最常用的一种方式。根据国外的资料调研发现，有厂家将所有炉体产生的烟气的余热进行統一回收处理，再利用高烟囱进行排放的操作。

    炼油装置加工得到的成品部分是需要通过空冷冷凝获取。可以采取一定的措施将空冷产生的热空气收集然后为炉区燃烧所用空气进行预热，从而达到回收部分热能的目的，减少设备的整体能耗。后期的新建炼油装置都会针对这点进行改进，来实现降低能耗。最常见的手段是通过热油式空气预热器来取代空冷器，其中原有冷却油可以回收利用送入新设备，在进行冷却处理以后升温后的冷却油取出预热空气，如果冷却油温度没有达到预热空气所需温度，可以将其热油式空气预热器代替暖风器。通常对空气的余热都是从常温加热到设定的温度后，接着送到烟气余热回收装置里，不仅实现余热的回收，还有效提升预热空气，降低过低空气温度对余热回收装置中低温露点容易被腐蚀情况，这种举措在温度较低的北方地区有比较显著的作用[2]。

    2.3 ?降低过剩空气系数和排烟损失

    炉区热量的产生都是通过燃料燃烧为系统提供。在实际燃烧的过程中不可能准确提供燃料燃烧所需的精确空气量，通常通入超过需求的空气（理论空气）来保证为燃料燃烧提供足量的空气，而过量的空气和理论空气的比值就是过剩空气系数α。根据所需的燃料的差异，过剩空气系数的取值也是有所差异。通常而言，为了保证炼油加热炉中燃气充分燃烧，对应的过剩空气系数α的取值一般介于1.05到1.15之间，如果燃料为燃油的时候，该系数的取值一般介于1.15到1.25之间。不过在实际的设定过程中，该系数过高势必导致过多的空气带走余热造成热量的损失，在一定程度上降低热效率，这是因为烟气中过多的空气带走的热量都属于浪费的热能，带走越多，热效率降低越大，进过实验研究得到图2中的对比信息，通过图分析可以知道每提高0.1的空气过剩系数，对应热效率的降低情况。所有合理的过剩空气系数在一定程度上能够提升热效率[3]。

    针对过剩空气系数的调整手段比较多，常见的方式是采取性能优异的燃烧器，能够实现在比较小的过剩空气系数的前提下实现燃料的充分燃烧。还有就是对风门、气门、烟囱挡板以及油门的合理管控，能够有效的确保让过剩空气量不至于过高的同时满足燃烧所需。最后还可以通过对炉体存在漏洞地方进行处理，避免那些无法完全密封的地方泄露炉区中的高温气体带走热量[4]。

    3 ?提高加热炉热效率的操作与措施

    目前节能措施中最常见的一种技术手段就是空气预热系统的应用。通过这套预热系统不仅能够充分的利用烟气中的余热，让燃烧所需的空气的温度达到设定的温度，降低对空气预热燃料的需求的同时，降低了烟气排放时的温度，在很大程度上提升了设备的效率。不过如果对这套系统的使用与管理不够全面，有时候无法达到最佳的节能效果，因此需要一套健全、完善的方案来实现对该套系统的管控，保证空气余热回收系统能够在较佳工作状态下运行，保证极大程度上提升炉体的热效率。针对空气预热系统的管控最佳的手段就是结合现有的技术手段对其使用过程进行监控，一旦出现了问题后就能够及时被发现并针对严重程度进行科学的评估，并采取与之对应的处理方案，来对问题进行处理与排查，确保炉体的余热回收系统始终保持高效稳定的运行状态[5]。

    目前采用的对加热炉和空气预热系统的监控方案主要有下述几种类型：

    a）燃料有害组份监测

    这项检测主要是对燃料中所含S以及H2S含量的监测。

    在通过检测系统检测的过程中，发现燃料中含有S或者是H2S的含量超过了设定的值的时候，极有可能是脱硫装置出现了问题，此时需要对脱硫装置进行检修甚至更换，同时需要采用加大冷空气旁通量等手段来增大空预热器末端换热面温度的方法对脱硫装置进行保护。

    b）对炉区内关键部位烟气组份监测

    这项检测的主要是对O2以及CO的监测。一般情况下针对不同燃料，燃烧室出口中烟气含氧量比重不同，如燃料为可燃油的时候比重为百分之三到四，如果是燃气的时候则是百分之二到三。如果检测发现含量超过设定范围，那么就需要对供风量进行调节。如果检测发现对流室中的含氧量比辐射室还高，那么表明对流室中存在一定的泄露情况，这就需要排查泄漏点进行修缮。如果检查的发现预热器出口含氧量超过入口，则表明装置存在漏风故障，这种问题相比较而言是非常严重的[6]。

    通常情况下出口检测到CO含量，燃气为燃料不会超过一立方米40 mL，燃油作为燃料不会超过1 m3 80 mL，超过设定值说明燃烧不充分，就需要对燃烧器的参数进行调整。

    c）炉区内关键部位烟气温度监测

    温度的变化直接关系到能量的消耗与损耗，对整体能耗影响比较大。

    一般情况下，检测到燃烧室出口烟气温度明显超过了设定情况，通常是由于辐射管内侧出现污垢以及积碳，外侧出现了盐的集结所导致。如果是对流室出口温度超过了设定情况一般是因为室内存在积灰，这些问题都不能够忽视。

    d）炉区内关键部位烟气压力监测

    炉区内部各个关键部位烟气压力情况也是炉区工作状态的一个关键衡量指标。

    通常情况下辐射室出口通常情况下大小在30 Pa到55 Pa之间，超过该范围，一般是由于对流室出现了比较严重的积灰问题，此时需要对系统进行调整以及检修，问题依旧无法解决的情况下，就需要查看是否是因为引风机或者是烟囱挡板的问题，需要对问题尽早排查与处理，避免问题的进一步加深[7，8]。

    4 ?结 论

    受国内外能源供需形势的影响，能源供应紧张，降低能耗提高能源利用率已成为石化行业当务之急。炼油化工装置中加热炉是该行业的主要耗能设备之一，如何设计好加热炉以提高加热炉的热效率，进而提高能源利用率，优化炼油化工企业生产商的经济效益和能效水平都有着十分深远的意义。

    参考文献：

    [1]李文辉.炼油装置加热炉节能途径与制约因素[J]. 中外能源，2009，14（10）： 85-91.

    [2]郑平，马贵阳.冻土区埋地输油管道温度场数值模拟的研究[J].油气储运，2006，25（8）：25-28.

    [3]李文辉 ， 历亚宁 ， 赵建国 . 空气预热 器的运行管 理 [J].石油化工设备技术，2009，30（3）： 5-9.

    [4]刘鸿翔.常减压加热炉余热回收系统改造[J].科技传播，2010，2（21）： 17-18.

    [5]陈力，杨瑞，陈威.炼厂加热炉空气预热器的选型思考[J].内蒙古石油化工，2010，30（10）： 101-102.

    [6]黄双， 康强利 ， 刘新轩 ，等.板式空气预热器在芳烃加热炉的应用 [J]. 石油化工设备 ，2005，34（2）： 57-58.

    [7]周建新， 宋秉棠，陳韶范，等.板式空气预热器的推广应用[J]. 石油化工设备技术，2007，36（1）： 68-70.

    [8]洪伟鸿.石化加热炉中新型平板式空气预热器技术研究[J]. 当代化工，2018，47（7）： 1411-1415.