CN109269117B - 一种用于确定加热炉运行状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油田加热设备热效率技术领域，特别涉及一种加热炉热效率动态运行计算方法。该步骤包括确定加热炉温升与效率关系；确定加热炉排烟温度与效率关系；确定加热炉负荷率与效率关系；建立加热炉热效率控制图版。本发明提供的计算方法通过绘制加热炉热效率控制图版，通过现场直接录取的数据，能够直观反映出加热炉的运行状态，对加热炉运行工况进行诊断，指导加热炉的优化运行。

Description

一种用于确定加热炉运行状态的方法
技术领域
本发明涉及油田加热设备热效率技术领域，特别涉及一种用于确定加热炉运行状态的方法。
背景技术
目前，大庆油田掺水、热洗加热炉主要有加热缓冲装置（二合一）、卧式圆筒炉（高效炉）两种，其加热炉热效率测试方法有两种：即正平衡法以及反平衡法。
采用正平衡法测试热效率，需要录取介质流量、天然气流量和进出口温度等参数，由于现场缺少燃气、水量的单独计量，正平衡法不易测量。
而采用反平衡法测试热效率需要使用烟气分析仪，检测排烟处的一氧化碳、二氧化碳、氧的含量和排烟温度，效率计算过程复杂。由于现场缺少单独计量，影响数据准确度。所以，这两种加热炉热效率计算方法在现场常规应用存在不适应性，员工不能快速直观对加热炉运行状态进行判断。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供了一种用于确定加热炉运行状态的方法，以克服现有技术中加热炉热效率计算方法在现场常规应用存在不适应性，导致不能快速直观对加热炉运行状态进行判断等缺陷。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种用于确定加热炉运行状态的方法包括如下步骤：步骤S1、根据公式（1）确定加热炉温升与效率关系；
正平衡法效率计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：
C：入炉介质比热，单位：kJ/kg·℃ ；
D：入炉介质流量，单位：kg/h；
B：燃料量，单位：Nm3/h；
QY Dw：低位发热值，单位：kJ/Nm3
t1 、t2：介质入口温度、出口温度；单位： ℃；
步骤S2、根据公式（2）确定加热炉排烟温度与效率关系；
燃气加热炉反平衡法效率计算公式：
η2=(100-q2-q3-q5)% （2）
式中：
q2：排烟热损失占输入热量的百分数；
q3：化学不完全燃烧损失占输入热量的百分数；
q5：炉壁散热损失占输入热量的百分数；
q5=散热损失（查表值）/加热炉负荷率；
q2=（3.5×αpy+0.5）×(tpy-tlk)×100%
式中：tpy：排烟温度；单位：℃ tlk：环境温度；单位：℃；αpy:空气系数；
步骤S3、确定加热炉负荷率与效率关系；根据加热炉温升、排烟温度以及加热炉负荷率三个因素之间的关系，建立坐标系，同时以温升和排烟温度为边界条件划分控制界限，建立加热炉热效率动态控制图版；
其中，以温升和排烟温度为边界条件划分控制界限具体包括：
步骤S31、确定加热炉热效率图版的界限参数范围，其包括：建立X轴坐标系以及建立Y轴坐标系；
其中，建立X轴坐标系包括：
第一界限，所述第一界限为排烟温度的合理上限值；
第二界限，所述第二界限为烟囱屈服温度界限值；
第三界限，所述第三界限为排烟温度上限值；
其中，建立Y轴坐标系：
第四界限，所述第四界限为合理温升下限值；
第五界限，所述第五界限为合理温升上限值；
第六界限，所述第六界限为超负荷率界限值。
优选地，所述加热炉热效率动态控制图版划分为五个区域，分别为低负荷区、低负荷且高能耗区、合理区、高能耗区以及待核实区；根据五个区域的特点，确定加热炉优化技术方案。
优选地，根据加热炉的型号，选定第一界限为260℃。
优选地，根据加热炉的型号，选定第二界限为350℃。
优选地，根据加热炉的型号，选定第三界限为400℃。
优选地，计算出超负荷率界限（120%）对应的温升，掺水炉为36℃，热洗炉为60℃。
（三）有益效果
本发明提供的用于确定加热炉运行状态的方法，通过绘制加热炉热效率控制图版，通过现场直接录取的数据，能够直观反映出加热炉的运行状态，对加热炉运行工况进行诊断，指导加热炉的优化运行。
附图说明
图1为本发明实施例用于确定加热炉运行状态的方法流程示意图；
图2为本发明实施例加热炉负荷率与效率关系示意图；
图3为本发明实施例1.74MW掺水炉排烟温度与温升关系曲线图；
图4为本发明实施例掺水炉热效率控制图版示意图；
图5为本发明实施例热洗炉热效率控制图版示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图1所示，本发明提供一种用于确定加热炉运行状态的方法的流程图，具体包括步骤：步骤S1、根据公式（1）确定加热炉温升与效率关系；
正平衡法效率计算公式：
Figure 679479DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：
C：入炉介质比热，单位：kJ/kg·℃ ；
D：入炉介质流量，单位：kg/h；
B：燃料量，单位：Nm3/h；
QY Dw：低位发热值，单位：kJ/Nm3
t1 、t2：介质入口温度、出口温度；单位： ℃；
从正平衡法效率公式可以看出，在一定燃气量和介质流量情况下，加热炉进出口温差（温升）越大，表明加热炉介质获得的热量越多，加热炉热效率越高。
步骤S2、根据公式（2）确定加热炉排烟温度与效率关系；
燃气加热炉反平衡法效率计算公式：
η2=(100-q2-q3-q5)% （2）
式中：
q2：排烟热损失占输入热量的百分数；
q3：化学不完全燃烧损失占输入热量的百分数；
q5：炉壁散热损失占输入热量的百分数；
q5=散热损失（查表值）/加热炉负荷率；
q2=（3.5×αpy +0.5）×(tpy-tlk)×100%
式中：tpy：排烟温度；单位：℃ tlk：环境温度；单位：℃; αpy:空气系数；
排烟热损失是加热炉的主要热损失，在一定燃气量和负荷情况下，加热炉排烟温度越高，则排烟热损失越大，表示加热炉损失的热量多，即热效率越低。一般情况下，排烟温度提高 12～15℃，排烟热损失降低一个百分点。
步骤S3、确定加热炉负荷率与效率关系；
参考图2，加热炉低负荷运行时，炉膛内热强度不够，炉膛温度下降，炉效降低。加热炉随着负荷率增加，热效率增加。从图2可以看出随着加热炉负荷率的提高，效率上升，在负荷率达到95%左右时达到最大，随后效率下降。
根据加热炉热量平衡可得出加热炉高效运行的核心是让定量的介质，在定量的供给热量下，达到最大的温升。目前掺水、热洗加热炉的介质主要为转油站沉降后的污水，污水含油量很低。加热炉负荷率越低，散热损失越大，效率越低，负荷率与效率有一定关系。当加热炉供给热量、流量一定的情况下，介质带走的热量越多（温升越高），排烟带走的热量损失越少（排烟温度越低），加热炉热效率越高。
步骤S4、根据加热炉温升、排烟温度以及加热炉负荷率三个因素之间的关系，建立坐标系，同时以温升和排烟温度为边界条件划分控制界限，建立加热炉热效率动态控制图版。
其中，以温升和排烟温度为边界条件划分控制界限具体包括：
掺水炉功率主要以1.74MW和2.5WM为主，热洗炉主要以1.16MW和1.74MW为主。油田掺水炉、热洗炉主要炉型为二合一加热缓冲装置、卧式圆筒炉。
步骤S41、建立X轴坐标系：排烟温度（℃），界限区间（0℃～400℃）
第一界限:选定排烟温度的合理上限
根据加热炉的型号以及行业标准，该二合一加热缓冲装置、卧式圆筒炉设计排烟温度的上限温度为260℃。
第二界限为选定烟囱屈服温度界限，根据加热炉的型号以及行业标准，350℃为二合一加热缓冲装置、卧式圆筒炉的烟囱耐温极限温度。
第三界限为超高排烟温度值，结合现场实测的排烟温度情况，确定为400℃。
步骤S42、建立Y轴坐标系：温升（℃），界限区间（0℃～60℃）
（1）根据额定流量时的设计温升，掺水炉为30℃、热洗炉为50℃。
（2）确定负荷率界限。
为降低转油站天然气消耗，我厂转油站采用降温集输方式运行，掺水炉在3月份、10月份平均出口温度在45℃左右，比设计温度低25℃，因此掺水炉合理下限取值20%（最低负荷），上限取值100%。超负荷界限取值120%。热洗炉负荷率合理下限取值50%，上限取值100%。超负荷界限取值120%。
加热炉散热损失的计算，查表得知1.16-2.5MW加热炉散热损失取2.9。通过计算，加热炉负荷率为20%时，散热损失取14.5。加热炉负荷率为100%时散热损失取2.9。燃气加热炉运行时，要求化学不完全燃烧损失最大为0.1。
加热炉设计排烟温度调查，1.16MW、1.74MW、2.5MW卧式圆筒炉设计排烟温度为260℃，1.16MW、1.74MW、2.5MW火筒炉设计排烟温度为260℃。
选取了14组排烟温度、空气系数数值,见下表1、表2中A、B列。根据反平衡效率公式（见公式2）能够计算得出在特定排烟温度下20%、100%负荷率情况下反平衡效率，见表1、表2中D两列。在理想状态下，误差为零时，加热炉的反平衡效率、正平衡效率应相等，根据正平衡效率公式（见公式1） 能够得加热炉负荷率在20%、100%时加热炉对应的温升（出口温度与进口温度差）,见表1、表2中H列。表1、表2中的A、H列数据为图版建立提供边界参数。
表1 1.74MW掺水炉100%负荷时温升计算表
Figure 821879DEST_PATH_IMAGE002
表2 1.74MW掺水炉20%负荷时温升计算表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
根据表1、表2中的A、H列数据，能够绘制出加热炉在100%和20%负荷率下的排烟温度与温升的散点图，用线相连，可得到1.74MW掺水炉排烟温度与温升关系曲线图，参考图3。通过计算2.50MW掺水炉排烟温度与温升关系曲线与1.74MW掺水炉曲线相近，1.74MW掺水炉曲线可以作为2.5MW掺水炉排烟温度与温升关系曲线。
同理可得出1.74MW热洗炉在负荷率100%和50%情况下排烟温度与温升关系曲线。
第四界限：合理温升下限，掺水负荷率为20%时的排烟温度与温升关系曲线。热洗炉负荷率为50%时的排烟温度与温升关系曲线。
第五界限：合理温升上限，掺水、热洗炉负荷率为100%时的排烟温度与温升关系曲线。
第六界限：超负荷率界限，计算出超负荷率界限（120%）对应的温升，掺水炉为36℃，热洗炉为60℃，见下表。
表3 不同功率加热炉超负荷温升界限
Figure 649807DEST_PATH_IMAGE004
根据第四界限、第五界限、第六界限建立Y轴坐标系。
根据确定的温升界限和排烟温度界限，在坐标系中划分出五个区域：区域一为低负荷区；区域二为低负荷、高能耗区；区域三合理区；区域四为高能耗区；区域五为待核实区。根据加热炉功能，绘制形成一套掺水加热炉以及一套热洗加热炉热效率动态控制图版，具体详见图4和图5。
通过绘制加热炉热效率控制图版，通过现场直接录取的数据，能够直观反映出加热炉的运行状态，对加热炉运行工况进行诊断，指导加热炉的优化运行。本发明实施例中，根据图4和图5，针对加热炉各个区域加热炉的特征，制定加热炉优化如下：
一、当处于低负荷区时，其特点为负荷低，散热损失大；过剩空气系数大，增加排烟热损失；热效率＜80%，所采用的技术对策包括：
（1）优化加热炉运行：具体包括减少掺水加热炉运行数量以及热洗炉采用一炉双洗方法。
（2）调节挡板开度：具体包括开大挡板，负压增大；反之减小；加大送风量，负压减小；反之增大以及调整负压时，防止挡板关的过小。
（3）调节控制合风：具体包括合风开度加大，空气系数增大以及合风开度关小，空气系数变小。
二、当处于高能耗区，其特点为排烟热损失大；加热炉结垢；热效率＜80%，其所采用的技术对策包括：
（1）清淤除垢：具体包括对于二合一加热缓冲装置，采用高压水冲蚀剥离火管、烟管以及炉体内表面沉积物；对于卧式圆筒炉，可选用化学清洗方法。
（2）调节挡板开度：具体包括开大挡板，负压增大；反之减小；
加大送风量，负压减小；反之增大；调整负压时，防止挡板关的过小。
三、当处于低负荷、高能耗区时，其特点为负荷低，散热损失大；排烟热损失大；过剩空气系数大，增加排烟热损失；加热炉结垢；热效率＜80%。
所采用的技术对策包括：
（1）清淤除垢：具体包括：对于二合一加热缓冲装置，采用高压水冲蚀剥离火管、烟管以及炉体内表面沉积物。对于卧式圆筒炉，可选用化学清洗方法。
（2）调节挡板开度：具体包括：开大挡板，负压增大；反之减小；加大送风量，负压减小；反之增大；调整负压时，防止挡板关的过小。
（3）调节控制合风，具体包括：合风开度加大，空气系数增大。合风开度关小，空气系数变小。
四、当处于待核实区时，其特点为：排烟温度超标；加热炉结垢；烟囱达到其耐温极限烟囱易烧损；加热炉出口温度超过设计温度
（1）控制出口温度，优化加热炉排量，具体包括降低加热炉出口温度或减少加热炉水量；
（2）优化加热炉运行，具体包括增加掺水、热洗加热炉运行数量；
（3）扩建加热炉能力，具体包括：老改或产能项目扩建加热炉数量；
（4）核实该加热炉进出温度，检查温度套筒是否有导热油、是否堵塞；
（5）检查排烟温度表是否正常；
（6）核对加热炉流量是否合理。流量采集方法：有流量计以流量计为准；无流量计进行估算，用泵实际电流除电机额定电流得出系数，用系数乘泵额定排量。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种用于确定加热炉运行状态的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、根据公式（1）确定加热炉温升与效率关系；
正平衡法效率计算公式：
Figure 661153DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：
C：入炉介质比热，单位：kJ/kg·℃ ；
D：入炉介质流量，单位：kg/h；
B：燃料量，单位：Nm3/h；
QY Dw：低位发热值，单位：kJ/Nm3
t1 、t2：介质入口温度、出口温度；单位： ℃；
步骤S2、根据公式（2）确定加热炉排烟温度与效率关系；
燃气加热炉反平衡法效率计算公式：
η2=(100-q2-q3-q5)% （2）
式中：
q2：排烟热损失占输入热量的百分数；
q3：化学不完全燃烧损失占输入热量的百分数；
q5：炉壁散热损失占输入热量的百分数；
q5=散热损失（查表值）/加热炉负荷率；
q2=（3.5×αpy +0.5）×(tpy-tlk)×100%
式中：tpy：排烟温度；单位：℃； tlk：环境温度；单位：℃；αpy：空气系数；
步骤S3、确定加热炉负荷率与效率关系；
步骤S4、根据加热炉温升、排烟温度以及加热炉负荷率三个因素之间的关系，建立坐标系，同时以温升和排烟温度为边界条件划分控制界限，建立加热炉热效率控制图版；
其中，以温升和排烟温度为边界条件划分控制界限具体包括：
确定加热炉热效率图版的界限参数范围，其包括：建立X轴坐标系以及建立Y轴坐标系；
其中，建立X轴坐标系包括：
第一界限，所述第一界限为排烟温度的合理上限值；
第二界限，所述第二界限为烟囱屈服温度界限值；
第三界限，所述第三界限为超高排烟温度值；
其中，建立Y轴坐标系：
第四界限，所述第四界限为合理温升下限值；
第五界限，所述第五界限为合理温升上限值；
第六界限，所述第六界限为超负荷率界限值。
2.如权利要求1所述的用于确定加热炉运行状态的方法，其特征在于，所述加热炉热效率动态控制图版划分为五个区域，分别为低负荷区、低负荷且高能耗区、合理区、高能耗区以及待核实区；根据五个区域的特点，确定加热炉优化技术方案。
3.如权利要求1所述的用于确定加热炉运行状态的方法，其特征在于，根据加热炉的型号，选定第一界限为260℃。
4.如权利要求1所述的用于确定加热炉运行状态的方法，其特征在于，根据加热炉的型号，选定第二界限为350℃。
5.如权利要求1所述的用于确定加热炉运行状态的方法，其特征在于，根据加热炉的型号，选定第三界限为400℃。
6.如权利要求1所述的用于确定加热炉运行状态的方法，其特征在于，计算出超负荷率界限（120%）对应的温升，掺水炉为36℃，热洗炉为60℃。
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