热媒炉油改气前后运行状况对比分析

陈宁婷

(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海金山 201500)

热媒炉油改气前后运行状况对比分析

陈宁婷

(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海金山 201500)

热媒炉是聚酯、长丝、短丝三套装置的主要供热设备，是聚酯装置的关键设备。由于运行时间较长、设备老化，热媒炉在实际运行中出现许多故障。这些故障严重影响了热媒炉的平稳运行。为了解决这些问题，对热媒炉进行了油改气改造。油改气后，热媒炉的抗风险能力得到很大的提高，效率也由之前的89%提高到了90.5%以上。油改气改造解决了影响热媒炉平稳运行的隐患，为三套装置的平稳运行打下了坚实的基础。

热媒炉;油改气;分析

0 前言

热媒炉是聚酯、长丝、短丝三套装置的主要供热设备，它们的运行状况对三套装置的平稳运行起到关键的作用。由于运行时间较长，设备老化，热媒炉在运行中故障较多，严重影响了装置的平稳运行。为了解决这些问题，笔者原工作单们中石化洛阳分公司利用2011年设备大检修的机会，对热媒炉进行了油改气改造。2012年5月，天然气引入热媒站，热媒炉投用天然气一次点炉成功。

1 热媒炉的介绍

聚酯装置三台热媒炉1811-H01A/B/C是由瑞士Bertrams公司制造，热负荷为13.9 MW，烧重油时热效率为90%，燃烧器为上点火式圆筒结构加热炉，炉体型号1054BNFV。燃烧器采用燃料油雾化燃烧，炉内、外两层盘管形成辐射段和对流段，将炉管内流动的液相热媒加热到所需的工艺温度，进入闪蒸罐闪蒸成气相热媒后送至各个用户。经换热后的气相热媒重新冷凝成液相，根据凝液温度的不同分别进入高、低温凝液槽，再经循环泵输送至炉区进行循环加热。热媒炉的工艺流程如图1所示。

2 油气改造前情况

热媒炉在油改气前，故障较多。以下是油改气前热媒炉运行中存在的主要问题:

图1 热媒炉流程图

2.1 抗风险能力差

在正常运行时，三台热媒炉平均分配负荷，如其中一台出现故障或需要停炉维修时，其余二台提高负荷满足生产需求。由于所使用燃料油中杂质含量较高，炉管和预热器积灰严重，换热效率差，造成炉膛出口烟气温度升高。在正常运行时，炉膛出口烟气温度应在380℃以下，由于积灰严重现已达到400℃(联锁停炉温度438℃)，为了保证设备安全运行和生产平稳，热媒炉只能在低负荷运行(设计最高负荷的28%～35%)。当停下一台炉后，提高其余两台炉负荷时，炉膛出口烟气温度会升至430℃左右，稍有波动就会联锁停炉。原设计无法实现三台炉两用一备，无法实现。这种情况造成三台炉子只能在低负荷下运行，无法停炉检修。随着运行时间的增加，三台热媒炉炉膛出口烟气温度还在逐渐上升。这些情况，已影响了热媒炉的正常运行，成为聚酯车间平稳生产的巨大隐患。

2.2 热效率低

三台热媒炉的热效率仅86%～89%，最差时侯1811-H01B热效率甚至会降至84%。经过认真分析和总结后，分析热媒炉效率低的原因有三:①使用燃料油作为燃料，造成炉管表面积灰严重，为了保证将热媒加热到闪蒸的温度，需要加大燃料油的使用量。②长时间烧油造成换热器的换热面积灰严重，进炉空气交换不到应有的热量，增加了燃料油的消耗量，同时造成排烟温度高。③由于燃料油黏度高、杂质含量大、雾化效果不好，热媒炉的燃烧状况稍有变化，烟囱就会冒黑烟。为了减少冒黑烟，操作人员只能提高助燃风风量。热媒炉1811-H01A/C炉的氧含量不得不控制在5%～9%，造成了热媒炉效率大幅下降。

针对炉管和换热器积灰，在不停炉的情况下，曾多次对热媒炉进行了在线吹灰，反复改变供风量，利用风量的变化将炉管和换热器上的积灰吹掉带走。在线吹灰吹去的是浮灰，效果不明显。

2.3 点炉成功率低

根据Bertrams公司设计，热媒炉采用微正压操作，燃烧器和炉体处于全封闭状态，点炉由PLC程序全自动控制。点炉能否成功主要受点火时的空燃比和燃料油雾化效果的影响。点火位的空燃比是根据经验预先设定的。由于受燃料油性质、温度、雾化介质(蒸汽或压缩风)的压力、温度、含水量及油枪喷嘴磨损程度等多方因素的影响，点炉时燃料油的雾化效果很不稳定，严重影响点炉的成功率。特别是在冬季点炉时，由于气温对油温和黏度的影响较大，经常造成不能一次点炉成功(一般均需多次点炉)，按照程序点炉一次需要10 min左右，如果一次不能成功，长时间停炉将对主装置平稳生产造成影响。

2.4 热媒炉PLC控制的状况

热媒炉的风量和油量配比的控制是根据热媒炉总管的压力来控制调节的。手动可调节的参数为热媒炉的负荷，而典型负荷下的各参数(包括风门开度、燃油阀开度、变频频率等)都是开工时调试好的(在平时操作中该调节画面被屏蔽掉了，为不可调节画面)。但是随着炉子运行时间的增加，重油系统的压力变化和燃油阀不畅通的情况时有发生，操作人员只有通过改变风机的输出对风量进行调节。由于热媒炉原设计没有风量计及氧含量在线分析仪表，操作人员只能根据经验和炉子是否冒黑烟，对炉子进行调节。这种调节方式很不精确，容易引起风量不足或风量过剩等问题。

3 改造方案

为了保持聚酯装置和长、短丝装置的生产平稳运行，减少非计划停工，提高热媒炉效率，减少聚酯装置的能耗。经研究决定对热媒炉进行油改气改造。针对以上问题，我们制订了油改气改造方案:①对燃烧器进行重新设计，将只能烧油的燃烧器改为燃油、燃气燃烧器。②燃油系统利旧。利旧部分从供油管道直到油烧嘴处，这样保证油系统的工作特性不变。③增加燃气调节阀组，保证燃气在使用过程中稳定和安全。④控制柜更新。新的控制柜完成对原燃油系统和新燃气系统的控制。⑤对PLC控制系统进行了重新设计。控制程序可满足双燃料(天然气或燃料油)使用，燃油部分按老系统设计，燃气部分燃气流量和风量既可单回路调节，也可进行串级比例双交叉限制调节。烟气残氧信号引入燃烧控制系统，有效地控制热媒炉实施“低氧燃烧”。

4 改造后的情况

分公司利用2011年检修的机会对热媒炉进行了油改气的改造。2012年5月，天然气被引入热媒站，热媒炉投用天然气，一次点炉成功。以前热媒炉运行中的大部分问题得到了很好的解决。

4.1 抗风险能力大大增强

天然气进燃烧器前的压力较低，只有20 kPa左右。燃烧器的8支燃气喷枪均布在喉部组件与稳焰器间的直流风通道内。这些设计特点使天然气在炉膛内燃烧时，火焰长度短，火焰体积大，燃烧在短距离内完成。燃烧产生的高温烟气在对流室和辐射室停留的时间相对烧油时长。新燃烧器的设计特点使炉管换热效果大幅提高。三台热媒炉的炉膛出口烟气温度从改造前的400℃降到了350℃左右，降低了50℃，实现了热媒炉的两用一备，为热媒炉逐台检修创造了条件，热媒炉的抗风险能力得到了大幅提高。

4.2 热媒炉效率有显著提高

燃料改用天然气后，热媒炉的效率由之前的86%～89%，提高到了89.5% ～90.5%。尤其在2012年的5-9月分别对三台炉子的炉管、换热器进行全面清灰后，三台炉子的效率更是达到了90.5%～91.5%。热媒炉效率的提高主要有下面四方面原因:①天然气的火焰较烧油时的火焰短，且体积大，这造成了高温烟气在对流室和辐射室停留的相对时间长，炉管换热效果提高。②天然气是清洁能源，在燃烧过程中不会产生积灰，引起炉管和换热器换热效果变差。③由于烟气换热器和炉管的换热效果提高，造成了排烟温度的大幅降低。④由于天然气是清洁能源，压力稳定，不存在雾化黑烟问题，所以氧含量可以控制较低。经过研究改造，氧含量最低控制到了2.5%。

4.3 提高点炉成功率

天然气投用后，由燃料油雾化问题造成的点炉难已解决。天然气供应稳定且易引燃，所以只要设定合适的空燃比，炉子就很容易点火成功。

油改气改造后，影响热媒炉点炉的成功问题得到了解决，随即也产生了新的问题。由于是依托原有热媒炉炉体进行的改造，新燃烧器上的火焰检测器位置稍有偏差。在点小火的过程中火检经常检测不到小火(实际小火正常燃烧)，造成点炉时出现失败。火焰检测器检测不到小火成了影响热媒炉点炉成功率的主要原因。为了解决这个新出现的问题，经过与设计厂家协商，厂家在小火的燃气喷嘴附近设计加装了电离火检。只要小火有火焰，电离火检就能立刻检测到小火。经过这些改造，热媒炉点炉难的问题基本得到了解决。

4.4 热媒炉PLC控制的改造

改造过程中，对PLC控制系统进行了重新设计。控制程序可满足双燃料(天然气或燃料油)使用，燃油部分按老系统设计。供风管路在检修中增加了空气流量计，烟气出口处增上了氧含量分析仪，做到了风量的精确控制，同时将烟气残氧信号引入燃烧控制系统，有效地控制热媒炉实施“低氧燃烧”。燃气部分燃气流量和风量即可单回路调节，也可进行串级比例双交叉限制调节。

4.5 有效降低了装置能耗

4.5.1 有效节约了燃料

在相同负荷下，改造前每月使用燃料油平均为920 t标油/月，投用后使用燃料气折标油后平均为840 t标油/月，平均减少使用燃料80 t标油/月左右，每吨PET装置能耗降低2 kg标油。

4.5.2 有效节约了蒸汽和雾化风

改造投用前加热燃料油消耗1.0 MPa蒸汽大约0.5 t/h，冬天给燃料油系统伴热消耗1.0 MPa，蒸汽大约0.5 t/h，雾化燃料油大约用工业风300 Nm3/h (这个数值不清楚，是大概估计的)，改造投用后节约了这部分蒸汽和风，折合每吨PET装置能耗实际降低2 kg标油/t左右。

4.5.3 有效节约了电能

改造投用后停用了燃料油供给泵、燃料油增压泵和燃料油输送泵。实现热媒炉两用一备后停掉了一台风机和一台热媒循环泵，大约节电260 kW/h，折合每吨PET装置能耗实际降低2.3 kg标油/t左右。

4.6 避免了燃料油系统的堵塞和设备故障，实现了炉子的环保高效

由于燃料油的性质，原有的燃油系统经常出现堵塞和设备故障。维修中燃料油的处理一直是一个难题。天然气投用后，燃料油系统停用。燃料油泵停用，减少了设备维护及备件费用。改造前热媒炉烟囱冒烟严重且炉灰较多，对装置周围造成一定环境污染，改造后热媒炉烟囱不再冒烟，实现了炉子的环保高效运行。

5 结语

2012年5月，油改气改造投用后，热媒炉的抗风险能力得到了很大的提升，实现了热媒炉的“两用一备”。天然气投用后，解决了由于燃料油引起的炉管和换热器积灰问题。新燃烧器热和新PLC系统的投用，使热媒炉的燃烧状况得到了精确控制。热媒炉的效率也随之得到了大幅的提高。现在三台热媒炉的效率都在90.5%以上。热媒炉的油改气改造解决了长期困扰热媒炉平稳运行的隐患，为三套装置的平稳运行打下了坚实的基础。

TQ050.7

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1003-3467(2014)05-0042-03

2014-03-02

陈宁婷(1971-)，女，工程师，从事设备管理工作，电话:(021)57941941。