集气站水套加热炉燃烧系统改造及效果分析

侯亚龙 ，张成虎 ，史福军 ，薛永强 ，颜 龙 ，李 军 ，赵文军

（1.中国石油大学（北京），北京 102249；2.中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

集气站水套加热炉燃烧系统改造及效果分析

侯亚龙1，2，张成虎2，史福军2，薛永强2，颜 龙2，李 军2，赵文军2

（1.中国石油大学（北京），北京 102249；2.中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

榆林气田集气站安装的天然气加热炉为630 kW的八井式和400 kW的四井式天然气负压加热炉，该加热炉为快装水套式加热炉，可同时加热8口井或4口井的气体盘管，产量可达50万方／天。它在常压下运行，以天然气为燃料，配备先进的负压型火嘴、进口的温度控制器及控制气阀，可实现温度自动调节和母火熄灭保护功能。系统坚固耐用，可在无电条件下正常运行，热效率达84%。加热炉在生产运行过程中由于使用燃烧功率低、水蒸汽无法排出而造成加热炉炉膛结碳结垢严重，水蒸汽冷凝结冰严重的现象，对此进行加热炉燃烧器的改造，排除了故障，提高了加热炉的使用效率。

负压加热炉燃烧功率水蒸气 冷凝水

榆林气田用的加热炉是为HJ630-Q/25-Q型八井负压天然气加热炉。其工作过程是:将自用气燃烧产生热能，通过加热壳程的水浴传递给换热盘管，加热盘管中流动天然气的过程。壳程设计压力为常压，是将天然气加热盘管置于水浴中，利用温度高的水浴，将盘管内的天然气直接加热。该类型加热炉的水浴温度可以在50～100℃范围内变化，特点是加热负荷弹性大。目前在长庆、四川气田得到广泛使用，在大庆的部分气田区块也得到应用

1 加热炉在运行中出现的问题

气田加热炉在运行过程中由于燃烧功率低、水蒸汽无法排出而造成加热炉炉膛结垢严重，水蒸汽冷凝结冰严重等问题。

1.1 燃烧器回火，燃烧不充分造成炉膛结碳严重

由于1#加热炉设计进入天然气管线为8井式，实际进入榆1、榆2、榆3井三口气井分别最大产气量为18×104m3/d、5×104m3/d、1×104m3/d，造成加热炉实际运行处理气量为额定流量的50%，加热温度为设计工作温度的25%，加热炉在低功率下运行。

根据加热炉的燃烧功率及计算参数得知，加热炉其设计要求能完全满足其生产需要，但实际运行功率低、燃烧不充分，在调节加热炉的一、二级风门后故障依然存在的情况下，出现加热炉炉膛结碳严重、堵塞烟道造成加热炉燃烧功率降低的现象。

分析其产生的原因由于燃烧调整不合理，一次风压过低，风速过低，主火压力低，着火早，二次风速过大，四角风量分配不均匀，四角燃烧器进气量不均匀等原因，若锅炉运行中配风不合理或风量不足，氧量低，会使炉内产生还原性气氛造成局部炉温高，达到灰熔点，导致锅炉结焦。

气田生产工艺属于低温分离工艺，在生产过程中需要控制天然气加热炉的出口温度，所以在控制加热炉的水域温度时要控制加热炉主火压力，由于加热炉燃烧器设计功率与实际运行烧功率不相符，一次风与二次进风进气量过低，而且一、二次风在运行中可调节的开度很小，而燃烧器的燃烧火嘴深度过长，进风量不足这就使得燃烧器区域壁面热负荷增高，天然气在燃烧过程中燃烧不完全在燃烧低熔点烟气的时候就很容易结焦

1.2 加热炉烟囱因排风不足导致水蒸气冷凝严重

由于HJ630-Q/25-Q八井负压天然气加热炉在设计上没有在烟囱安装风门挡板。由于燃烧器本身存在问题，加热炉在低负荷下运行，一、二级风门调节较小，进风量小，由于烟囱上没有设计风门挡板，无法调节流通面积，这造成排气过程中烟囱抽风力不足，大部分水蒸气冷凝，冷凝水与炉内结焦形成结垢，甚至堵塞火嘴及烟道。

由于大量的冷凝水的存在就会造成加热炉内壁的腐蚀,并且冷凝水和炉膛内的灰垢混合又加大了清理的难度。

因此，建议改造燃烧器，满足低功率下的燃烧，解决燃烧器回火，燃烧不充分造成炉膛结碳的问题，同时对加热炉烟囱进行填加风门挡板，这样减少了水蒸气流通的的面积，加大了烟囱的的抽风力，避免由于烟囱的抽风不足，造成大量水蒸气冷凝的问题。

表1 NW100型燃烧器技术参数表

2 加热炉燃烧器的改造

2.1 NW100型燃烧器燃烧得性能特点及技术参数

针对榆1集气站1#加热炉存在的问题，2011年在加热炉上更换了由唐山金沙工贸有限公司生产的NW100型的燃烧器，其主要的性能特点及技术参数如下:

（1）能使20 t/h(14 mw)以下的负压锅炉、加热炉燃烧器无鼓风高效燃烧。

（2）能在设计出力10%～150%范围内稳定高效燃烧，满足极限工况需要。

（3）可配置调节系统，实现自动控制。

2.2 NW100型燃烧器结构及原理

NW100型燃烧器由内混燃烧器和外混燃烧器组成，内混燃烧器由内混喷气装置、内混引射器和内混风门组成；外混燃烧器由旋转喷气装置和调节风门组成。多头内混燃烧器安装在外混燃烧器中间，内混引射燃烧器自成引射力，可抵消外混燃烧形成的通风阻力，并提高火焰中心温度，外混燃烧器一方面补充燃烧，稳定火焰，另一方面可通过自身旋转，促进燃烧完全，同时又可在关闭内混燃烧时满足微负荷要求。

2.3 NW型燃烧器使用方法及操作要点

2.3.1 点火 按照操作规程要求，排尽炉膛内可燃气体，检查各安全附件。开动点火开关，先点燃点火烧嘴，慢慢打开外混阀门，再慢慢打开内混阀。如手动点火可把火把直接放到燃烧器前，按以上步骤完成点火过程；无点火烧嘴可直接点燃内混或外混。

2.3.2 调整 除总气阀1外，阀2、阀3分别控制内混和外混燃烧，可根据不同需要调整阀2、阀3开度。当负荷低于设计出力20%时，可观察内混引射管是否有回火现象，如出现回火可适当关外混阀2，开大内混阀3，使其正常燃烧；当负荷低于设计出力50%时，如关死外混阀2仍出现内混回火，则可关死内混，只开外混，可满足微负荷要求。

3 加热炉燃烧系统改造效果分析

3.1 加热炉燃烧器改造效果

2011年安装NW100燃烧器后，通过半年多运行，取得了明显的效果。改造燃烧器前，在小功率运行中炉内回火严重，燃烧不充分，燃烧器区域壁面热负荷高，热效率利用率低，炉内严重结碳，甚至堵塞火嘴及烟道，加热炉点火困难且频繁熄灭。

改造燃烧器后，在小功率燃烧的过程中，通过调节内混燃烧的压力，提高燃烧器中心火焰的引射力，而外混燃烧又对燃烧不完全情况进行补充，避免了回火现象，提高了小功率燃烧的效率。半年多的现场应用表明，解决了燃烧不充分，回火，加热炉结焦积碳问题。

3.2 加热炉烟囱改造效果分析

改造前：由于加热炉烟囱在设计上没有风门挡板，并且燃烧器本身存在着问题导致烟道堵塞，造成烟气排放过程抽风力不足，冷凝水严重。

改造后：改造后增加了风门挡板，通过风门挡板调节烟道流通面积，提高了加热炉烟囱的排风力，减少水蒸汽的冷凝量。

4 结论与建议

（1）通过对加热炉燃烧系统的改造，取得了较好的效果，基本解决了加热炉在小功率运行中的燃烧不充分、回火、结碳、炉内冷凝结水等问题，解决了加热炉频繁熄灭问题。

（2）使用的新型NW100燃烧器可调节范围大，能在设计出力10%～150%范围调节，高效燃烧，满足了气田小负荷燃烧的需求。

（3）新型NW100燃烧器实现电子自动点火，现场运行点火成功率100%。

（4）通过燃烧器的改造基本解决了加热炉回火，燃烧不充分结碳等问题，建议下步对烟囱改造，增设烟囱挡板，提高烟囱排气抽力，彻底解决冷凝水的问题。

[1] 王福强.加热炉燃烧不佳的原因及分析[M] .北京：工业出版社，2009.

[2] 宋彬.气田天然气加热炉类型选择[J] .油气田地面工程，2007.

TE985

A

1673-5285（2012）07-0085-04

2012－05-22

侯亚龙，男（1981-），2005年毕业于西安石油大学石油工程专业，现为中国石油大学（北京）油气田开发工程专业在读工程硕士，主要从事气田开发管理及技术研究工作，邮箱：houyl1_cq@petrochina.com.cn。