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[摘 要]水套加热炉是油气田生产和集输过程中不可缺少的主要设备，担负着油气田产品的升温与集输系统能量供给的任务。同时它也是油气田最大的自耗燃料设备之一，其技术水平、热效率的高低直接影响油气田地面工程建设的技术水平、节能减排与经济效益。
中图分类号：TH163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0383-01
一、影响加热炉热效率提高的主要因素
1.过剩空气系数过大
过剩空气系数的控制主要与加热炉运行的热负荷、燃烧器的性能参数及技术检测手段等有关，过剩空气系数过大，加热炉内烟气含氧量过多，排烟时过量空气将热能带走排入大气，热损失增大，热效率下降。
2.气体未完全燃烧
气体不完全燃烧热损失的大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、所用燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。，有部分加热炉存在缺氧燃烧现象，烟气中存在大量可燃气体，这一现象的存在，不仅造成了较大的气体不完全燃烧热损失，也为加热炉的安全运行、操作人员的安全生产留下了隐患。
3.负荷率低、保温状况使散热损失加大
散热损失与保温情况及散热表面积的大小、形状等有关，同时还与加热炉的额定容量和运行负荷的大小有关，在非额定工况下，散热损失与加热炉的负荷成反比。集输系统热负荷随生产情况，季节变化影响存在较大差别，，加热炉长期处于低负荷状态下运行，尽管排烟温度不是很高，但散热损失较大，运行热效率较低，当负荷率低于50%时，加热炉散热损失就达到设计值得2倍。另部分加热炉保温层老化、脱落现象，增大了加热炉的散热损失。
4.加热炉监控计量仪表缺损严重
加热炉监控仪表不全现象普遍存在。缺少单台加热炉燃料量的计量仪表和烟温监控仪表。由于仪表的缺乏，使加热炉的运行调节缺失了必要的依据，也使加热炉的节能管理缺乏必要的手段。
因此，如何提高加热炉的运行热效率，成为降低油气田集输成本的一个亟待解决的问题。
二、影响加热炉热效率的因素分析
（一）影响加热炉热效率的参数分析
热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标，其高低关系着集输油能耗的高低。加热炉热效率可用如下表达式描述：
η=（1-q1-q2-q3）×100%
式中：η为加热炉热效率；q1为排烟损失占加熱炉总供热的比值，是排烟温度和过剩空气系数的函数；q2为不完全燃烧损失占加热炉总供热的比值；q3为散热损失占加热炉总供热的比值。
1.降低排烟温度以减少排烟热损失
排烟热损失是决定热效率高低的主要方面，其大小取决于排烟温度、过剩空气系数的高低，排烟温度越高，排出烟气的热焓值越高，带走的热量就越多；过剩空气系数越大，说明进入炉内的空气很多，大量的过剩空气随着排烟将热量从烟道排入大气，热损失增大，热效率下降；过剩空气系数过大还使燃烧温度下降，从而减小热辐射强度，增加燃料用量，导致热效率下降。
2.降低过量空气系数以减少排烟损失
由于影响燃料完全燃烧程度的因素很多，其中空气的供给量是否充分，燃料与空气的混合是否良好是很重要的条件。加热炉在实际运行中，燃料不可能在理论空气量下完全燃烧，总要在有一定过剩空气量的条件下才能完全燃烧，对于工业设备或加热炉而言，在正常燃烧情况下的过量空气系数α为1.05～1.20。高原地区加热炉使用海拔高度在3000米左右，空气中含氧量与标准状态相比会有较大的差异。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟损失增加，热效率降低。由于过剩的空气是在排烟温度下排入大气的，所以排烟温度越高，过剩空气带走的热量就越多，对热效率的影响也就越大。
3.降低不完全燃烧热损失
气体不完全燃烧热损失的大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、选用的燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。气体不完全燃烧除造成热损失、降低热效率外，还造成大气污染。减少不完全燃烧损失的措施，首先是选用性能良好的燃烧器，并及时和定期进行维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧；其次是在操作中精心调节，以保证过剩空气量既不太多，也不太少。
4.降低散热损失
散热损失q3是指加熱炉结构范围内的管道及烟风道等，受外界大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量。它与周围大气温度、风速度、炉体结构的保温情况和散热面积的大小及形状、加热炉的额定容量和运行负荷的大小等有关。另外，加热炉在低负荷运行时，散热损失对加热炉热效率的影响很大，根据有关资料，一般加热炉在80%负荷时，q3比额定负荷时增加约25%；在50%负荷时，q3比额定负荷时增加约100%；在20%负荷时，q3比额定负荷时增加约400%。可见在加热炉选择和运行时，应根据负荷情况尽量避免在低负荷状况下运行。对于已经使用多年、保温已有损坏的炉子，及时修补外保温以减少散热损失、提高热效率是很有必要的。
（二）影响排烟温度高的因素分析
1.换热能力差，排烟温度高
加热炉受结构限制，炉膛内烟气换热面积偏小，烟气在炉内的停留时间短，烟气和水套内的水未能充分换热，换热量不足，对流传热效果差，导致排烟温度过高。尤其是占设备总数的70.3%，额定容量D≤0.4MW的加热炉，在设计换热面积不足的情况下，对流受热面又采用传热系数低的光管烟管，导致换热能力差，排烟温度高。
2.水循环不畅，传热效率低
在加热炉的整个传热过程中，中间载热介质与火筒、烟管和对流换热器的传热形式为自然对流换热。贴近火筒和烟管壁面的介质温度较高，形成上升流，对流换热器附近的介质温度相对较低，形成下降流。由于加热炉筒体是一个密闭空间，筒体内上下温差小，致使水循环流场动力不足。
上述这些因素都不利于有效传热流场的形成，使加热和冷却受热面的有效利用降低，造成筒体内传热流场组织紊乱，从而使加热炉效率低、能耗高。因此，中间载热介质传热过程的形成，亦即筒体内流场的有效组织是提高加热炉效率的关键点之一。
中图分类号：TH163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0383-01
一、影响加热炉热效率提高的主要因素
1.过剩空气系数过大
过剩空气系数的控制主要与加热炉运行的热负荷、燃烧器的性能参数及技术检测手段等有关，过剩空气系数过大，加热炉内烟气含氧量过多，排烟时过量空气将热能带走排入大气，热损失增大，热效率下降。
2.气体未完全燃烧
气体不完全燃烧热损失的大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、所用燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。，有部分加热炉存在缺氧燃烧现象，烟气中存在大量可燃气体，这一现象的存在，不仅造成了较大的气体不完全燃烧热损失，也为加热炉的安全运行、操作人员的安全生产留下了隐患。
3.负荷率低、保温状况使散热损失加大
散热损失与保温情况及散热表面积的大小、形状等有关，同时还与加热炉的额定容量和运行负荷的大小有关，在非额定工况下，散热损失与加热炉的负荷成反比。集输系统热负荷随生产情况，季节变化影响存在较大差别，，加热炉长期处于低负荷状态下运行，尽管排烟温度不是很高，但散热损失较大，运行热效率较低，当负荷率低于50%时，加热炉散热损失就达到设计值得2倍。另部分加热炉保温层老化、脱落现象，增大了加热炉的散热损失。
4.加热炉监控计量仪表缺损严重
加热炉监控仪表不全现象普遍存在。缺少单台加热炉燃料量的计量仪表和烟温监控仪表。由于仪表的缺乏，使加热炉的运行调节缺失了必要的依据，也使加热炉的节能管理缺乏必要的手段。
因此，如何提高加热炉的运行热效率，成为降低油气田集输成本的一个亟待解决的问题。
二、影响加热炉热效率的因素分析
（一）影响加热炉热效率的参数分析
热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标，其高低关系着集输油能耗的高低。加热炉热效率可用如下表达式描述：
η=（1-q1-q2-q3）×100%
式中：η为加热炉热效率；q1为排烟损失占加熱炉总供热的比值，是排烟温度和过剩空气系数的函数；q2为不完全燃烧损失占加热炉总供热的比值；q3为散热损失占加热炉总供热的比值。
1.降低排烟温度以减少排烟热损失
排烟热损失是决定热效率高低的主要方面，其大小取决于排烟温度、过剩空气系数的高低，排烟温度越高，排出烟气的热焓值越高，带走的热量就越多；过剩空气系数越大，说明进入炉内的空气很多，大量的过剩空气随着排烟将热量从烟道排入大气，热损失增大，热效率下降；过剩空气系数过大还使燃烧温度下降，从而减小热辐射强度，增加燃料用量，导致热效率下降。
2.降低过量空气系数以减少排烟损失
由于影响燃料完全燃烧程度的因素很多，其中空气的供给量是否充分，燃料与空气的混合是否良好是很重要的条件。加热炉在实际运行中，燃料不可能在理论空气量下完全燃烧，总要在有一定过剩空气量的条件下才能完全燃烧，对于工业设备或加热炉而言，在正常燃烧情况下的过量空气系数α为1.05～1.20。高原地区加热炉使用海拔高度在3000米左右，空气中含氧量与标准状态相比会有较大的差异。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟损失增加，热效率降低。由于过剩的空气是在排烟温度下排入大气的，所以排烟温度越高，过剩空气带走的热量就越多，对热效率的影响也就越大。
3.降低不完全燃烧热损失
气体不完全燃烧热损失的大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、选用的燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。气体不完全燃烧除造成热损失、降低热效率外，还造成大气污染。减少不完全燃烧损失的措施，首先是选用性能良好的燃烧器，并及时和定期进行维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧；其次是在操作中精心调节，以保证过剩空气量既不太多，也不太少。
4.降低散热损失
散热损失q3是指加熱炉结构范围内的管道及烟风道等，受外界大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量。它与周围大气温度、风速度、炉体结构的保温情况和散热面积的大小及形状、加热炉的额定容量和运行负荷的大小等有关。另外，加热炉在低负荷运行时，散热损失对加热炉热效率的影响很大，根据有关资料，一般加热炉在80%负荷时，q3比额定负荷时增加约25%；在50%负荷时，q3比额定负荷时增加约100%；在20%负荷时，q3比额定负荷时增加约400%。可见在加热炉选择和运行时，应根据负荷情况尽量避免在低负荷状况下运行。对于已经使用多年、保温已有损坏的炉子，及时修补外保温以减少散热损失、提高热效率是很有必要的。
（二）影响排烟温度高的因素分析
1.换热能力差，排烟温度高
加热炉受结构限制，炉膛内烟气换热面积偏小，烟气在炉内的停留时间短，烟气和水套内的水未能充分换热，换热量不足，对流传热效果差，导致排烟温度过高。尤其是占设备总数的70.3%，额定容量D≤0.4MW的加热炉，在设计换热面积不足的情况下，对流受热面又采用传热系数低的光管烟管，导致换热能力差，排烟温度高。
2.水循环不畅，传热效率低
在加热炉的整个传热过程中，中间载热介质与火筒、烟管和对流换热器的传热形式为自然对流换热。贴近火筒和烟管壁面的介质温度较高，形成上升流，对流换热器附近的介质温度相对较低，形成下降流。由于加热炉筒体是一个密闭空间，筒体内上下温差小，致使水循环流场动力不足。
上述这些因素都不利于有效传热流场的形成，使加热和冷却受热面的有效利用降低，造成筒体内传热流场组织紊乱，从而使加热炉效率低、能耗高。因此，中间载热介质传热过程的形成，亦即筒体内流场的有效组织是提高加热炉效率的关键点之一。