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原油外输超导加热炉防爆门超温问题的探讨

近年来,随着DX输油管线增输计划的实施,外输量的增加,超导炉的燃烧负荷也随之增加。本文通过对YFCDL型超导炉防爆门温度过高问题的深入论述,制定了解决方案,进行了分步实施和验证,消除了设备运行中的安全隐患,在实际应用中取得了良好的社会和经济效益。


0 前言
DX输油管线沿线3家站库配备有6台YFCDL型超导炉,担负着SL输油管线原油加热输送的生产任务。近年来,随着DX输油管线增输计划的实施,外输量的增加,超导炉的燃烧负荷也随之增加,在运行过程中出现了防爆门及其弯脖表面超温的现象,表面温度450℃左右,表层高温漆脱落,并伴有漏风的声音,从而很大程度上增加了设备运行风险系数,是一个急需解决的生产难题,也是油田输油站库普遍存在的问题。

1 超导加热炉防爆门温度过高的危害

一般防爆门都是有一定倾斜角度的,靠重力作用压住防爆口。它是防止炉膛正压过高,特别是炉内受热面爆管时引起的瞬时高正压,保护炉膛的一种机械保护。防爆门表面超温给生产的安全管理带来一定的难度,如果烟气温度过高,会造成外壳变形,而防爆门密封不严、漏风的现象势必会对超导炉烟气流程造成一定的影响,不利于节能减排和安全生产,对室外场地、设备造成烟灰污染,降低加热炉热效率,造成能源浪费。

2 超导炉防爆门超温原因分析

2.1 防爆门自身的影响

常用的防爆门有翻板式和爆破膜式两种形式,DX输油站库加热炉防爆门采用的是翻板式结构,翻板式防爆门又称旋启式防爆门,一般安装在燃烧室的炉墙上,由于安装位置不同,又分为倾斜式和垂直式两种,都由门框、门盖和铰链等部件组成,门框和门盖用铸铁制成圆形或方形,相互接触面宽度一般为1―2mm,要保证严密,门盖内面涂有耐热混凝土,厚度应根据限制压力数值(经计算或试验)确定,当炉膛或烟道内发生气体爆炸时,门盖即自动绕轴开启泄压,然后自行开闭。

2.2 超导炉的运行状况的影响

防爆门处烟道正常运行时为2.0mmH2O微正压,如果正压过大也会造成密封不好就会冒烟,运行上应控制好炉膛压力,避免正压过大。

负荷增加的影响:超导炉的燃烧负荷增加,燃油增加配风随之增加,配风量过大,部分高温烟气不能及时进入烟管向烟囱汇集,造成后烟箱内压力偏高,将防爆门板顶开一条缝隙,从而造成漏风,高温烟气通过缝隙不断溢出,造成防爆门超温。由于DX管线输量的增加,要求沿线站库超导炉提高加热温度,超导炉负荷随之增加,燃油量的增加导致燃油压力的增加,配风随之增加,风门伺服调节由原来的6-4调制7-7,风门挡板开至三分之二,直接导致空气过剩系数超过正常值,使炉内负压降低,防爆门处于正压过大的状态。

燃烧状况的影响:YFCDL超导炉燃烧器采用的是压力雾化喷嘴,在沿线3家输油站库运行中,超导炉一直出现炉口结焦的现象,因此分别对3家输油站库的超导炉结焦周期及相关数据做了调查。DYK油库:1#炉清焦周期15天,燃油温度130,燃油压力1.2;2#炉清焦17天,燃油温度130,燃油压力1.2,燃油来源均为海洋来油。HG输油站:1#炉清焦周期3天,燃油温度125,燃油压力1.1;2#炉清焦4天,燃油温度125,燃油压力1.1,燃油来源均为清河混合。GR输油站:1#炉清焦周期5天,燃油温度128,燃油压力1.0;2#炉清焦4天,燃油温度127,燃油压力1.15,燃油来源均为清河草桥混合。调查中发现结焦现象大部分出现在炉口,由于燃烧火焰扫到炉口下沿,造成炉口堆积结焦,出现结焦后,岗位操作人员往往会提高风量,试图减少火焰对炉口下沿的冲刷,这样反而造成了火焰发散,结焦越发严重。

烟囱高度的影响:烟囱高度不够,即炉膛正压值偏高,烟囱抽吸力不够,是造成部分高温烟气不能及时进入烟管向烟囱汇集,造成后烟箱内压力偏高的主要原因,也导致炉内正压过大,使防爆门张开,造成高温烟气泄漏,同时导致防爆门温度过高,防爆门变形,密封不严,从而形成恶性循环,影响生产。烟囱里面的高温烟气的密度相对于周围环境中的空气的密度要小,因此产生压力差,形成抽力,致使高温度气体一直上升到烟囱的顶部冒出来,这样的压力差就等于烟囱的高度乘上四周的空气和烟囱里面高温度气体的密度差。因此,加热炉负压是因为烟气密度比空气密度低而引起的,烟筒越高负压越大。炉膛负压一般在2-5mm水柱,即为20-50Pa。

3 超导炉防爆门超温的解决措施

(1)防爆门密封的解决措施:考虑到防爆门板的配重是经过严格计算的,不能擅自改变其自身配重。在密封方面,由于温度环境高,同时还要保证其活动的余地,不对其进行增加密封的改进。具体方案为:将防爆门板的顶部双耳的长轴拆掉,改为各自的短轴,保证轴的活动灵活,同时改善防爆门密封。针对该方案我们进行了模拟试验,试验结果表明防爆门板活动灵活、能够自动复位,满足现场要求。

(2)炉膛负压的解决措施。燃烧影响的解决措施:燃烧不完全,炉口结焦,通过增加配风量,达不到任何效果。我们通过论证,采取了改变风筒结构的措施,将风筒的平流直通式改为文丘里式,从而使一次风速高,穿透力强,扰动强烈;喷嘴圆周气流速度减慢,使火焰射程加长,后期混合充分。通过风筒的改进,燃烧效果明显增强,火焰不扫边。以HG输油站超导炉为试点进行改进后,基本消除了炉口结焦的现象,同时配风量降至最低,空气过剩系数趋于合理,之后进行了一周的试验,数据显示防爆门外表温度明显降低,由原来450℃以上降至250℃以下。

(3)烟囱高度不够的解决措施。烟囱设计时,烟囱高度需要满足两方面的要求:一是烟囱及对流室的有效抽力足以克服烟气通道中的各部分阻力;二是从烟囱内排出的烟气对周围环境的污染不超过规定值。

根据烟囱直径、烟囱高度、炉膛负压的计算,根据加热炉运行条件及负荷不同,在烟囱中增加风量控制挡板,以适应不同状态下的自由调节。

(4)现场运行数据:12月9日-18日,对改进后运行数据进行了调查,通过增加6m直管段,防爆门表温降至210℃以下,超导炉各项运行参数指标正常。

4 现场应用情况

通过技术改进,使压力雾化喷嘴在燃烧原油的油风比趋于合理,降低了空气过剩系数,制约超导炉连续运行的炉口结焦现象得到了解决,消除了冬季运行的一大难题,目前该项措施备在HG输油站1、2号超导炉应用,防爆门外表温度降至210℃以下,炉口不结焦,运行良好,工作平稳,达到了长期连续运行的要求,同时炉效大幅提高,同工况下比改造前出口温度上升3-4℃,节能效果显著,为解决其他输油站库的超导炉燃烧结焦情况提供了经验。
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