原油外輸超導加熱爐防爆門超溫問題的探討

近年來，隨著DX輸油管線增輸計劃的實施，外輸量的增加，超導爐的燃燒負荷也隨之增加。本文通過對YFCDL型超導爐防爆門溫度過高問題的深入論述，制定了解決方案，進行了分步實施和驗證，消除了設備運行中的安全隱患，在實際應用中取得了良好的社會和經濟效益。

0 前言

DX輸油管線沿線3家站庫配備有6臺YFCDL型超導爐，擔負著SL輸油管線原油加熱輸送的生產任務。近年來，隨著DX輸油管線增輸計劃的實施，外輸量的增加，超導爐的燃燒負荷也隨之增加，在運行過程中出現了防爆門及其彎脖表面超溫的現象，表面溫度450℃左右，表層高溫漆脫落，并伴有漏風的聲音，從而很大程度上增加了設備運行風險系數，是一個急需解決的生產難題，也是油田輸油站庫普遍存在的問題。

1 超導加熱爐防爆門溫度過高的危害

一般防爆門都是有一定傾斜角度的，靠重力作用壓住防爆口。它是防止爐膛正壓過高，特別是爐內受熱面爆管時引起的瞬時高正壓，保護爐膛的一種機械保護。防爆門表面超溫給生產的安全管理帶來一定的難度，如果煙氣溫度過高，會造成外殼變形，而防爆門密封不嚴、漏風的現象勢必會對超導爐煙氣流程造成一定的影響，不利于節能減排和安全生產，對室外場地、設備造成煙灰污染，降低加熱爐熱效率，造成能源浪費。

2 超導爐防爆門超溫原因分析

2.1 防爆門自身的影響

常用的防爆門有翻板式和爆破膜式兩種形式，DX輸油站庫加熱爐防爆門采用的是翻板式結構，翻板式防爆門又稱旋啟式防爆門，一般安裝在燃燒室的爐墻上，由于安裝位置不同，又分為傾斜式和垂直式兩種，都由門框、門蓋和鉸鏈等部件組成，門框和門蓋用鑄鐵制成圓形或方形，相互接觸面寬度一般為1―2mm，要保證嚴密，門蓋內面涂有耐熱混凝土，厚度應根據限制壓力數值（經計算或試驗）確定，當爐膛或煙道內發生氣體爆炸時，門蓋即自動繞軸開啟泄壓，然后自行開閉。

2.2 超導爐的運行狀況的影響

防爆門處煙道正常運行時為2.0mmH2O微正壓，如果正壓過大也會造成密封不好就會冒煙，運行上應控制好爐膛壓力，避免正壓過大。

負荷增加的影響：超導爐的燃燒負荷增加，燃油增加配風隨之增加，配風量過大，部分高溫煙氣不能及時進入煙管向煙囪匯集，造成后煙箱內壓力偏高，將防爆門板頂開一條縫隙，從而造成漏風，高溫煙氣通過縫隙不斷溢出，造成防爆門超溫。由于DX管線輸量的增加，要求沿線站庫超導爐提高加熱溫度，超導爐負荷隨之增加，燃油量的增加導致燃油壓力的增加，配風隨之增加，風門伺服調節由原來的6-4調制7-7，風門擋板開至三分之二，直接導致空氣過剩系數超過正常值，使爐內負壓降低，防爆門處于正壓過大的狀態。

燃燒狀況的影響：YFCDL超導爐燃燒器采用的是壓力霧化噴嘴，在沿線3家輸油站庫運行中，超導爐一直出現爐口結焦的現象，因此分別對3家輸油站庫的超導爐結焦周期及相關數據做了調查。DYK油庫：1#爐清焦周期15天，燃油溫度130，燃油壓力1.2；2#爐清焦17天，燃油溫度130，燃油壓力1.2，燃油來源均為海洋來油。HG輸油站：1#爐清焦周期3天，燃油溫度125，燃油壓力1.1；2#爐清焦4天，燃油溫度125，燃油壓力1.1，燃油來源均為清河混合。GR輸油站：1#爐清焦周期5天，燃油溫度128，燃油壓力1.0；2#爐清焦4天，燃油溫度127，燃油壓力1.15，燃油來源均為清河草橋混合。調查中發現結焦現象大部分出現在爐口，由于燃燒火焰掃到爐口下沿，造成爐口堆積結焦，出現結焦后，崗位操作人員往往會提高風量，試圖減少火焰對爐口下沿的沖刷，這樣反而造成了火焰發散，結焦越發嚴重。

煙囪高度的影響：煙囪高度不夠，即爐膛正壓值偏高，煙囪抽吸力不夠，是造成部分高溫煙氣不能及時進入煙管向煙囪匯集，造成后煙箱內壓力偏高的主要原因，也導致爐內正壓過大，使防爆門張開，造成高溫煙氣泄漏，同時導致防爆門溫度過高，防爆門變形，密封不嚴，從而形成惡性循環，影響生產。煙囪里面的高溫煙氣的密度相對于周圍環境中的空氣的密度要小，因此產生壓力差，形成抽力，致使高溫度氣體一直上升到煙囪的頂部冒出來，這樣的壓力差就等于煙囪的高度乘上四周的空氣和煙囪里面高溫度氣體的密度差。因此，加熱爐負壓是因為煙氣密度比空氣密度低而引起的，煙筒越高負壓越大。爐膛負壓一般在2-5mm水柱，即為20-50Pa。

3 超導爐防爆門超溫的解決措施

1）防爆門密封的解決措施：考慮到防爆門板的配重是經過嚴格計算的，不能擅自改變其自身配重。在密封方面，由于溫度環境高，同時還要保證其活動的余地，不對其進行增加密封的改進。具體方案為：將防爆門板的頂部雙耳的長軸拆掉，改為各自的短軸，保證軸的活動靈活，同時改善防爆門密封。針對該方案我們進行了模擬試驗，試驗結果表明防爆門板活動靈活、能夠自動復位，滿足現場要求。

2）爐膛負壓的解決措施。燃燒影響的解決措施：燃燒不完全，爐口結焦，通過增加配風量，達不到任何效果。我們通過論證，采取了改變風筒結構的措施，將風筒的平流直通式改為文丘里式，從而使一次風速高，穿透力強，擾動強烈；噴嘴圓周氣流速度減慢，使火焰射程加長，后期混合充分。通過風筒的改進，燃燒效果明顯增強，火焰不掃邊。以HG輸油站超導爐為試點進行改進后，基本消除了爐口結焦的現象，同時配風量降至最低，空氣過剩系數趨于合理，之后進行了一周的試驗，數據顯示防爆門外表溫度明顯降低，由原來450℃以上降至250℃以下。

3）煙囪高度不夠的解決措施。煙囪設計時，煙囪高度需要滿足兩方面的要求：一是煙囪及對流室的有效抽力足以克服煙氣通道中的各部分阻力；二是從煙囪內排出的煙氣對周圍環境的污染不超過規定值。

根據煙囪直徑、煙囪高度、爐膛負壓的計算，根據加熱爐運行條件及負荷不同，在煙囪中增加風量控制擋板，以適應不同狀態下的自由調節。

4）現場運行數據：12月9日-18日，對改進后運行數據進行了調查，通過增加6m直管段，防爆門表溫降至210℃以下，超導爐各項運行參數指標正常。

4 現場應用情況

通過技術改進，使壓力霧化噴嘴在燃燒原油的油風比趨于合理，降低了空氣過剩系數，制約超導爐連續運行的爐口結焦現象得到了解決，消除了冬季運行的一大難題，目前該項措施備在HG輸油站1、2號超導爐應用，防爆門外表溫度降至210℃以下，爐口不結焦，運行良好，工作平穩，達到了長期連續運行的要求，同時爐效大幅提高，同工況下比改造前出口溫度上升3-4℃，節能效果顯著，為解決其他輸油站庫的超導爐燃燒結焦情況提供了經驗。