相变加热炉结构和工作原理

启炉
1、合上燃烧器控制柜运行开关，启动点火程序（以下为程控器自动控制）。 2、风机启动吹扫，风门开到最大设定值，吹扫大约30秒后。 3、风门开始关小，准备点火。 4、点火变压器启动，延时大约4秒，4秒后自动断电。 5、点火变压器启动2秒后，电磁阀打开。 6、建立火焰，并且火焰检测器启动（火焰检测器在启动和运行过程中一直处于
5 、当停止使用时，请切断电路、气路。冬季停用时，请务必将壳体内的水 及盘管内的介质排放干净，防止设备冻裂。
启运加热炉注意事项
（1）真空加热炉是在负压状态下运行，运行时，不得打开排污阀，否则会 破坏真空，无法正常工作
（2）真空加热炉1次减压后压力应在0.1—0.2Mpa之间 （3）初次投运加热炉燃料气需要调至最小，然后逐渐开大，否则会回火或
注意：按复位按钮的时间不允许超过4秒，否则程控器易损坏
建立真空
1、关闭加热介质的进口阀
2、将控制燃烧器的水浴控制停炉温度设定在95 ℃
3、待加热炉蒸汽压力达到0.02~0.04MPa时真空阀会自动打开排汽，在排放 水蒸气的同时会把加热炉内的空气排出
4、排放时间约5~8分钟
5、打开加热介质进口阀门，低温介质进入盘管，水蒸气遇盘管冷凝成液态 水，汽压降低，最终运行压力低于外界标准大气压，运行压力正常在0.05~0MPa，从而实现了加热炉容器的真空。
停运加热炉的注意事项 1、如需要长期停炉，需要将炉体内的水排净，防止炉体冻裂 2、加热炉的所有电源必须全部切断 3、燃料气供给的所有阀门必须确认关闭
目录
一、加热炉工作原理 二、加热炉的结构 三、加热炉的主要参数 四、启动加热炉的检查、操作及注意事项 五、停运加热炉的操作及注意事项 六、加热炉常见故障及排除方法
六、加热炉常见故障及排除方法

科 技 论 坛
・ １ ９・
分体式相 变加热炉 的结构及功能
张 智 （ 黑龙 江省 大庆 市 大庆 油 田庆 升 实业 公 司 ， 黑 龙 输 油的长输管道上通常采用原油直接加热 ， 热效率一般 比较低 ， 炉管 内加 热的是原 油 ， 当流量较 小时 ， 容 易导致炉 管结 焦、 穿孔 ， 不利 于安全生产。因此我 国从 国外 引进 了一种原油间接加 热炉 系统—— 分体 式相 变加热炉。加热炉 炉管 内流动的是 清水。 清水 离开加热炉 ， 流入换 热器将 大部分热量传给原油 ， 把原 油加 热到输送所需的温度。冷却后再送回加 热炉吸收热量 ， 完成 了对原油的 间 接 加 热 。 本 文 主 要 介 绍 分 体 式 相 变加 热 炉 的 结构 。 关键词 ： 分体 式相 变加热炉 ； 清水 ； 换热器
目前 ， 国内使用 的分体式相变加热炉 ， 它具有运行安全可靠 ， 原油 烟气换热系统 的组成 主要是 ： 热媒预热器 ， 烟气 ／ 空气预热器 ， 烟 流经加热装置时压力损失小和 自动化控制技术比较成熟等三大优点 。 囱等 。 因此 ， 分体式相变加热炉在原油管道运输中得到较广泛的应用。 烟气 出炉温度过高则有在炉膛或预热器内发生二次燃烧的可能 ， １分体 式 相 变加 热炉 七大 系统 组成 因此烟气温度过高时 ， 自动控制系统会执行故障停炉程序和氮气灭火 １ ． １循 环 系统 程序 ， 而且在不进行系统恢复时不允许再次启炉。 作用 ： 为清水提供一定的能量 ， 使其在循环系统中循环。并把清水 ２ 分体 式相 变 加热 炉炉 体 在加热炉中吸收的热量 ， 在换热器中将热量传给原油 。 ２ ． １炉体 （ １ ） 循 环 系统 包含 的 设备 有 ： 生 水泵 ， 补 水泵 ， 循 环水 泵 ， 清 水管 线 ， 其结构主要 由炉管、 外壳 、 端部封头 、 托座 、 燃烧器等部分组成。下 分体式相变加热炉 ， 换热器和相关的控制组件等 。 （ ２ ） 清水的加热 ： 加热 面分别介绍下 ： 是在炉体内进行的 ， 燃料油在炉膛内燃烧 ， 产生热量加热炉膛 内盘管 ， （ １ ） 炉管是双路互绕的螺旋盘管 ， 外部末端是法兰， 双根盘管互绕 盘管内有循环的清水 ， 温度高的热水 由循环水泵送到换热器 ， 给原油 在— 起 被压 紧 ， 然 后沿 圆周 至 少焊 接 ４ 处（ 均布） 。 在燃 烧器 一端 有几 圈 加热后 ， 温度低的清水再循环 回来 。 （ ３ ） 循环水温度的调节 ： 清水温度的 盘管是松绕的 ， 即不互相焊在一起 ， 以便整个 盘管 因热胀冷缩 时纵 向 控制与调节 ， 主要是热水的出炉温度。调节作用是由控制器实现的 ， 控 窜动和扭转 ， 而不产生管接头对外壳以及进 出口密封 的作用力 ， 盘管 制器通过检测出炉温度 ， 与定值 比较 ， 调节燃料油 阀和助燃风量 ， 控制 外面有几个点支承在纵 向的不锈钢垫架上 ，由于盘管处于保温壳内， 燃烧产生的热量 。通过连续调节 ， 使热水出炉温度稳定在设定范围内。 这 些 垫架 允许 盘 管热 或冷 缩时 的 自由移 动 。盘 管 的支架 可 以利用 盘 管 １ ． ２ 原油 换热 系 统 的屏蔽作用， 不直接受辐射热， 寿命很长 ， 不需要维护与更换 。（ ２ ） 加热 原 油换 热 系统 主要 设备 有 一 台换热 器 及相 关 的控制 组件 。 炉炉壳是用 ９ ． ５ ２ ５ ｍ ｍ厚的钢板制造 的， 内部压陶纤毡保温。在环境温 在 换 热器 中 ， 热水 走 管 程 ， 原 油 走壳 程 ， 原 油进 出换热 器 时 会有 压 度 ２ ０ ℃时 ， 在稳定的空气 中， 此陶纤毡厚度是 以保证外壳平均温度不 降。 高于 ６ ０ ℃。（ ３ ） 端部封头 ： 在外壳 的两端有两个封头 ， 前部封头支撑火 原油出换热器温度的控制是 由控制器的一个控制 回路进行控制 嘴 ， 后部封头封闭加热炉末端 ， 从而使得热烟气转弯流通盘管的外部。 的， 控制器控制热水阀门， 调节进入换热器 的热媒 流量 ， 进而对原油温 这两个封头是用轻型可浇铸的耐火材料进行保温的 ， 其设计耐热温度 度进 行 调节 。 １ ３ ４ ３ ￣， 该处正常操作温度低于 １ ０ １ ０ ￣ Ｃ。这两个封头是用非石榭ｆ 生 填 １ ． ３燃油系统 料密封 、 螺栓定位的。要想进入加热炉可以很容易把它们移开 ， 为观察 作用 ： 将从 管道 来 的 原 油经 燃 油 泵 加 压 ， 电加 热 器加 热 后 送 到 燃 火嘴的燃烧情况和进行盘管的外观检查 ， 在封头上有窥视窗。（ ４ ） 每一 烧室参加燃烧。燃料油系统主要组成有 ： 燃料油泵， 电加热器 ， 稳压阀， 台加热炉独立安装在一个结构钢的托座上 ， 使加热炉成为一个完全独 调节阀 ， 压力开关 ， 电磁 阀， 流量计和火嘴等。 立 的单元体 ， 托座上还装有所需要的全部控制、 调节仪表。 燃料油压力应保证在 ０ ． ６ ～ ０ ． ８ Ｍ Ｐ ａ 范围内， 燃料油温度在使用原油 ２ ． ２燃 烧 器 燃烧器的主要装置有 ： 主火嘴 ， 火花点火可燃气的辅助火嘴 ， 用于 做燃料时， 一 般为 ６ ５ 度。 １ ． ４助燃风系统 火 焰监 视 的火 焰监 视器 。 作用 ： 将空气经过风机加压 、 预热 ， 送到加热炉参加燃烧 。 （ １ ） 喷嘴有三个主要部分组成 ： 喷油孔 、 火嘴体和分配器 。（ ２ ） 重油 助燃风系统主要由风机， 风调节阀 ， 空气预热器等组成 。 和原油的点火是先用火花点燃可燃气体 的辅助火嘴 ， 然后再 由辅助火 助燃风量 的调节是由风调节阀来完成的 ， 根据炉负荷 的大小由控 嘴的可燃气体的火焰去点燃主火嘴的燃料油。 （ ３ ） 火焰监视器带有一个 制器控制阀的开度 ， 调节进入炉膛的风量， 满足燃烧的需要 。 紫外线火焰感受器和程序继电器。程序继 电器提供燃烧室的欲吹扫 １ ． ５雾 化风 系统 （ 点火前 ） 和每次停炉以后的后 吹扫（ 至少四次 ） ， 灭火事故 时人工复位 作用： 输送具有一定压力的压缩空气作为燃料油的雾化剂。 前不 允 许 自动点 火 。 雾化风系统由雾化风机 ， 电磁 阀， 稳压罐等组成 ， 主要是对燃料油 ２ ． ３加热 炉 热交 换器 分体式相变加热炉普遍使用的换热装置原油 ／ 热水换热器 。 进行雾化 ， 提高燃烧效果 。 提高雾化风压力对燃烧有利 ， 但不能过高。 压力一般高于 ０ ． ２ ＭＰ ａ ， 原油／ 热水换热器是一个二流程纵向翅片 Ｕ型管式热交换器 ， 一 否则燃料油颗粒太大 ， 不利于燃烧。但压力过高会抬高燃料油系统工 是热水双程流经管程 ， 另一个是原油单程流经壳程 ， 每台换热器换热 程 的压力 ， 不 利 于生产 。 量是 ４ ６ ５ ０ ｋ Ｗ， 每 台换热器装在焊接 的钢座上 ， 还装有一个 １ ０ ０ ｍ ｍ的 １ ． ６火焰 检 测系 统 三通控制阀和相应的温度控制器 ， 这个控制器根据原油出 口温度来控 作用 ： 通 过 电点 火 装 置 点燃 燃 点 较低 的燃 气 ， 在 由燃 气 的 火焰 点 制 进入 换 热器 的热 水流 量 。 燃原油， 使 原 油燃 烧 。 分体式相变加热炉系统结构 比较复杂 ，自动化控制系统 比较完 火焰检测 系统主要 由点火变压器 ， 点火电极 ， 引燃火火嘴 ， 火焰检 善 ， 安 全措施 比较 齐全 。 由于系统 复杂 ， 所 以维 护量 相对 较大 ， 所 涉及 到 测器等组成的。 的设备和知识也较多 ， 因此需要我们深入的学 习， 系统掌握有关知识 ， 点火是 由程序 中的启炉控制部分完成的。引燃火建立是变压器带 掌握 日常操作等各项工作非常重要。 电， 电极打火 ， 引燃气（ 油） 点燃来实现的。 参 考文 献 火焰检测器检测炉内火焰 ， 如没有火焰 ， 停止启炉过程 。 【 １ 债 春芳原 油管道输送技术Ｉ ． 北京 ： 中国石化 出 版社出版， ２ ０ ０ ３ ．

（ 栏 目主持 樊韶华 ）
体更换时 ，易于拆卸 ，免去 了动火等复杂的工序 。
油． ＿ ‘ 田地面工程 （ ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｙ ｑ ｔ ｄ ｒ ｎ ｇ ｃ ． ｃ ｏ ｍ） 一１ １ １—
管置于蒸汽空间内 ，换热管 内为被加热介质 。用天 炉本体 、换热器壳程进行水压试验时，试验压力取 然气作为燃料 ，通过全 自动燃烧器燃烧产生的热量 Ｏ ． ２ Ｍ Ｐ ａ ，本炉属于上述标准范畴 。为了使 蒸汽腔 使炉 内软化水沸腾汽化 ，水蒸汽上升遇到低于饱和 前后 两 侧堵 板满 足 水压试 验 条件 下 的强度 要求 ，运 蒸汽温度 的换热管 ，凝结放出相变热 ，即释放出大 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 进 行 应 力 分 析 设 计 ，确 定 了 两侧 堵 板 的 量汽化潜热 ，这部分潜热通过换热管传递给管内的 结构 和 尺寸 。 被 加 热介 质 ，而 释放 潜热 的 水蒸 汽变 成冷 凝 水 回落 到底部继续被加热 ，如此循环往复地将热量传递给
第３ ２ 卷第 １
（ ２ ０ １ ３ ． ０ １ ）（ 产 品视 点）
新型可抽式相变加热炉
刘继 刚 靳 国辉 大庆油田 设计院
摘要 ：新 型可抽 式相 变加热炉的结构具有以下技术创新 点：换热管整体可抽 ，维修 更换便
捷 ；换 热 管 增 设 定位 机 构 ，安 装 定位 准确 ，运 输过 程 平 稳 ；炉体 右侧 采 用半 月牙型 大法 兰连 接
装入。
位 ，同时还可防止运输过程 中换热管的翻转 。 （ ３ ）炉体 右侧采用半月牙型大法兰连接结构 ， 便于拆卸。炉体右侧采用半月牙型大法兰结构 ，通 过 “ Ｏ ”型密封圈与炉体密封连接 。当换热管需整
到单 程 清洗 ，清垢 周期 短 （ ３ 天） ，清 洗费 用低

相变炉特点
• 体积小，集成度高 • （真空）相变加热炉体积只有传统加热炉（管式炉，火筒 炉、水套炉等）的1/2～1/3，重量仅为传统加热炉的1/3～ 1/4，占地面积及空间占位少。炉前操作间与主机整装出 厂，燃烧器和绝大部分控制及检测仪表、阀门等出厂时均 集成在主机上，大吨位（7MW以上)煤炉分模块出厂，安 装和运输极为便利。
相变炉特点
• 节能高效 • 燃煤相变炉设计热效率在80%以上，燃油燃气相变炉热效 率在90％以上；热损耗少，节能效果可观。 不用除氧器， 占地面积小，运行费用低。
相变炉特点
• 环保 • 燃煤（真空）相变锅炉初始排尘 浓度测试不超过国家标准的70％， 为烟气排尘浓度及烟气黑度明显 低于国家标准；燃油燃气相变炉 烟尘污染也低于国家标准要求。
相变（真空）加热炉简介
宁夏三新热超导技术有限公司 2012.2
石油用相变加热炉用途
从井口到原油输出油田， 大约需要加热5~6次左右
相变炉工作原理
• 相变加热炉是利用相变换热方 式工作的。即在一个密闭的容 器中，中间介质(如水、有机液 体)吸收燃料燃烧供给的汽化热 蒸发，在气相空间将冷凝热传 递给盘管内的被加热工质(如水、 油、油水混合物、天然气等)， 然后冷凝回落至液相空间，被 再次加热蒸发、放热冷凝。被 加热工质源源不断地带走中间 介质的冷凝热、燃料燃烧源源 不断地供给中间介质汽化热， 形成动态热平衡，使筒体内维 持表压在＜0 MPa的相变运行 状态。
采用先进的CAE软件FLUENT进行 盘管多相流数值传热仿真模拟分析
相变炉特点
• 安全可靠
正常工作时，壳体承受低于大气压力的负压, 彻底免除了加热炉主机的爆炸危险；即使在 非正常情况下，特别设计的安全保障系统也 能确保加热炉安全使用。中间介质在密闭空 间工作，正常运行状态下无须补充，避免了 筒体内氧化腐蚀的发生；筒体、盘管受热均 匀稳定，大大减少了热应力破坏，有效消除 或缓解了传统加热炉存在的腐蚀、裂纹、鼓 包、爆管、结焦、结垢、过热烧损等问题。 配有独特的燃烧室防爆燃装置，在燃烧室产 生爆燃后可以自动打开，确保燃烧室无爆炸 危险。 采用先进的CAE软件Femap进行 结构件的热应力数值模拟分析

炉内水温超高； 炉内水位低 供油不足 燃烧器故障（助燃空气压力低、燃烧器压力低、火焰熄灭等）； 13、设备停用期间应注意做好防冻工作。 14、设备长期停用时，应关闭锅壳上的所有进出口，冬季还应排空
锅炉内存水以防冻结。
11、在启炉或系统正常运行过程中，可根据现场需要手动停炉。有 下列情况之一者必须紧急停炉：
炉内水位低于最低水位线自控系统不执行停炉命令； 炉体内漏或外漏； 燃烧器（或炉体）出现异常影响； 操作者认为异常有必要检查的。
12、故障停炉：当出现下列任何情况之一者，系统即停炉保护，并 发出声光报警：
的试验压力进行。水压试验应在周围气温高于5℃时进行，低于5℃时 必须有防冻措施。试验用水应保持高于周围露点的温度，且不宜超过 70℃。（安全阀不宜与加热炉一起作水压，防止阀门损坏）
煮炉
加热炉总体安装完毕后，应对加热炉进行煮炉，以去除炉内锈、油等污渍。 煮炉用药按如下之规定：
氢氧化钠（NaOH）2～3kg/m3水 磷酸三钠（Na3PO4。12H2O）2～3kg/m3水 以上药品均按100%纯度计算。 单独使用碳酸钠（Na2CO3）则为6kg/m3水 煮炉时间一般应为2~3天，煮炉期间，如炉水碱度低于45毫克当量/升时，应
5、观察燃气（油）压力是否正常，必要时调整减压阀（燃油旁路）， 使燃气（油）压力正常，一切正常后可以通过燃烧器启动开关启动燃 烧器，燃烧器将按时序启动燃烧器。
6、燃烧器按照设定程序自动点火运行，由小火运行转入大火运行状 态，若点火失败，应查明原因并解决后重新点火，直至点火成功。
7、燃烧器负荷控制分手动和自动控制，手动控制时，将自动开关切 到手动位置，通过大小火开关控制燃烧器负荷，自动控制时，置手自 动开关在自动位置上，装在燃烧器控制箱上的温度控制器会根据用户 的设定值来控制燃烧器。

相变炉主要分类
• 根据燃料不同，相变炉可分为燃煤相变炉和燃油（气） 相变炉；
• 根据被加热工质不同，相变炉又可分为相变锅炉和相变 加热炉。
• 根据筒体压力不同，相变炉又可分为 真空相变炉、微压 相变炉和压力相变炉，。真空相变炉又称负压相变炉， 简称真空炉。
采用先进的CAE软件FLUENT进行 盘管多相流数值传热仿真模拟分析
相变（真空）加热炉简介
宁夏三新热超导技术有限公司 2012.2
石油用相变加热炉用途
从井口到原油输出油田， 大约需要加热5~6次左右
相变炉工作原理
• 相变加热炉是利用相变换热方 式工作的。即在一个密闭的容 器中，中间介质(如水、有机液 体)吸收燃料燃烧供给的汽化热 蒸发，在气相空间将冷凝热传 递给盘管内的被加热工质(如水、 油、油水混合物、天然气等)， 然后冷凝回落至液相空间，被 再次加热蒸发、放热冷凝。被 加热工质源源不断地带走中间 介质的冷凝热、燃料燃烧源源 不断地供给中间介质汽化热， 形成动态热平衡，使筒体内维 持表压在＜0 MPa的相变运行 状态。
现燃烧、启炉、停炉、负荷自动调节等自动控制，可 全自动运行；特殊情况下，也可通过控制室及炉前的 手动按钮进行操作，简单方便。
相变炉特点
• 体积小，集成度高
• （真空）相变加热炉体积只有传统加热炉（管式炉，火筒 炉、水套炉等）的1/2～1/3，重量仅为传统加热炉的1/3～ 1/4，占地面积及空间占位少。炉前操作间与主机整装出 厂，燃烧器和绝大部分控制及检测仪表、阀门等出厂时均 集成在主机上，大吨位（7MW以上)煤炉分模块出厂，安 装和运输极为便利。
谢谢
采用先进的CAE软件Femap进行 结构件的热应力数值模拟分析
相变炉特点
• 节能高效 • 燃煤相变炉设计热效率在80%以上，燃油燃气相变炉热效

条件。
⑵配制碱煮液。根据锅炉容水量的和垢层厚度计算，称量出所需用的烧碱和 磷酸三钠，放入水箱中加水搅拌溶解，配成所需浓度，启动给水泵送入锅内。
碱煮除垢的工艺流程
⑶煮炉。一般常压煮炉和带压煮炉两种方法： ①常压煮炉：将锅炉点火升温，待锅水沸腾后，用小火保持锅水沸腾 状态即可。煮炉时间一般不少于24小时，最长可到40小时。煮炉结束 后，当锅水温度降至70—80℃，方可放水。 ②带压煮炉：锅炉点火，缓慢升压，一般用24—48小时，结垢严重时
出口阀门。
一、启动前的准备及检查
3、开供气阀门供气，检查供气压力是否正常，0.1-0.3MPa（减压阀前）, 调整燃烧器燃烧压力2-4KPa （减压阀后）,用泡沫水检查供气管路各连 接部位有无渗漏。 4、检查控制柜、配电接线箱接线有无松动，接线是否正确。设定燃烧器及
控制柜相关参数： 空气压力开关：1-3mbar 燃气低压开关：2.5-5mbr 燃气高压开关：50-100mbr 5、依次合上开关送电，确认控制柜上各仪表显示正常，打开燃烧器电控箱
2、紧急停炉
在下列情况下操作人员应采取措施紧急停炉：

（a）加热炉内水位急剧上升或下降。 （b）加热炉内压力急剧上升。 （c）压力表或真空阀出现失灵或故障
3、加热炉停运—炉体的防腐保养

（a)干法保养（b)湿法保养
干法保养

（a)干法保养:(一般情况下一个月以上的，易采取干法保养) 干燥剂不要直接接触加热炉金属表面，可装在铁盘等容器内， 为了防止干燥剂吸潮发胀，故只装容器的1/2～1/3，防止发胀后溢出， 存放干燥剂后要关严人孔，手孔和其它孔盖，汽、水管道上的阀门必 须截断，最好用盲板堵死。每月应检查一次，生石灰变粉时及时更换。

相变炉特点
• 一炉多用 • 相变炉设计带有多组盘管（换热管），当其作为民用相变 锅炉时，一台炉可同时供应生产、生活用多种温度的热水； 当其作为油田集输用相变加热炉是，一台炉可同时加热原 油、油水混合物、天然气、污水和水等工质，满足生产生 活需要。
相变炉特点
• 自动化控制程度高 • 设有温度、压力、液位等自动控制及报警功能，可实 现燃烧、启炉、停炉、负荷自动调节等自动控制，可 全自动运行；特殊情况下，也可通过控制室及炉前的 手动按钮进行操作，简单方便。
采用先进的CAE软件FLUENT进行 盘管多相流数值传热仿真模拟分析
பைடு நூலகம்
相变炉特点
• 安全可靠
正常工作时，壳体承受低于大气压力的负压, 彻底免除了加热炉主机的爆炸危险；即使在 非正常情况下，特别设计的安全保障系统也 能确保加热炉安全使用。中间介质在密闭空 间工作，正常运行状态下无须补充，避免了 筒体内氧化腐蚀的发生；筒体、盘管受热均 匀稳定，大大减少了热应力破坏，有效消除 或缓解了传统加热炉存在的腐蚀、裂纹、鼓 包、爆管、结焦、结垢、过热烧损等问题。 配有独特的燃烧室防爆燃装置，在燃烧室产 生爆燃后可以自动打开，确保燃烧室无爆炸 危险。 采用先进的CAE软件Femap进行 结构件的热应力数值模拟分析
采用先进的CAE软件Femap进行 炉胆结构强度数值模拟分析
相变炉主要分类
• 根据燃料不同，相变炉可分为燃煤相变炉和燃油（气） 相变炉； • 根据被加热工质不同，相变炉又可分为相变锅炉和相变 加热炉。 • 根据筒体压力不同，相变炉又可分为 真空相变炉、微压 相变炉和压力相变炉，。真空相变炉又称负压相变炉， 简称真空炉。
相变（真空）加热炉简介
宁夏三新热超导技术有限公司 2012.2