常减压加热炉及优化

• ④在加热炉瓦斯气管线上设置阻火器，防止回 火起爆。在正常操作的情况下，只要瓦斯管道 内不混入空气，而瓦斯又有一定压力喷出时， 火焰是不会回到瓦斯管道内的，但在开停工或 有空气漏入瓦斯管道时就有可能引起火焰回到 管道内，并蔓延到整个管网内引起爆炸。 • ⑤在每个燃烧器上设置长明灯，防止因仪表或 其他故障造成断气，再进气时引起爆炸。
• ③由于烟气和空气两侧通道是通过隔板完全分 离的，因此当部分热管被腐蚀失效后，也不会 造成冷空气漏人烟气中，不影响整体使用。 • ④加热炉负荷率低或者设计过大时，由于热管 式预热器自适应性的作用，多余的热管被腐蚀 破坏，使整个预热器达到自然平衡。 • ⑤对于失效的热管，理论上来说是可以更换损 坏的热管，而不必全部热管管束更换。这对于 降低维修费用是有利的。
• (1)、热管式空气预热器的结构
• 热管式空气预热器是由热管管束、中间隔板 、 外壳三部分组成。三者组成空气和烟气通道。 隔板将热管的蒸发段和冷凝段隔开，同时也将 烟气通道和空气通道隔开。由于空气侧为正压， 烟气侧为负压，所以隔板与热管之间的密封必 须严密，防止空气漏人烟气导致加热炉热效率 下降。常减压装置加热炉空气预热器使用的热 管传热介质回流方式几乎都是依靠重力回流的 重力式热管，因此烟气通道位于空气通道的下 方，且一般采用纯逆流操作。
• 常减压装置炉管材质主要依据原油的含硫 量进行选择。当加热介质含硫量﹤0.5%时， 常压炉一般选用碳钢炉管。当含硫量＞ 0.5%时，对流段选用碳钢炉管，辐射段选 用Cr5Mo炉管，或全部选用Cr5Mo炉管。 减压炉一般全部选用Cr5Mo炉管。当加热 介质含环烷酸，且酸值＞ 0.5mgKOH/g油 时，炉出口气化段炉管材质选用316L。
• 管式加热炉消耗着大量的能量，常减压装置加 热炉能耗占装置总能耗的 82~92%。炼油装置 中加热炉的特殊性在于直接火焰加热，不同于 一般工业炉，它的盘管要承受高温高压和介质 腐蚀，内部介质是易燃易爆易裂解、易结焦和 腐蚀性较强的油和气，其能耗、基建投资和污 染问题在炼油装置中占有很重要的地位。因此， 学习并掌握加热炉的基本原理和知识，正确操 作，并对加热炉加强研究、管理和总结操作经 验，对于装置的长周期、高效运行有着十分重 要的意义。
• 1.6.5管内流速及压降
• 油品在炉管内的流速不能太低，否则易使管内油品
结焦而烧坏炉管。因为流速太低时，管内边界层厚
度大，传热慢，管壁温度升高，而且油品在管内停
பைடு நூலகம்留时间长。但流速过高又增加了管内压力降，增加
了动力消耗，所以应在合理的范围内力求提高流速。
压力降是判断炉管是否结焦的一个重要指标。
• 1.6.6热效率 • 1.6.6.1热效率的定义 • 热效率表示向炉子提供的能量被有效利用 的程度，其定义可用下式表示：
• (2)、热管的工作原理和分类
• 热管的种类繁多可按工作温度、热管形状、传热介质 的回流原理等进行分类。目前石油化工加热炉上的热 管常按传热介质来分类，例如钢水热管、萘管等。 • 常减压装置加热炉所用热管基本上是钢水热管，它是 一根两端封闭真空管，并充入一定量的传热介质（水 中加入添加剂）的钢管。在低端对其加热，管内的水 汽化蒸发，这时在整个热管内部，下端是饱和水，上 端是饱和汽，上下端具有相同的温度，上端向外散热， 同时饱和汽冷凝为饱和水，将汽化潜热放出，冷凝水 再流回热端循环加热。由于汽化潜热大且是真空管， 所以在极小的温差下就能把大量的热量从热管的一端 传到另一端。
• 余热回收系统是从离开对流室的烟气中进 一步回收余热的部分。回收方法分为两类， 一类采用空气预热方式回收热量；另一类 是采用余热锅炉回收热量。 • 通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧 器，并将废烟气引出炉子，它分为自然通 风方式和强制通风方式两种。
• 1.4加热炉的其它附件 • 其它的附件设备包括炉壳体、钢结构支撑、耐火 衬里、管板箱、火嘴风门、烟囱、挡板、空气预 热器、鼓风机或引风机、仪表、燃料和物料的管 线和阀门，吹扫蒸汽接口等。 • 1.4.1炉管 • 炉管是加热炉形成传热表面的最重要的组成部分， 另外炉管系统还包括炉管之间连接用的回弯头和 支持炉管的管架。 • 由于炉管长期处于高温、高压和腐蚀性介质中运 行，因此炉管选用时必须要考虑管材金属的使用 温度、耐温性能和耐腐蚀能力等几点因素。耐热 性是指材料耐高温氧化和高温脆化性能。炉管的 耐腐蚀性能主要受原油性质和脱盐深度影响。
• ④由于热管的自适应性，在加热炉的负荷变化较 大时，它也会产生不良的后果。例如在开工初期， 由于装置的换热较完善，换热终温较高，同时装 置的处理量一般均不大，这时，多余的热管会因 为自适应性而自动的将末端的多余热管腐蚀掉， 此时加热炉处在理想的最佳热效率区间，但是随 着加热炉的负荷增加，需要更多的尾部换热面积， 由于末端的管子已经失效，造成排烟温度上升。 另外，当加热炉出现负荷较大幅度增加时，接受 高温烟气的热管会失效，并且这种失效是立即和 连续的，当第一排失效后，立即引起第二排的失 效。之后将引起连锁失效。因此热管的使用寿命 通常不高。
被加热流体吸收的有效 热量 η ＝ 供给炉子的能量
• 有效吸热量即炉子的热负荷，热效率是衡 量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的 重要指标。
根据供给能量和损失能量所包括的内容不同，有热效率和
综合热效率之分。热效率表示管式炉体系中参与热交换过程 的热能的利用程度。它的供给能量中一般只包括燃料低热值 和燃料、空气及雾化蒸汽带入的显热。损失能量包括排烟带 走的热量和散失的热量。从这个意义上说，它也可以叫做
• 4、热管预热器的缺点
• ①由于热管是靠强化双侧来提高其换热能力的， 所以目前热管外侧全部是以翅片形式来强化传 热的。这对于以燃料油为主要燃料的加热炉来 说，由于燃料油的不完全燃烧以及翅片管清灰 困难极易造成翅片堵塞。 • ②在使用热管式空气预热器的加热炉中，如果 排烟温度是160℃，而空气是常温。由于热管 的等温性，冷热端的吸热和放热能力相近，那 么末端热管的温度就是烟气和空气的平均温度。 在低温露点腐蚀的作用下，末端热管是一定会 发生腐蚀的。
• 1.3 加热炉的一般结构 • 工艺加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧 器、余热回收系统以及通风系统组成。 • 辐射室也称为炉膛，包括燃烧器和风道， 炉管和炉管支撑，耐火衬里等，传热方式 主要是热辐射，全炉热负荷的70%~80%是 由辐射室担负的，是全炉最重要的部分。
• 对流室包括遮蔽管，对流管，耐火衬里，管 线支撑和挂钩，主要传热方式是对流，对流 室一般担负全炉热负荷的20%~30%，对流 室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高， 为了尽量提高传热效果，对流室多采用钉头 管和翘片管。 • 燃烧器是产生热量部件，是炉子的重要组成 部分。要保证火焰不冲刷炉管并实现低氧完 全燃烧。
• 1.6.3炉膛体积发热强度
• 燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉 膛体积发热强度，简称为体积热强度，它表示 单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧所发出 的热量，一般用kW/m3为单位。炉膛大小对燃 料燃烧的稳定性有影响，如果炉膛体积过小， 则燃烧空间不够，火焰容易舔到炉管和管架上， 炉膛温度也高，不利于长周期安全运行，因此 炉膛体积发热强度不允许过大，一般控制在燃 油时小于125 kW/m3，燃气时小于165 kW/m3。
常减压加热炉及优化
中国石油吉林石化公司炼油厂 常减压车间 翟成钢
2009年10月
• 1 加热炉结构和主要指标 • 1.1概述 • 管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要 设备之一，它是利用燃料在炉膛内燃烧产 生高温火焰与烟气作为热源，来加热炉管 中流动的油品，使其达到工艺操作规定的 温度，以供给原油或油品进行分馏、裂解 或反应等加工过程中所需要的热量，保证 生产的正常进行。常减压蒸馏装置中常压 炉就是将原油加热到一定温度，使之气化 从而达到分馏的目的。
• 1.2 加热炉的种类 • 加热炉按外形大致分为：箱式炉、立式炉、 圆筒炉、大型方炉。这种划分法是按辐射室 的外观形状，而与对流室无关。管式炉的炉 型应根据热负荷大小、被加热介质的性质和 运转周期等工艺操作要求、满足长周期运转、 便于安装和检修、投资少的原则。热负荷小 于1MW时，宜采用纯辐射圆筒炉；热负荷在 1MW~30MW时，一般选用辐射对流型圆筒 炉；热负荷大于30MW时，一般选用立式炉 或箱式炉。
• 1.6.4炉管表面热强度
• 炉管每单位表面积（一般按炉管外径计算表面 积）、每单位时间内所传递的热量称为炉管的表 面热强度，也称为热通量或热流率，单位为W／ m2。 • 炉管表面热强度越高，在一定热负荷下，所需要 的炉管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低， 所以要尽可能地提高炉管的表面热强度。但是， 提高炉管的表面热强度也受到一定的限制，为了 使辐射炉管表面热强度比较均匀，一般可以采用 以下方法：
①尽量采用双面受辐射的炉管。②在圆筒炉内， 为减小沿炉管长度的受热不均匀性，要选择合适 的辐射室高径比，同时要选择合适的燃烧器，使 燃烧器的火焰长度与炉管长度不能相差太大，例 如辐射管长为15m ，选用火焰长度为12 -13m 的 燃烧器，这样炉管上下受热趋向均匀。③在立式 炉内，有的在炉子侧面采用多喷嘴；有的在两排 喷嘴间加花墙；也有在炉子上部加喷嘴，以上措 施都是为了改善炉管受热均匀。
• 为了强化管外传热，热管一般采用翅片管形 式。在以烧油为主的加热炉上，热管的烟气 侧通常采用片间距较大的开口翅片或钉头。
• (3)、热管预热器的优点
• ①热管式空气预热器的特点是无论是空气和烟气 均走管外，这样可以在管外方便的考虑强化传热 措施，如管外缠上翅片。当缠上翅片时扩面率大 大增加，这是其他类型的预热器不能达到的。 • ②烟气与空气两端具有等温性。由于管内传热的 介质是以沸腾状传热，在热端吸收的热量以极大 的强度传到冷端，通常来说，一根热管的冷热端 温差不大于1℃，在传热过程中，热管基本上是 等温管。
1.4.2热管式空气预热器 • 空气预热器是利用烟气的余热来加热加热炉 燃烧所需的空气，从而降低排烟温度，减小 排烟热损失，是提高加热炉热效率的重要设 备。同时因为空气预热器需要强制供风，因 此容易实现风量的自动控制，使加热炉在合 适的空气过剩系数范围内运行，相应的减少 排烟热损失。常用的空气预热器形式有热油 预热空气式、管束式、热管式、水热媒式等。 目前常减压装置应用最为广泛的是热管式空 气预热器。