石油化工管式工艺加热炉简介

本文由ahutony贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。石油化工管式工艺加热炉简介郑战利管式加热炉在一个有衬里的密闭体内设置有大量的相互连接的优质或合金无缝钢管，被加热介质在一连串的无缝钢管内以很高流速通过，燃料在密闭体内燃烧产生高温烟气，高温烟气通过辐射、对流和传导把热量传给被加热介质，把被加热介质加热到生产工艺规定的温度或完成一定的化学反应深度；这类设备统称为管式加热炉。管式加热炉的范畴包含热水和蒸汽锅炉、热载体加热炉、油田水套炉、输油管道加热炉、炼油和石化生产装置的工艺加热炉等。今天我们所讲的管式加热炉是炼油和石油化工生产装置的工艺加热炉，简称为石化工艺加热炉。石化工艺加热炉的主要特点是1.被加热介质为易燃、易爆的液体或气体，且温度和压力较高。操作条件苛刻。安全运行要求高。2.加热方式为明火加热。3.长周期连续生产。4.所用燃料为液体或气体燃料。管式加热炉应满足的要求1.完成一定的传热任务，燃料耗量少、需要的传热面积小。2.被加热介质不受局部过热。3.在纯加热型管式加热炉中，被加热介质无分解或仅有极少量分解。4.在加热—反应型管式加热炉中，保证被加热介质的反应深度达到生产工艺要求，且炉管中结焦量最少。5.安全、稳定、连续运行周期在3~5年。6.排烟中的有害物含量和噪声必须符合国家标准规定。管式加热炉的主要操作参数1、有效热负荷：为各种被加热介质从体系入口状态到出口状态所吸收的能量之和，它等于供给能量与损失能量之差，Kw2、排烟损失热量：排出体系的烟气带走的热量。Kw3、燃料不完全燃烧损失热量：由于燃烧设备及燃烧工况等原因造成燃料没有完全燃烧而未能释放出的反应热。Kw4、散热损失热量：体系内所有设备及管线表面向周围环境中散失的热量。Kw5、附属设备能耗：鼓风机、引风机、吹灰器、热载体循环泵等辅助设备所耗掉的能量，按供给这些设备的能量计算。Kw6、燃料效率：有效吸能量占供给燃料燃烧放出热量的百分数，其数值可能大于l00％。%7、全炉热效率：有效吸能量占供给炉子总热量（不含附属设备损失）的百分数。%8、综合效率：是体系供给能量利用的有效程度在数量上的表示，它等于有效能量对供给能量的百分数。%9、炉膛热强度：指单位时间内单位炉膛体积所传递的热量，单位为kw/m3。10、炉管平均表面热强度：指单位时间内单位炉管表面积所传递的热量，单位为kw/m2。11、排烟温度：烟气离开被加热介质加热段的最终温度。℃12、排烟氧含量：烟气最终离开被加热介质加热段时中的氧含量。V%13、炉膛Tp温度：烟气出辐射室时的温度。℃14、燃烧过剩空气系数：燃料燃烧理论空气量与供风量的比值。15、燃料耗量：单位时间内，加热炉消耗燃料总和（Kg/h或Nm3/h）。16、质量流量：单位时间内，流过单位炉管内截面积的加热介质的质量（Kg/m2.h）。17、全炉压力降：被加热介质流过炉管系统的压力损失。MPa管式加热炉的结构简介石油化工工艺管式加热炉由辐射室、对流室、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成（由炉管系统、钢结构、衬里、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成）。辐射室辐射室是加热炉辐射传热起支配作用的部分。由于是火焰直接所在的场所，所以它是加热炉温度最高的部分，对其所用材料的成分、强度、厚度和机械的结构，需要仔细考虑，同时在功能上，全炉热负荷70~80%的热量是在辐射室被吸收。在流体有反应转化和裂解的炉子上，反应和裂解等一般都全部在辐射室内完成。所以说辐射室的好坏决定加热炉的好坏，并非过言。对流室对流室是加热炉对流传热起支配作用的部分，对流室有排列很密的管束，这种结构使得烟气通过对流管的速度提高，得到有效的对流传热。一般对流室吸收全炉热负荷的20~30%的热量。对流室可设在辐射室上部；也可设在地面上，用烟道与炉本体连接，但在本质上机理一样。在对流室可以采用钉头管或翅片管。余热收回装置余热收回装置是指用来回收对流室出来的烟气，或者当没有对流室时直接从辐射室出来的烟气中热量的设备。目前国内外各炼厂采用的余热回收措施大致有以下几种类型：1．从工艺流程与装置总体平衡考虑，冷进料–热油空气预热空气。2．从改进和简化循环系统考虑有热载体循环–热油空气预热空气。，包括开路与闭路热载体循环。3．从增加附属回收设备考虑，有①钢管式；②玻璃管式；③回转式；④铸铁管式；⑤扰流子式；⑥热管式；⑦板式空气预热器等。4．从与其他设备联合节能考虑，有①余热锅炉；②热电联产。燃烧器燃烧器是加热炉的重要组成部分之一，技术性能的优劣以及是否与加热炉工艺要求、炉型结构、传热特点相匹配对加热炉的运行、能耗或环保都有着直接影响。选用技术性能与加热炉工艺要求、炉型结构、传热特点相匹配的燃烧器对保证加热炉高效或“长、安、稳、满”运行有着重要意义。通风装置通风装置的职能是把燃烧用空气引进的同时，把烟气向炉外排出，有自然通风和强制通风两种。前者靠烟囱的通气力；后者用引风机，强力引出烟气。一般炉内压力损失小时，多采用烟囱自然通风方式，烟囱安装在炉的上部，与加热炉成为一体，烟囱的高度，以克服炉内的压力损失，并保持充分的通风力为佳。加热炉构造复杂，炉内压力损失大的加热炉或有废热回收装置的加热炉多采用安装引风机，强力通风方式。炉管和弯头炉管和弯头是管式加热炉中最重要的部分，占管式加热炉总钢材量的40%，总投资的60%。因为要耐压力，耐腐蚀，抵抗火焰的直接灼热，为了完成工艺任务和生产安全，根据下列标准设计炉管：炉管的长度和总根数根据管式加热炉的热负荷、热效率和加热炉的构造来决定。管径和管程数，根据流量、允许压力损失、停留时间决定。壁厚由内部压力、热应力、静荷重、管壁温度、材料强度（包括高温蠕变性和脆性等）和腐蚀裕度等决定。材料由许用温度及高温强度（包括蠕变强度）、耐热性、腐蚀性和脆性等决定。炉管温度低于500℃时使用碳钢炉管；炉管温度在500℃~700℃时使用低合金钢炉管（T9~T22）；炉管温度在700℃~800℃时使用不锈钢炉管（304、316）；炉管温度在800℃~900℃时使用309炉管；炉管温度超过900℃时使用高合金钢离心浇铸炉管（HK-40）。管式加热炉辐射炉管采用光管，对流室采用钉头管或翅片管。炉管与弯头连接方式有焊接和胀接两种。采用焊接时，弯头为炉管压制成的急弯弯头，以180°的弯头为代表，铸造的不多。采用胀接时，采用有堵头的铸造回弯头，卸下堵头，管内能够用机械清焦，缺点是较贵，材料和炉管相同。如被加热油品较轻，炉管不易结焦或采用了在线清焦技术的加热炉可全部采用急弯弯头，如被加热油品较重，炉管易结焦，且没采用了在线清焦技术的加热炉可在辐射室部分采用铸造回弯头。管支架和导架管支架承受炉内加热管的重量，并将其重量传给加热炉的框架。管支架要具备的条件是：优越的抗氧化腐蚀性能和高的高温强度，以及随着加热管的温度变化，在结构上，管支架可以保持伸缩自由。管支架的材料，在辐射室和对流室下部采用25Cr—12Ni钢或25Cr—20Ni钢。在对流室上部采用密烘铸铁“HR”和5Cr合金钢。采用高铬钢存在的问题是高温脆性，还有燃料中含钒硫所引起的腐蚀。在这种场合支架应设计成具有可换性的构造，对高温脆性要用铁素体加以抑制，对钒的腐蚀可用浇注保护层处理。一般在辐射室采用刀架形管支架，在对流室采用孔板形管支架，导管架仅起管子导向作用。耐火材料耐火材料是加热炉的必需材料，大致分为定形的材料和非定形的材料两种。a.定形耐火材料定形耐火材料就是重质耐火砖、轻质耐火砖和保温砖等，重质耐火砖以耐火性为主，用于燃烧器的燃烧道、温度较高加热炉辐射室迎火面衬里。轻质耐火砖兼具有耐火性和保温性，多用于炉的侧壁和炉顶。保温砖的耐热性很低，多用于炉底和侧壁的内衬里，用量不多。b.非定形耐火材料一般指由骨料和水泥用水和成，象混凝土那样施工的无定形耐火材料，简称为浇注料。分为以耐火性为主，并具有一定的保温性的浇注料（重质浇注料）和保温型的浇注料（轻质），施工方法有注入、涂抹和喷抹三种。对于管式加热炉，以耐火性为主，并具有一定的保温性可塑浇注料，用于炉顶、侧壁和炉底。烟道和烟囱衬里及侧壁的内衬里，则采用保温性的可塑浇注料。陶纤块、岩棉毡、陶纤喷涂也属于非定型耐火材料。炉框架、侧壁和平台炉框架是承受加热炉全部荷重的钢结构，材料是普通碳钢，多用槽钢和工字钢。侧板就是炉壁外表面的钢板，其作用是防雨、防尘，同时防止不必要的空气漏入炉内，按作用可以分为分担部分钢结构荷重和仅起覆盖作用两类。平台和梯子是为操作和维修而设立，用于日常操作维修和检查。主要炼油装置加热炉简介烟气阻断档板调节档板声波吹灰器三焦化加热炉焦化加热炉由钢结构，耐火隔热衬里，辐射和对流炉管，燃烧器，烟气余热回收器，供风系统和烟气排放系统等主要部件组成是延迟焦化装置的核心设备，它为整个装置提供热量，其能.耗占整个延迟焦化装置能耗的75%；也是影响延迟焦化装置操作的平稳性和生产周期的关键设备。由于卧管立式加热炉具有结构简单，可以安装较多数量的燃烧器；水平炉管内介质流动状态稳定；沿炉管长度方向受热较均匀；便于炉管内清焦等优点，延迟焦化加热炉均为卧管立式加热炉。石化工艺加热炉的发展过程在炼油工程上，采用管式加热炉开始于1910年~1911年间，在没有采用管式加热炉之前原油加工方式均为釜式蒸馏，小处理量、且为间歇生产。管式加热炉的使用是炼油工业由小处理量、间歇生产转向大处理量、连续生产的标志。初期的管式加热炉为如图-1所示的堆形炉。传热面由一管束所组成。管与管之间的联接件也置于炉中。最低一排的受热强度达到56-78kw/m2，而最上排管的受热强度就不超过9-11kw/m2，因此下排管常常被烧坏，而管间联接件也易松漏引起火灾。但上排炉管的效率却又很低。为了克服堆形管式加热炉存在的缺点，人们设计出了一种只装对流管的管式加热炉，如图-2所示。当时的设想是既然堆形炉的最下排炉管直接受到高温燃气的辐射，表面热强度很高，因此用火墙把管子和燃烧室隔开，使炉管受不到火焰的辐射，那些炉管过热的问题就应该能解决。但是实践的结果证明这种设想是不符合实际的，因为燃料燃烧生成的高温烟气在进入对流室之前，没有和一个吸热面进行热交换，烟气温度过高的问题没有得到解决，头几排管子仍有被烧坏的危险。若减低火墙上烟道气的温度，则必须大量增加过剩空气，这就降低了炉子的热效率，并会引起炉管表面氧化的加剧。这种炉子比堆形炉完善些，管子接头在对流室外安装，后来并采用了回弯头，减少了火灾的危险。钢材消耗有所下降，但炉的热效率太低，因此在保护炉顶对流管的不受损坏以求降低炉管更换率，降低钢材消耗的同时，却带来了燃料消耗太大及炉管氧化这一后果。后来发现，可以根本不用提高空气过剩系数的方法来避免炉管烧毁，而用在燃烧室内安装辐射管取走部分热量的方法来降低燃气温度，从而不仅对流室顶管免于过热损坏，辐射室的炉管也因热源温度降低了，传热强度不致过大，所以也是比较安全的。这样具有辐射室和对流室的方形炉就出现了。方形炉的顶辐射管最早是垂直于火墙排列的，由于火墙上面的温度高，所有辐射管经常仅仅因为那部分被烧穿而不得不更换全部管子，这样很不经济。后来改为辐射管平行于火墙的排列方式。如图-3所示。在方箱管式加热炉中，对流室的顶管被烧坏的问题解决了，但由于它的形状，使部分炉管受热过多，那里的炉管很易烧坏，限制了全部炉管传热强度的提高，这又成了方箱管式加热炉的关键问题。在后期发展起来的斜顶炉，由于加大了靠近火墙的顶辐射管与火墙的距离，在一定程度上改善了近火墙辐射管与近火嘴辐射管表面热强度的差值。但与此同时，却加大了底辐射管与上二个位置处顶辐射管热强度的差值。在操作不小心时，常易发生底辐射管烧弯、烧坏现象。因此辐射管表面热强度的不均匀性，就成为管式加热炉改进的主要问题。炉管表面热强度的不均匀性，危害尚不止此。在表面热强度过高的地方，往往会引起油品的分解，甚至于结焦。为了降低钢材消耗量，总是希望提高炉管平均表面热强度，从而减少炉管数目，但是上列不良后果却限制了炉管表面平均热强度的进一步提高