炼油企业工艺加热炉管理规范

1范围本范围规范对工艺加热炉的设计、操作、日常维护、常见故障诊断和处理、安全管理规定等内容明确了基本概念和管理要求。编制本范围规范的目的是规范炼化企业加热炉设计、操作、维护，确保加热炉安全运行，提高效率。本范围规范适用于中国石油天然气股份公司炼化企业加热炉管理。2规范性引用文件ISO13705石油天然气工业一般炼油装置用火焰加热炉SH36-91石油化工管式炉设计规范Q/Y50-2002石油化工工艺加热炉节能监测方法Q/Y62-2003炼油装置节能监测方法中油石油质字[2003]279号《管式加热炉安全管理的若干规定》和《管式加热炉操作规程编写指南》3术语及重要概念解释3.1加热炉及附件3.1.1加热炉3.1.1.1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。辐射室担负全炉热负荷的70%～80%，主要传热方式是热辐射，是加热炉的主体部分。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。燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。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。通风系统的作用是将燃烧用空气导入燃烧器。通风方式分为自然通风和强制通风两种。其它的附件设备包括火嘴、风门、防爆门、观火孔、烟囱、烟道挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、吹灰器等。3.1.1.2加热炉的种类加热炉按按辐射室的外观形状大致分为：箱式炉、立式炉、圆筒炉等。3.1.2燃烧器（火嘴）燃烧器是将燃料和空气混合，发生燃烧，释放出工艺所需要热量的机械装置。燃烧器通常包括喷嘴、配风器和燃烧道三个部分。燃料喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。燃料油喷嘴的主要任务是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾化炬。外混式燃料气喷嘴将燃料气分散成细流，并以恰当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料气喷嘴是将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧的。配风器调节并引入空气，使空气和燃料良好混合并形成一定的火焰形状。燃烧道一是给火焰根部提供高温热源以保证燃烧稳定；二是约束空气，使之与燃料充分混合；三是与配风器一起使用，使气流形成理想的流型。按所用燃料的不同，燃烧器可分为燃料油燃烧器、燃料气燃烧器和油-气联合燃烧器三大类。按供风方式的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器。按燃烧器的发热量大小，可分为小能量和大能量两种，一般5.5MW以上的属于大能量燃烧器。按燃烧的强化程度可分为普通燃烧器和高强燃烧器。随着加热炉大型化的发展，如果采用一般燃烧器，不但数量多，管线复杂，操作和维护不易，而且炉管表面热强度和热效率都较低，因此，选用大能量的、高强化燃烧器是实现加热炉大型化的关键。3.1.3吹灰器加热炉炉管表面沉积灰垢之后，热阻将明显增大，使热效率和经济性随之降低。炉管受热面上的积垢还将吸收烟气中的SO2和SO3，并在吸收水分后形成硫酸，从而加剧对炉管的腐蚀。管外积灰主要发生在对流室，在对流室采用翅片管和钉头管的加热炉或烧重油、污油的加热炉，必须设置吹灰器以清除对流段炉管积垢。常用吹灰器包括蒸汽吹灰器、声学吹灰器和激波吹灰器。3.1.4炉壳体和耐火衬里加热炉有钢梁结构支撑的钢板外壳，钢结构内部有耐火衬里。外壳通常不是密封的结构，有很多开口，如观火孔，炉管开孔，火嘴开孔和人孔等。由于加热炉是在微负压的情况下操作的，空气将通过所有的开孔进入炉体，为了保持加热炉高效运行，因此，在操作时，其它的开孔应尽可能最小或密封。加热炉炉体由于有炉管、弯头箱、观火孔、防爆门、人孔等设施，必须经常对这些部位进行检查和堵漏。耐火衬里保护钢壳体不被烧坏，并提供绝热减少热损失。在检查炉膛耐火衬里时，耐火衬里的顔色可以粗略衡量炉膛热平衡分布是否均匀，耐火衬里的暗色条纹表示有空气进入炉膛冷却了耐火衬里。3.1.5余热回收设备提高加热炉热效率的措施之一是回收烟气余热。回收烟气余热的途径是利用低温介质吸收烟气的热量，如加热工艺介质、发生蒸汽或预热炉用燃烧空气。常用于余热回收的设备为空气预热器和余热锅炉。安装空气预热器是回收烟气余热的一个重要途径。在对流室和烟囱之间装设空气预热器回收烟气余热，这样不但能提高加热炉热效率，节约燃料，而且空气经预热后，燃烧时能降低噪音，减少烧油火嘴的结焦现象。在加热炉排烟温度大于500℃时，安装余热锅炉回收烟气余热效果显著。利用烟气余热预热空气的方案可分为间接预热空气和直接预热空气两种。间接预热空气有工艺分支物流预热空气、冷进料-热油预热空气、开式循环或闭式循环热载体预热空气等。烟气直接预热空气按其特点可分为间壁式和蓄热式两大类。工艺加热炉通常使用间壁式空气预热器，间壁式空气预热器是指烟气将热量连续不断地通过固体壁传给空气的预热器，如管式空气预热器、热管式空气预热器、板式空气预热器等。3.2运行参数3.2.1炉膛负压炉膛负压是由于炉内烟气密度与大气的密度差而引起的，是炉内任一点的实测值。炉膛负压的单位可以用毫米水柱（mmH2O）或帕（Pa）表示。炉膛负压的存在使空气能够通过火嘴或其它的开水口进入炉体，热的烟气从烟道排出。炉膛负压的第一测量点一般在辐射段的顶部即炉膛拱顶部位，保持此处很小的负压即可确保整个加热炉内为负压。此处要安装负压表，随时检测加热炉运行参数。负压的第二测量点在火嘴平面上，这一点能够监控所有的火嘴有充足的抽力，使燃烧空气供应正常。负压的第三测量点在对流段烟气出口处，一般设在烟道挡板下面，将着一测量点的压力和炉膛的压力值结合考虑，可以确定通过对流段管束的压力损失，能帮助判断对流段是否发生损坏或结垢。加热炉炉膛负压可以通过调节烟道挡板来控制。由于火焰不稳定，仪表导压管漏或堵塞，导致管内存有燃烧生成的水，都会使负压表读数产生误差，所以要定期对负压表进行检查和校验。3.2.2过剩空气或过剩氧含量过剩空气定义为高于完全燃烧的化学配比供入的空气数量，表示为百分数。过剩氧含量容易测量，用于代表过剩空气，它能反应出燃料的燃烧状况。为了保证氧气测量的准确性，应从辐射段出口即炉膛拱顶部位采烟气样，采样探头应深入到距炉壁460毫米或更远的位置。可以通过调节过剩氧含量来控制燃烧效率。另外为了计算加热炉热效率，应该在烟气排入大气前测量氧含量。氧含量测量可使用手提式氧分析仪或在线氧分析仪。手提式氧分析仪用于现场烟气分析，在烟气入口一般都有一个干燥剂腔，可以吸收水蒸汽保护分析仪内腔，这种仪器提供了烟气的“干基”分析。利用氧化锆在线连续分析时，因烟气中含有水蒸气，称之为湿烟气。由于加热炉对流段可能漏入空气的部位较多，因此，从辐射段炉膛出口采样要比在对流段出口采样更能代表燃烧的状况，所以在线氧分析仪应设在辐射段出口。由于采样管线渗漏或堵塞会引起氧分析仪读数波动或产生误差，从气体燃烧产物冷凝下来的水进入氧分析仪会导致仪器损坏，所以烟气取样管要进行保温，分析仪应由仪表技术人员每月校正一次，或根据制造厂家的要求定期校正。3.2.3燃料的流量和压力通过控制燃料的流量和压力，可以控制加热炉的燃烧放热量，调节加热物流的工艺温度，燃料压力是影响燃料和空气混合的主要动力。制造商应提供火嘴在给定的燃料组成下燃料压力对应的放热量曲线，即火嘴特性曲线。该曲线由厂家通过专用设备来测得，火嘴特性曲线指示出保证燃料稳定燃烧的燃料压力范围。当火嘴安装在加热炉以后，燃料压力上下限值应该重新检查，通常只检查压力的下限值，在压力下限以下时，供应到火嘴的燃料量不足，不能保证加热炉的安全操作。燃烧器特性曲线应由制造商进行实际测定并提供给客户。气体火嘴的设定压力一般为0.1～0.2MPa，油火嘴的压力在0.6～1.0MPa，雾化介质的压力恒定在0.5～1.7MPa或者压力控制在高于燃料压力0.1～0.2MPa。燃料和雾化介质的压力测量点应设在控制阀后到火嘴手阀之间，并在单个火嘴阀全开的情况下检测。长明灯的燃料压力一般设定在恒定值0.035～0.1MPa，数值大小取决于长明灯火嘴的种类。3.2.4燃料温度燃料气温度可以是低于燃料自燃温度的任何值。通常燃料气的温度为25℃到82℃。由于燃料气温度影响其密度，在相同的加热负荷下会影响其流量和压力。温度低，燃料气管线上会有凝液产生，所以需要气液分离设备，避免液体带入火嘴，影响火嘴正常运行。较重的液体燃料可用温度来控制液体的粘度。生产厂家一般要求油火嘴中油品的粘度为0.043Pa·s，燃料油管线必须很好地保温隔热，以保持燃料加热器与火嘴之间的温度。3.2.5燃烧空气温度空气的温度变化，会引起密度的变化，影响火嘴的正常供氧量，造成燃料没有被充分燃烧或氧气过剩，降低炉效率。这是需要调节烟道或风道挡板以及火嘴的风门来改变空气量。一般情况下，自然通风式加热炉空气的温度为环境温度。有空气预热器的强制通风式加热炉，空气预热器预热后的空气温度一般在150℃以上。实际生产中应避免冷空气对预热器的低温露点腐蚀。3.2.6炉管温度当炉管温度上升时，炉管的强度变差，为了安全操作，延长炉管寿命，避免炉管损坏，必须限定炉管表面的温度。由于炉管内部结垢而造成炉管局部高温，在炉管上出现红色或银色的小块，表示炉管局部过热，很容易被肉眼观察到。如果发生炉管局部过热，应调节加热炉的操作，降低炉管温度，也可以考虑清洗炉管。炉管局部过热的清洗方法：一是在平衡其它段炉管进料量的情况下，增加过热段炉管的介质流量，加快炉管内的对流传热，降低炉管表面温度；二是增加过剩空气以减少在辐射区的换热效果，降低气体传递到炉管的能量；三是如果炉管局部过热是由火焰舔炉管造成的，应关小或关闭该处火嘴阀门，对燃烧器进行检查处理。3.2.7工艺流体参数工艺流体参数有流量、降压、进出口温度，这些参数都要进行监测。工艺流体可以冷却炉管，保持炉管一定的温度，如果流体的流量接近设计流量，可以避免发生炉管过热问题，当加热炉进料负荷超过75%时，流经各段炉管的流量几乎相等，变化不超过10%。当加热炉低负荷时，可能造成炉管内流体偏流，导致炉管受热不均匀，造成炉管过热而损坏。4管理内容与要求4.1对工艺加热炉的设计要求4.1.1工艺参数优化（1）辐射管表面平均设计热强度应根据已有的设计经验确定，单面辐射、单管排可按下表选用；双面辐射、单管排可取表中数值的1.5倍。（2）管内冷油流速和结垢热阻可按下表选用。单面辐射，单管排辐射管表面平均设计热强度管式炉名称平均设计强度W/m2所有立管炉立式炉或水平管箱式炉常压蒸馏炉30000～3700026000～44000减压蒸馏炉24000～3100029000～37000催化裂化炉24000～3100029000～37000焦化炉-29000～32000催化重整炉25000～3200029000～37000预加氢炉24000～35000-减粘加热炉23000～2700028000～31000加氢精制炉23000～27000-脱蜡油炉23000～31000-丙烷脱沥青炉8000～23000氧化沥青炉16000～20000酚精致炉17000～23000-糠醛精致炉17000～23000-蒸汽过热炉28000～35000冷油管流速和结垢热阻管式炉名称冷油流速Kg/m2·s结垢热阻m2·℃/W常压蒸馏炉1000～15000.0005减压蒸馏炉气化前1000～15000.0007～0.0012催化裂化炉1000～15000.0005焦化炉1200～18000.0007～0.0012催化重整炉90～2000.00026预加氢炉250～5000.00026～0.00052减粘加热炉1400～20000.0007～0.0012加氢精制炉250～5000.00017～0.00034脱蜡油炉1200～15000.00034丙烷脱沥青炉1200～15000.00034氧化沥青炉1200～15000.0007～0.00