【正文】 167。3 加熱爐熱量傳遞的基本方式有三種：導熱、對流和熱輻射。它們往往同時發(fā)生，但在不同的場合又占有不同的地位，熱輻射的規(guī)律與導熱和對流有著根本的區(qū)別。加熱爐就是一種通過對流和輻射把熱量傳導給工藝介質(zhì)的設備。加熱爐是管式加熱爐的簡稱，是一種火力加熱設備。利用燃料在爐膛內(nèi)燃燒時產(chǎn)生的高溫火焰與煙氣作為熱源，加熱在爐管中高速流動的介質(zhì)，使其達到工藝規(guī)定的溫度，以供給介質(zhì)在進行分餾、裂解或反應等加工過程中所需要的熱量，保證生產(chǎn)正常進行，是石油化工裝置的主要設備之一。 管式加熱爐中消耗的燃料量，其費用約占操作費用的60－70％。因此，爐子熱效率的高低與節(jié)約燃料，降低成本有極密切的關(guān)系。一. 管式加熱爐的分類和主要工藝指標加熱爐的發(fā)展有一個從簡單到復雜，從熱效率低走向熱效率高，從不安全到安全的逐步完善的漫長歷程。經(jīng)過人們的不斷探索，總結(jié)經(jīng)驗，在原來的主要部件如燃燒器，爐管，爐體及煙囪的基礎(chǔ)上，增加了爐體保溫，防爆門，空氣預熱器系統(tǒng)等部件以提高爐子熱效率和安全操作的可靠性。管式加熱爐的類型很多。如按用途分有純加熱爐和加熱－發(fā)應爐。前者如常壓爐、減壓爐，原料在管內(nèi)只起到加熱（包括汽化）的作用；后者如裂解爐、焦化爐，原料在爐內(nèi)不僅被加熱，同時還應保證有一定的停留時間進行裂解或焦化反應。按爐內(nèi)進行傳熱的主要方式分類，管式爐有純對流式、輻射－對流式和輻射式。根據(jù)爐型結(jié)構(gòu)的不同，管式爐又分為箱式爐、立式爐和圓筒爐等。常見的幾種爐型對比見下表:表 1 各種爐型比較項目斜頂爐立式爐圓筒爐無焰爐燃料燃料油、燃料氣燃料油、燃料氣燃料油、燃料氣高壓燃料氣工藝操作控制1. 爐管受熱強度分布不可調(diào)節(jié)，升溫迅速，在管長方向分布不均勻，但升溫慢　　　火嘴數(shù)量少，調(diào)節(jié)靈活性小，點火容易，不易堵數(shù)量少，調(diào)節(jié)靈活性小，點火容易，不易堵數(shù)量少，調(diào)節(jié)靈活性小，點火容易，不易堵數(shù)量少，調(diào)節(jié)靈活性大，點火麻煩，易堵塞回火性危險不大危險性大危險性大危險性小火焰噪音大大大小管式加熱爐的主要工藝指標1． 熱負荷指爐子單位時間內(nèi)傳給被加熱物料的總熱量，單位KJ/h或W。此值越大，爐子的生產(chǎn)能力越大。 2． 爐膛熱強度指單位時間內(nèi)單位爐膛體積所傳遞的熱量，單位KJ/m3h或W/m3。此值越大，完成相同熱任務所需的爐子越緊湊。3． 爐管表面熱強度指單位時間內(nèi)單位爐管表面積所傳遞的熱量，單位為KJ/(m2h)或W/m2。此值越高，完成相同熱任務所需的傳熱面積越小。4． 全爐熱效率指爐子供給被加熱物料的有效熱量與燃料燃燒放出的總熱量之比。此值越高，完成相同熱任務所消耗的燃料越少。5． 管內(nèi)介質(zhì)流速和全爐壓降各種近代管式加熱爐總是力求在滿足工藝要求和安全運轉(zhuǎn)的條件下，盡力提高爐管表面熱強度，減少傳熱面積；提高爐膛熱強度，縮小爐子體積，以節(jié)省基建投資；同時盡力提高全爐熱效率，降低燃料用量，以節(jié)省操作費用。二. 管式加熱爐的工作原理管式加熱爐一般由輻射室、對流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器以及通風系統(tǒng)五個主要部分組成，其工作原理：爐底的燃燒器（火嘴）因油（氣）燃燒的高溫火焰，其熱量以輻射傳熱的方式，將大部分熱量傳給輻射室（爐膛），通過爐管（輻射管）將內(nèi)部流動的介質(zhì)（油品等）加熱，高溫煙氣進入對流室，以對流的方式，繼續(xù)將部分熱量傳給對流室爐管內(nèi)流動的介質(zhì)，降至200℃左右的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。介質(zhì)先進入對流管再進入輻射管，不斷吸收高溫煙氣傳來的熱量，逐步升高到所需要的溫度，最后送出加熱爐。三. 加熱爐的結(jié)構(gòu)主要部件有燃燒器、爐管、爐體、煙囪、爐體保溫、防爆門、空氣預熱器等。 燃燒器：爐子的燃料（氣體、液體）是通過燃燒器進行燃燒的，是爐子的供熱部件。它可分為氣體燃燒器，液體燃燒器和油—氣聯(lián)合燃燒器。燃燒器是加熱爐的重要部件，使用的效果如何將直接關(guān)系到加熱爐的處理能力，因此正確地選型、設計、安裝使用和維護燃燒器就顯得至關(guān)重要，否則難以發(fā)揮其應有的效果。 輻射室：將在燃料燃燒時產(chǎn)生的高溫煙氣及火焰所放出的熱量以輻射傳熱的形式傳給敷設在室內(nèi)的輻射爐管。輻射室是加熱爐傳熱的主要部分。 對流室：將從輻射室流入的高溫煙氣和火焰所放出的剩余熱量以對流傳熱方式傳給敷設在室內(nèi)的對流爐管。對流室除加熱油品外，有時還用于加熱蒸汽。 爐管：是爐子的主要組成部分，它是被加熱流體的通道，管子間用回彎頭連接起來形成連續(xù)的蛇形管。爐管按所處位置分為輻射管和對流管；按外形又可分為光管，釘頭管，翅片管；輻射管采用光管；對流管采用光管、釘頭管和翅片管中的兩種或三種組合；釘頭管和翅片管增加了傳熱面積，提高了傳熱的效果。 煙囪和煙道：將爐膛產(chǎn)生的煙氣排入大氣，其內(nèi)部均用耐火和保溫材料襯里，為了調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的壓力，煙道中裝有活動的煙道擋板。 爐墻；構(gòu)成爐子輻射室、對流室的外圍墻體。一般用耐火材料、絕熱材料和保溫材料組成。對爐墻的基本要求是絕熱良好，熱損失小，牢固可靠，重量輕而廉價，易于建造和維修。爐墻上的適當位置有各種門孔，如看火窗、人孔防爆門和爐管檢查孔等。另外還有爐底、爐頂、爐子金屬構(gòu)架，爐管回彎頭，管件支承等部件。四. 本裝置加熱爐系統(tǒng)的特點和技術(shù)參數(shù)反應進料加熱爐（F5310F54101）F5410 F53101分別為加氫精制進料反應加熱爐和加氫裂化進料反應加熱爐，皆屬雙室水平管箱式爐，（如圖）。兩爐爐底各設32臺附墻式扁平焰氣體燃燒器，工藝介質(zhì)先后經(jīng)對流室、輻射室加熱至工藝所需溫度。輻射盤管采用單排水平管雙面輻射布置，其目的在于保證管內(nèi)兩相流動能達到理想的流型，并且使得管外熱強度和 管壁溫度較為均勻，提高管材利用率。對流盤管除二排遮蔽管采用光管外，其余對流管均為翅片管。由于管內(nèi)被加熱介質(zhì)為H2+油，且含H2S，操作溫度、壓力較高，所以F53101輻射爐管及對流室的兩排遮蔽管材質(zhì)均采用ASTMA312 TP347，2管程。為保證爐管質(zhì)量，該種爐管均為國外采購。翅片管的材質(zhì)為20鋼，翅片材質(zhì)為碳鋼，管材國內(nèi)采購。F54101爐管采用TP321材質(zhì)，國內(nèi)采購。加熱爐輻射室側(cè)墻上部、端部及爐頂采用耐火纖維制品爐襯，側(cè)墻下部襯里采用高鋁隔熱耐火磚及耐火纖維制品背襯結(jié)構(gòu)，爐底襯里采用耐火磚干砌及輕質(zhì)澆注料背襯結(jié)構(gòu)，對流室、煙道及煙囪的襯里全部采用輕制澆注料。本爐選用襯里的特點是使用溫度高、保溫性能好、使用壽命長且施工簡便。圖31 箱式加熱爐結(jié)構(gòu)圖分餾塔進料加熱加熱爐（F53201） F53201為輻射對流型圓筒爐，（如圖）。爐管材質(zhì)選用20號鋼，4管程。圖32 圓筒爐結(jié)構(gòu)圖余熱回收系統(tǒng)為了提高加熱爐的熱效率，加氫精制裝置的1臺加熱爐和加氫裂化裝置的2臺加熱爐分別設置了下置式熱管式空氣預熱器系統(tǒng)，并設有鼓風機和引風機。來自對流室的熱煙氣經(jīng)熱煙道進入熱管空氣預熱器與空氣換熱后由煙氣引風機排入冷煙道，冷煙氣經(jīng)冷煙道返回爐頂煙囪排入大氣。冷空氣由空氣鼓風機送入熱管空氣預熱器與煙氣換熱后經(jīng)熱風道供爐底燃燒器使用。余熱回收系統(tǒng)中所有煙道均采用輕制澆注料作為襯里，而熱風道則采用巖棉板外包鍍鋅鐵皮進行保溫， 從而使爐子的熱效率達90%。熱管換熱器熱管是一種高傳熱效率的設備，依靠其內(nèi)部工質(zhì)在一個抽成高真空的封閉殼體內(nèi)循環(huán)相變而傳遞熱量的設備。工質(zhì)在加熱段吸收煙氣余熱后汽化，到放熱段放出熱量給空氣而凝結(jié)，并回流到加熱段重新吸熱，從而通過熱管內(nèi)工質(zhì)的相變將煙氣的余熱傳遞給冷空氣，達到預熱空氣的目的。熱管表面是一個密封的殼體，高度真空，管內(nèi)裝有一定量的揮發(fā)性液體，稱之為工質(zhì)；沿管內(nèi)壁鋪設一定厚度的毛細材料，稱為管芯。管芯中吸滿工質(zhì)液體，而在管中心的空間內(nèi)充滿了工質(zhì)的飽和蒸氣。冷凝端的液體靠重力自然回流，熱管放置傾斜度大于7176。圖33 熱管工作原理圖五. 加熱爐的操作1． 理論空氣用量和過?？諝庀禂?shù)要保證燃料在爐內(nèi)完全燃燒，必須在操作中供給加熱爐足夠的空氣量。但由于爐子在實際操作中，空氣與燃料的混合總不能非常均勻，所以要使燃料完全燃燒，必須供給比理論空氣量多的空氣。管式爐中實際入爐空氣量與理論空氣量之比值叫做過?？諝庀禂?shù)，通常以α表示。過?？諝庀禂?shù)是影響管式爐性能，特別是全爐熱效率的一項重要指標。過剩空氣系數(shù)太小，空氣量供應不足，燃料不能充分燃燒，爐子熱效率降低；過?？諝庀禂?shù)太大，入爐空氣量過多，相對降低了爐膛溫度和煙氣的黑度，影響傳熱效果。同時也增加了排出的煙氣量，使煙氣從煙囪帶走的熱損失增加，全爐熱效率降低(，%左右）。此外，過多的空氣還會使煙氣含氧量增高，加劇了氧化脫皮兒縮短管子的使用壽命。所以，在保證燃料完全燃燒的前提下，應盡力降低加熱爐的過?？諝庀禂?shù)。～，～。保證加熱爐良好燃燒時的最低煙氣氧含量在3～4％(體積）左右。2． 露點腐蝕對于管式加熱爐，排放煙氣量(與過?？諝庀禂?shù)α有關(guān)）越少，排出溫度越低，煙氣帶走的熱量損失越小，爐子熱效率越高。但煙氣出口溫度不能任意降低，因為它不僅受到原料入爐溫度的限制，而且由于煙氣中硫化物的腐蝕作用，煙氣排出溫度還必須高于煙氣的露點溫度。露點溫度：當煙氣溫度過低時，煙氣中的水蒸氣在金屬管壁上冷凝，并吸收煙氣中的SO2生成亞硫酸，對管壁有腐蝕作用；而煙氣中由SO3與水蒸氣結(jié)合生成的硫酸，在低于露點溫度的金屬表面上也會冷凝。產(chǎn)生低溫硫酸腐蝕，此現(xiàn)象即所謂的煙氣露點腐蝕。使煙氣中水蒸氣產(chǎn)生冷凝時的臨界溫度稱為露點溫度。煙氣的露點溫度是變化的，影響主要因素有二個：燃料中的硫含量和空氣中濕度。此外尾氣中的氧含量對酸露點也有影響。當排煙溫度低于露點溫度時，煙道、余熱回收系統(tǒng)、熱管表面將產(chǎn)生酸腐蝕，引起管子腐蝕穿孔。通常情況下，煙氣排出溫度控制在200℃，并根據(jù)燃料性質(zhì)盡可能降低這一數(shù)值?？諝忸A熱器除了露點腐蝕外，積灰堵塞也是另一個重要問題。腐蝕和積灰共同作用的產(chǎn)物吸附煙在管壁表面呈粘狀，很難清除。因此應定期吹灰。六. 烘爐本裝置加熱爐F54101 、F5310F53201為新建，耐火材料里含水很多。為防止因溫度突然上升，爐子耐火材料里水份急劇汽化體積膨脹，使耐火襯里和耐火磚產(chǎn)生龜裂、脫落，所以新爐子投用前(包括老爐子修耐火襯里后)必須先烘爐，從而脫除爐體耐火磚襯里材料的自然水、結(jié)晶水，增加材料的強度和使用壽命。同時通過烘爐，考驗爐體鋼結(jié)構(gòu)及“三門一板”，火咀、閥門等安裝是否靈活好用，考察系統(tǒng)儀表是否好用，通過烘爐、熟悉和掌握加熱爐的操作以及對空氣預熱系統(tǒng)的性能測試。烘爐曲線見下圖。圖34 烘爐曲線七. 加熱爐數(shù)據(jù)表加熱爐技術(shù)參數(shù)位號F54101F53101F53201名稱加氫精制反應進料加熱爐加氫裂化反應進料加熱爐加氫裂化分餾塔進料加熱爐爐型箱式爐箱式爐圓筒爐設計負荷MW規(guī)格操作條件介質(zhì)原料油+循環(huán)氫原料油+循環(huán)氫脫H2S塔底油溫度 ℃335384358壓力MPa材質(zhì)爐構(gòu)架Q235BFQ235BFQ235BF爐管ASTMA312TP347ASTMA312TP34720翅片202020隔熱磚襯里、耐火纖維磚襯里、耐火纖維磚襯里、耐火纖維燃燒器型號()待定待定VIIE(氣體燃燒器)數(shù)量32328爐管規(guī)格輻射室Φ1801212000(24根)Φ16812000(26根)Φ141815000(9根)Φ1801213500(4根)Φ16813500(8根)Φ141813500(67根)12000(3根)81000(1根20)Φ12786500(3根)13350(3根)　Φ12786000(30根)對流室光管12700(2根)　　12000(6根)翅片管Φ89612700(4根)Φ168812700(4根)Φ12786000(106根)Φ89612000(12根)Φ168812000(8根)Φ12786253(14根)　　　167。4 塔設備塔設備是化學工業(yè)、石油工業(yè)、石油化工等生產(chǎn)中最重要的設備之一。它可使氣(汽）液兩相之間進行充分接觸，達到相際傳熱及傳質(zhì)的目的。在塔設備中能進行的單元操作有精餾、吸收、解吸、氣體的增濕和冷卻等。精餾和吸收等傳質(zhì)過程所用的塔設備，按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。① 在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體自塔底向上以鼓泡噴射的形式穿過塔盤上的液層，使兩相密切接觸，進行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。② 在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定高度的填料。液體自塔頂沿填料表面向下流動，作為連續(xù)相的氣體自塔底向上流動，與液體進行逆流傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。板式塔的類型很多，生產(chǎn)中應用最多的是浮閥型塔和篩板塔。傳統(tǒng)的圓形泡帽(罩）塔已逐漸被各種浮閥，篩板等強度和效率較高的塔板所代替。另外還有舌形塔、浮動舌形塔、穿流式柵板塔、Kittel塔盤等。塔設備的結(jié)構(gòu)包括塔體、支座(裙座)、除沫器、接管、人孔及塔內(nèi)件。167。41精餾原理下圖為一典型的精餾塔，待分離的原料自中部某處進入，進料板以上稱為精餾段，以下則稱為提餾段。塔頂裝有冷凝器，塔頂蒸汽在冷凝器中冷凝，一部分作為回流由塔頂送入塔中，一部分作為產(chǎn)品送出。塔底裝有再沸器，來自塔底的液體在此部分汽化，氣相返回塔底，液相作為塔底產(chǎn)品。沿塔高度溫度是變化的，塔頂溫度最低，