【正文】 1 范圍 本范圍規(guī)范對工藝加熱爐的設(shè)計、操作、日常維護、常見故障診斷和處理、安全管理規(guī)定等內(nèi)容明確了基本概念和管理要求。 編制本范圍規(guī)范的目的是規(guī)范煉化企業(yè)加熱爐設(shè)計、操作、維護，確保加熱爐安全運行，提高效率。 本范圍規(guī)范適用于中國石油天然氣股份公司煉化企業(yè)加熱爐管理。 2 規(guī)范性引用文件 ISO13705 石油天然氣工業(yè)一般煉油裝置用火焰加熱爐 SH3691 石油化工管式爐設(shè)計規(guī)范 Q/Y502002 石油化工工藝加熱爐節(jié)能監(jiān)測方法 Q/Y622003 煉油裝置節(jié)能監(jiān)測方法 中油石油質(zhì)字[2003]279號 《管式加熱爐安全管理的若干規(guī)定》和《管式加熱爐操作規(guī)程編寫指南》 3 術(shù)語及重要概念解釋 加熱爐及附件 加熱爐 加熱爐的一般結(jié)構(gòu) 工藝加熱爐一般由輻射室、對流室、燃燒器、余熱回收系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)組成。輻射室也稱為爐膛，包括燃燒器和風(fēng)道，爐管和爐管支撐，耐火襯里等。輻射室擔(dān)負全爐熱負荷的70%～80%，主要傳熱方式是熱輻射，是加熱爐的主體部分。對流室包括遮蔽管，對流管，耐火襯里，管線支撐和掛鉤，主要傳熱方式是對流。對流室一般擔(dān)負全爐熱負荷的20%～30%，對流室吸熱量的比例越大，全爐的熱效率越高。為了盡量提高傳熱效果，對流室多采用釘頭管和翹片管。燃燒器產(chǎn)生熱量，是爐子的重要組成部分。余熱回收系統(tǒng)是從離開對流室的煙氣中進一步回收余熱的部分?；厥辗椒ǚ譃閮深悾活惒捎每諝忸A(yù)熱方式回收熱量；另一類是采用余熱鍋爐回收熱量。通風(fēng)系統(tǒng)的作用是將燃燒用空氣導(dǎo)入燃燒器。通風(fēng)方式分為自然通風(fēng)和強制通風(fēng)兩種。其它的附件設(shè)備包括火嘴、風(fēng)門、防爆門、觀火孔、煙囪、煙道擋板、空氣預(yù)熱器、鼓風(fēng)機或引風(fēng)機、吹灰器等。 加熱爐的種類 加熱爐按按輻射室的外觀形狀大致分為：箱式爐、立式爐、圓筒爐等。 燃燒器（火嘴） 燃燒器是將燃料和空氣混合，發(fā)生燃燒，釋放出工藝所需要熱量的機械裝置。燃燒器通常包括噴嘴、配風(fēng)器和燃燒道三個部分。燃料噴嘴是供給燃料并使燃料完成燃燒前準備的部件。燃料油噴嘴的主要任務(wù)是使燃料油霧化并形成便于與空氣混合的霧化炬。外混式燃料氣噴嘴將燃料氣分散成細流，并以恰當(dāng)?shù)慕嵌葘?dǎo)入燃燒道，以便與空氣良好混合。預(yù)混式燃料氣噴嘴是將燃料氣和空氣均勻混合后供給燃燒的。配風(fēng)器調(diào)節(jié)并引入空氣，使空氣和燃料良好混合并形成一定的火焰形狀。燃燒道一是給火焰根部提供高溫?zé)嵩匆员ＷC燃燒穩(wěn)定；二是約束空氣，使之與燃料充分混合；三是與配風(fēng)器一起使用，使氣流形成理想的流型。 按所用燃料的不同，燃燒器可分為燃料油燃燒器、燃料氣燃燒器和油氣聯(lián)合燃燒器三大類。按供風(fēng)方式的不同，可分為自然通風(fēng)燃燒器和強制通風(fēng)燃燒器。按燃燒器的發(fā)熱量大小，可分為小能量和大能量兩種， MW以上的屬于大能量燃燒器。按燃燒的強化程度可分為普通燃燒器和高強燃燒器。 隨著加熱爐大型化的發(fā)展，如果采用一般燃燒器，不但數(shù)量多，管線復(fù)雜，操作和維護不易，而且爐管表面熱強度和熱效率都較低，因此，選用大能量的、高強化燃燒器是實現(xiàn)加熱爐大型化的關(guān)鍵。 吹灰器 加熱爐爐管表面沉積灰垢之后，熱阻將明顯增大，使熱效率和經(jīng)濟性隨之降低。爐管受熱面上的積垢還將吸收煙氣中的SO2和SO3，并在吸收水分后形成硫酸，從而加劇對爐管的腐蝕。管外積灰主要發(fā)生在對流室，在對流室采用翅片管和釘頭管的加熱爐或燒重油、污油的加熱爐，必須設(shè)置吹灰器以清除對流段爐管積垢。常用吹灰器包括蒸汽吹灰器、聲學(xué)吹灰器和激波吹灰器。 爐殼體和耐火襯里 加熱爐有鋼梁結(jié)構(gòu)支撐的鋼板外殼，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部有耐火襯里。外殼通常不是密封的結(jié)構(gòu)，有很多開口，如觀火孔，爐管開孔，火嘴開孔和人孔等。由于加熱爐是在微負壓的情況下操作的，空氣將通過所有的開孔進入爐體，為了保持加熱爐高效運行，因此，在操作時，其它的開孔應(yīng)盡可能最小或密封。加熱爐爐體由于有爐管、彎頭箱、觀火孔、防爆門、人孔等設(shè)施，必須經(jīng)常對這些部位進行檢查和堵漏。 耐火襯里保護鋼殼體不被燒壞，并提供絕熱減少熱損失。在檢查爐膛耐火襯里時，耐火襯里的顔色可以粗略衡量爐膛熱平衡分布是否均勻，耐火襯里的暗色條紋表示有空氣進入爐膛冷卻了耐火襯里。 余熱回收設(shè)備 提高加熱爐熱效率的措施之一是回收煙氣余熱?；厥諢煔庥酂岬耐緩绞抢玫蜏亟橘|(zhì)吸收煙氣的熱量，如加熱工藝介質(zhì)、發(fā)生蒸汽或預(yù)熱爐用燃燒空氣。常用于余熱回收的設(shè)備為空氣預(yù)熱器和余熱鍋爐。 安裝空氣預(yù)熱器是回收煙氣余熱的一個重要途徑。在對流室和煙囪之間裝設(shè)空氣預(yù)熱器回收煙氣余熱，這樣不但能提高加熱爐熱效率，節(jié)約燃料，而且空氣經(jīng)預(yù)熱后，燃燒時能降低噪音，減少燒油火嘴的結(jié)焦現(xiàn)象。在加熱爐排煙溫度大于500℃時，安裝余熱鍋爐回收煙氣余熱效果顯著。 利用煙氣余熱預(yù)熱空氣的方案可分為間接預(yù)熱空氣和直接預(yù)熱空氣兩種。間接預(yù)熱空氣有工藝分支物流預(yù)熱空氣、冷進料熱油預(yù)熱空氣、開式循環(huán)或閉式循環(huán)熱載體預(yù)熱空氣等。煙氣直接預(yù)熱空氣按其特點可分為間壁式和蓄熱式兩大類。工藝加熱爐通常使用間壁式空氣預(yù)熱器，間壁式空氣預(yù)熱器是指煙氣將熱量連續(xù)不斷地通過固體壁傳給空氣的預(yù)熱器，如管式空氣預(yù)熱器、熱管式空氣預(yù)熱器、板式空氣預(yù)熱器等。爐膛負壓是由于爐內(nèi)煙氣密度與大氣的密度差而引起的，是爐內(nèi)任一點的實測值。爐膛負壓的單位可以用毫米水柱（mmH2O）或帕（Pa）表示。爐膛負壓的存在使空氣能夠通過火嘴或其它的開水口進入爐體，熱的煙氣從煙道排出。爐膛負壓的第一測量點一般在輻射段的頂部即爐膛拱頂部位，保持此處很小的負壓即可確保整個加熱爐內(nèi)為負壓。此處要安裝負壓表，隨時檢測加熱爐運行參數(shù)。負壓的第二測量點在火嘴平面上，這一點能夠監(jiān)控所有的火嘴有充足的抽力，使燃燒空氣供應(yīng)正常。負壓的第三測量點在對流段煙氣出口處，一般設(shè)在煙道擋板下面，將著一測量點的壓力和爐膛的壓力值結(jié)合考慮，可以確定通過對流段管束的壓力損失，能幫助判斷對流段是否發(fā)生損壞或結(jié)垢。加熱爐爐膛負壓可以通過調(diào)節(jié)煙道擋板來控制。由于火焰不穩(wěn)定，儀表導(dǎo)壓管漏或堵塞，導(dǎo)致管內(nèi)存有燃燒生成的水，都會使負壓表讀數(shù)產(chǎn)生誤差，所以要定期對負壓表進行檢查和校驗。過剩空氣定義為高于完全燃燒的化學(xué)配比供入的空氣數(shù)量，表示為百分數(shù)。過剩氧含量容易測量，用于代表過剩空氣，它能反應(yīng)出燃料的燃燒狀況。為了保證氧氣測量的準確性，應(yīng)從輻射段出口即爐膛拱頂部位采煙氣樣，采樣探頭應(yīng)深入到距爐壁460毫米或更遠的位置?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)過剩氧含量來控制燃燒效率。另外為了計算加熱爐熱效率，應(yīng)該在煙氣排入大氣前測量氧含量。氧含量測量可使用手提式氧分析儀或在線氧分析儀。手提式氧分析儀用于現(xiàn)場煙氣分析，在煙氣入口一般都有一個干燥劑腔，可以吸收水蒸汽保護分析儀內(nèi)腔，這種儀器提供了煙氣的“干基”分析。利用氧化鋯在線連續(xù)分析時，因煙氣中含有水蒸氣，稱之為濕煙氣。由于加熱爐對流段可能漏入空氣的部位較多，因此，從輻射段爐膛出口采樣要比在對流段出口采樣更能代表燃燒的狀況，所以在線氧分析儀應(yīng)設(shè)在輻射段出口。由于采樣管線滲漏或堵塞會引起氧分析儀讀數(shù)波動或產(chǎn)生誤差，從氣體燃燒產(chǎn)物冷凝下來的水進入氧分析儀會導(dǎo)致儀器損壞，所以煙氣取樣管要進行保溫，分析儀應(yīng)由儀表技術(shù)人員每月校正一次，或根據(jù)制造廠家的要求定期校正。通過控制燃料的流量和壓力，可以控制加熱爐的燃燒放熱量，調(diào)節(jié)加熱物流的工藝溫度，燃料壓力是影響燃料和空氣混合的主要動力。制造商應(yīng)提供火嘴在給定的燃料組成下燃料壓力對應(yīng)的放熱量曲線，即火嘴特性曲線。該曲線由廠家通過專用設(shè)備來測得，火嘴特性曲線指示出保證燃料穩(wěn)定燃燒的燃料壓力范圍。當(dāng)火嘴安裝在加熱爐以后，燃料壓力上下限值應(yīng)該重新檢查，通常只檢查壓力的下限值，在壓力下限以下時，供應(yīng)到火嘴的燃料量不足，不能保證加熱爐的安全操作。燃燒器特性曲線應(yīng)由制造商進行實際測定并提供給客戶。～，～，～～。燃料和霧化介質(zhì)的壓力測量點應(yīng)設(shè)在控制閥后到火嘴手閥之間，并在單個火嘴閥全開的情況下檢測?！瑪?shù)值大小取決于長明燈火嘴的種類。燃料氣溫度可以是低于燃料自燃溫度的任何值。通常燃料氣的溫度為25℃到82℃。由于燃料氣溫度影響其密度，在相同的加熱負荷下會影響其流量和壓力。溫度低，燃料氣管線上會有凝液產(chǎn)生，所以需要氣液分離設(shè)備，避免液體帶入火嘴，影響火嘴正常運行。較重的液體燃料可用溫度來控制液體的粘度。s，燃料油管線必須很好地保溫隔熱，以保持燃料加熱器與火嘴之間的溫度。空氣的溫度變化，會引起密度的變化，影響火嘴的正常供氧量，造成燃料沒有被充分燃燒或氧氣過剩，降低爐效率。這是需要調(diào)節(jié)煙道或風(fēng)道擋板以及火嘴的風(fēng)門來改變空氣量。一般情況下，自然通風(fēng)式加熱爐空氣的溫度為環(huán)境溫度。有空氣預(yù)熱器的強制通風(fēng)式加熱爐，空氣預(yù)熱器預(yù)熱后的空氣溫度一般在150℃以上。實際生產(chǎn)中應(yīng)避免冷空氣對預(yù)熱器的低溫露點腐蝕。當(dāng)爐管溫度上升時，爐管的強度變差，為了安全操作，延長爐管壽命，避免爐管損壞，必須限定爐管表面的溫度。由于爐管內(nèi)部結(jié)垢而造成爐管局部高溫，在爐管上出現(xiàn)紅色或銀色的小塊，表示爐管局部過熱，很容易被肉眼觀察到。如果發(fā)生爐管局部過熱，應(yīng)調(diào)節(jié)加熱爐的操作，降低爐管溫度，也可以考慮清洗爐管。爐管局部過熱的清洗方法：一是在平衡其它段爐管進料量的情況下，增加過熱段爐管的介質(zhì)流量，加快爐管內(nèi)的對流傳熱，降低爐管表面溫度；二是增加過剩空氣以減少在輻射區(qū)的換熱效果，降低氣體傳遞到爐管的能量；三是如果爐管局部過熱是由火焰舔爐管造成的，應(yīng)關(guān)小或關(guān)閉該處火嘴閥門，對燃燒器進行檢查處理。 工藝流體參數(shù)有流量、降壓、進出口溫度，這些參數(shù)都要進行監(jiān)測。工藝流體可以冷卻爐管，保持爐管一定的溫度，如果流體的流量接近設(shè)計流量，可以避免發(fā)生爐管過熱問題，當(dāng)加熱爐進料負荷超過75%時，流經(jīng)各段爐管的流量幾乎相等，變化不超過10%。當(dāng)加熱爐低負荷時，可能造成爐管內(nèi)流體偏流，導(dǎo)致爐管受熱不均勻，造成爐管過熱而損壞。4 管理內(nèi)容與要求 對工藝加熱爐的設(shè)計要求 工藝參數(shù)優(yōu)化 （1）輻射管表面平均設(shè)計熱強度應(yīng)根據(jù)已有的設(shè)計經(jīng)驗確定，單面輻射、單管排可按下表選用；雙面輻射、。（2）管內(nèi)冷油流速和結(jié)垢熱阻可按下表選用。單面輻射，單管排輻射管表面平均設(shè)計熱強度管式爐名稱平均設(shè)計強度W/m2所有立管爐立式爐或水平管箱式爐常壓蒸餾爐30000～3700026000～44000減壓蒸餾爐24000～3100029000～37000催化裂化爐24000～3100029000～37000焦化爐29000～32000催化重整爐25000～3200029000～37000預(yù)加氫爐24000～35000減粘加熱爐23000～2700028000～31000加氫精制爐23000～27000脫蠟油爐23000～31000丙烷脫瀝青爐8000～23000氧化瀝青爐16000～20000酚精致爐17000～23000糠醛精致爐17000～23000蒸汽過熱爐28000～35000冷油管流速和結(jié)垢熱阻管式爐名稱冷油流速Kg/m2s結(jié)垢熱阻m2℃/W常壓蒸餾爐1000～1500減壓蒸餾爐氣化前1000～1500～催化裂化爐1000～1500焦化爐1200～1800～催化重整爐90～200預(yù)加氫爐250～500～減粘加熱爐1400～2000～加氫精制爐250～500～脫蠟油爐1200～1500丙烷脫瀝青爐1200～1500氧化瀝青爐1200～1500～酚精致爐1200～1500糠醛精致爐1200～1800～注：減壓蒸餾爐出口爐管應(yīng)按等溫氣化的要求擴徑，并且其流速不得超過臨界流速的80%。（3）管式爐輻射室的體積熱強度，在燃油時應(yīng)小于124kw/m3；燃氣時應(yīng)小于165 kw/m3。 （4）～ Kg/m2s，當(dāng)采用引風(fēng)或為滿足環(huán)保要求采用高煙囪時，質(zhì)量流速應(yīng)選用上限。 控制系統(tǒng)設(shè)計要求 一般來講控制系統(tǒng)的主要目的有如下三點：a. 維持對物料熱傳遞的效率。 b. 維持一可以控制的燃料燃燒效率。 c. 保證加熱爐操作的安全。 從控制原理來分析加熱爐，主要被控變量為被加熱物料的爐出口溫度、加熱爐進料的流量、爐膛壓力等；操作變量一般為燃料的流量等。以上這些變量通常用于控制、指示、記錄、報警、聯(lián)鎖等，在考慮這些變量的安裝位置時，除了應(yīng)能正確反應(yīng)加熱爐的實際工況外，同時應(yīng)考慮易于操作工人觀察、維修，以降低勞動強度。對于溫度、壓力等信號除了應(yīng)有遠傳信號外，還應(yīng)安裝就地儀表以便就地檢測。 溫度監(jiān)控 加熱爐的溫度監(jiān)控點 加熱爐溫度控制實質(zhì)上是一個傳熱的控制問題。一般加熱爐溫度測量根據(jù)安裝位置分為以下五個類型： 1） 爐膛溫度 爐膛溫度一般指煙氣離開輻射室的溫度，代表了爐膛內(nèi)煙氣的溫度，是操作加熱爐的一個很重要的工藝指標(biāo)。爐膛溫度高，輻射室傳熱量就大，但爐管容易結(jié)焦，甚至燒壞爐管、爐襯和管架。所以爐膛溫度是保證加熱爐長周期安全運行的指標(biāo)之一，一般控制在820～870℃以下。為了能準確反應(yīng)爐膛溫度，測量元件安裝時應(yīng)避免受燃燒器火焰舔燒，也不應(yīng)安裝在煙氣流動的死區(qū)，根據(jù)石化行業(yè)的規(guī)定，加熱爐爐膛測溫元件，水平安裝時熱電偶插人深度如過長，懸臂長度過大，保護管會受熱變形下垂，甚至燒壞，因此最大懸臂長度不超過600mm：測量元件超過爐管50～100mm就能夠測出爐管靠近火焰?zhèn)鹊臒煔鉁囟?，太長會把保護管燒壞。熱電偶補償導(dǎo)線的耐熱溫度不超過105℃，在100℃下具備溫度補償性能，因此熱電偶的接線盒應(yīng)放在回彎頭箱絕熱層外。爐膛中的介質(zhì)為高溫?zé)煔?，熱電偶套管在選材時應(yīng)選用能耐熱、抗氧化、抗酸的材質(zhì)，在石化行業(yè)一般選用GH3030為套管材質(zhì)的耐磨熱電偶，其長期使用最高溫度可達1100℃。 2）對流段溫度 對流段溫度測量，是為了監(jiān)控加熱爐效率及把操作溫度限制在爐管及支撐管板的材質(zhì)所允