【正文】 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。間接預(yù)熱空氣有工藝分支物流預(yù)熱空氣、冷進(jìn)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。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。 安裝空氣預(yù)熱器是回收煙氣余熱的一個重要途徑?；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。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(jìn)入爐膛冷卻了耐火襯里。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(jìn)行檢查和堵漏。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。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。 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(hù)不易，而且爐管表面熱強(qiáng)度和熱效率都較低，因此，選用大能量的、高強(qiáng)化燃燒器是實現(xiàn)加熱爐大型化的關(guān)鍵。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。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。外混式燃料氣噴嘴將燃料氣分散成細(xì)流，并以恰當(dāng)?shù)慕嵌葘?dǎo)入燃燒道，以便與空氣良好混合。燃料噴嘴是供給燃料并使燃料完成燃燒前準(zhǔn)備的部件。 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(jī)械裝置。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(jī)或引風(fēng)機(jī)、吹灰器等。通風(fēng)系統(tǒng)的作用是將燃燒用空氣導(dǎo)入燃燒器。余熱回收系統(tǒng)是從離開對流室的煙氣中進(jìn)一步回收余熱的部分。為了盡量提高傳熱效果，對流室多采用釘頭管和翹片管。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。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。 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。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(hù)、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(hù)，確保加熱爐安全運(yùn)行，提高效率。 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。輻射室擔(dān)負(fù)全爐熱負(fù)荷的70%～80%，主要傳熱方式是熱輻射，是加熱爐的主體部分。對流室一般擔(dān)負(fù)全爐熱負(fù)荷的20%～30%，對流室吸熱量的比例越大，全爐的熱效率越高。燃燒器產(chǎn)生熱量，是爐子的重要組成部分。回收方法分為兩類，一類采用空氣預(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)方式分為自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)兩種。 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。燃燒器通常包括噴嘴、配風(fēng)器和燃燒道三個部分。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。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。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。按供風(fēng)方式的不同，可分為自然通風(fēng)燃燒器和強(qiáng)制通風(fēng)燃燒器。按燃燒的強(qiáng)化程度可分為普通燃燒器和高強(qiáng)燃燒器。 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(jì)性隨之降低。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。 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。由于加熱爐是在微負(fù)壓的情況下操作的，空氣將通過所有的開孔進(jìn)入爐體，為了保持加熱爐高效運(yùn)行，因此，在操作時，其它的開孔應(yīng)盡可能最小或密封。 耐火襯里保護(hù)鋼殼體不被燒壞，并提供絕熱減少熱損失。 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。常用于余熱回收的設(shè)備為空氣預(yù)熱器和余熱鍋爐。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。 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。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。爐膛負(fù)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(fù)壓的存在使空氣能夠通過火嘴或其它的開水口進(jìn)入爐體，熱的煙氣從煙道排出。此處要安裝負(fù)壓表，隨時檢測加熱爐運(yùn)行參數(shù)。負(fù)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。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(fù)壓表讀數(shù)產(chǎn)生誤差，所以要定期對負(fù)壓表進(jìn)行檢查和校驗。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?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)過剩氧含量來控制燃燒效率。氧含量測量可使用手提式氧分析儀或在線氧分析儀。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(jìn)入氧分析儀會導(dǎo)致儀器損壞，所以煙氣取樣管要進(jìn)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。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。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?！?，～，～～?！?，數(shù)值大小取決于長明燈火嘴的種類。通常燃料氣的溫度為25℃到82℃。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(yùn)行?？諝獾臏囟茸兓?，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。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。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。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。爐管局部過熱的清洗方法：一是在平衡其它段爐管進(jìn)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?？諝庖詼p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(jìn)行檢查處理。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(jìn)料負(fù)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%。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(qiáng)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、。單面輻射，單管排輻射管表面平均設(shè)計熱強(qiáng)度管式爐名稱平均設(shè)計強(qiáng)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/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(kuò)徑，并且其流速不得超過臨界流速的80%。 （4）～ Kg/m2 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。 c. 保證加熱爐操作的安全。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(qiáng)度。 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。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。為了能準(zhǔn)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(hù)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(hù)管燒壞。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(dá)1100℃。煙氣離開對流段溫度通常在300～450℃以下，盡管對流段的溫度沒有輻射段高，但許多煉油廠仍在對流段采用與輻射段相同材質(zhì)的熱電偶。排煙溫度高，煙氣帶走的熱量就多，熱效率就低。從材質(zhì)要求來講，溫度偏高，可能導(dǎo)致使用年限降低，甚至可能直接導(dǎo)致爐管破裂；溫度如果在露點以下，由于煙囪里有二氧化硫與三氧化硫等酸性氣體，則會引起嚴(yán)重腐蝕。最好與煙道氣的取樣點布置在同一煙道截面上，這樣煙氣取樣和測溫可同步進(jìn)行。同理，如果一個公共的煙囪用于幾個加熱爐，每一個加熱爐的煙道尾部都應(yīng)有溫度測量點。同時應(yīng)把操作溫度限制在爐管材料限制范圍（例如抗蠕變或抗腐蝕性能）內(nèi)。表面熱電偶等同于給熱電偶安裝—個管形的、礦物質(zhì)絕緣的護(hù)套，且其撓度足以適應(yīng)加熱爐爐管的膨脹。一般采用CH3030型護(hù)套材料，、壁厚3mm、氧化鎂絕緣材料、IECK分度號的表面熱電偶在實踐中證明具有令人滿意的效果。安裝位置應(yīng)在爐管最高溫處（即火焰高度的上1/3處，向火面中央點），如爐管兩面均有火嘴，可安裝兩個對稱的熱電偶，但應(yīng)避免火焰直接舔燒，同時膨脹固定直徑約為2倍爐管直徑。 加熱爐壓力不高，同時為了能夠調(diào)整熱電偶伸入爐體長度，前三種熱電偶安裝形式，一般采用光桿式熱電偶。 5）被加熱物料出口溫度 對于加熱－反應(yīng)用的爐子，其反應(yīng)進(jìn)行的程度是反應(yīng)溫度的函數(shù)；對于純加熱用的爐子，被加熱物料溫度的高低直接影響下游工序操作工況的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。基于以上原因，被加熱物料出口溫度是加熱爐被控變量中最為重要的，只有保持一個穩(wěn)定的數(shù)值，才能滿足下游工藝的要求。為了保證裝置長周期運(yùn)行，一般應(yīng)設(shè)置兩個測溫點，一點參與控制及聯(lián)鎖，另一點備用。加熱爐對于溫度的響應(yīng)，過程本身較為緩慢，則調(diào)節(jié)器可以選用比例積分微分調(diào)節(jié)器，積分時間可置于幾分鐘，微分時間可相對短一些。影響加熱爐出口溫度的主要因素有：（1）進(jìn)料流量；（2）進(jìn)料溫度；（3）進(jìn)料組成； （4）燃料總管壓力；（5）燃料熱值； （6）爐膛溫度的相互影響； （7）燃料油霧化程度改變等等。采用此種方案，優(yōu)點為控制簡單，投資少；缺點為加熱爐將物料從幾十度加熱到幾百度，熱負(fù)荷很大，當(dāng)燃料的壓力和熱值稍有波動，爐出口溫度就會顯著變化；同時當(dāng)加熱量改變后，由于傳熱及測溫元件的滯后，調(diào)節(jié)作用不及時，爐出口溫度波動很大。因此采用被加熱物料出口溫度控制回路作為主回路，燃料流量調(diào)節(jié)作為副回路，利用副回路來及時測量到燃料流量波動的干擾，并加以控制，這樣由于凋節(jié)和反饋的通道都縮短了，因而加熱爐出口溫度的超調(diào)量減小，從而提高控制質(zhì)量。同時，以燃料流量作為副回路的優(yōu)點在于可以了解燃料的消耗量，有利于裝置運(yùn)行時試驗和核算。燃料油壓力調(diào)節(jié)作為副回路的控制方案較燃料油流量調(diào)節(jié)作為副回路的控制方案，優(yōu)點為測量簡單，缺點為燃燒火嘴的結(jié)焦有可能造成調(diào)節(jié)閥后壓力升高，造成誤操作。可以把爐膛溫度控制作為副回路，被加熱物科出口溫度控制為主回路組成串級回路。應(yīng)注意，為保護(hù)設(shè)備，爐膛溫度不應(yīng)有較大的波動，所以在參數(shù)整定時，對于副控制器不應(yīng)整定得過于靈敏，且不加微分作用。即不允許爐膛溫度有較大波動，以免損壞設(shè)備。 c. 在同一爐膛內(nèi)有兩組爐管，同時加熱兩種物料。d. 雙斜頂方箱式管式爐，其關(guān)鍵點為能找出溫度變化反應(yīng)快而又能代表爐膛溫度的測溫度點。前饋控制部分克服進(jìn)料流量（或溫度）的干擾，而反饋控制克服其余干擾。為了檢測爐膛負(fù)壓值，一般分別