常减压加热炉及优化

常减压加热炉及优化 中国石油吉林石化公司炼油厂 常减压车间 翟成钢 2009年10月,1 加热炉结构和主要指标1.1概述管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，它是利用燃料在炉膛内燃烧产生高温火焰与烟气作为热源，来加热炉管中流动的油品，使其达到工艺操作规定的温度，以供给原油或油品进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需要的热量，保证生产的正常进行。常减压蒸馏装置中常压炉就是将原油加热到一定温度，使之气化从而达到分馏的目的。,管式加热炉消耗着大量的能量，常减压装置加热炉能耗占装置总能耗的8292%。炼油装置中加热炉的特殊性在于直接火焰加热，不同于一般工业炉，它的盘管要承受高温高压和介质腐蚀，内部介质是易燃易爆易裂解、易结焦和腐蚀性较强的油和气，其能耗、基建投资和污染问题在炼油装置中占有很重要的地位。因此，学习并掌握加热炉的基本原理和知识，正确操作，并对加热炉加强研究、管理和总结操作经验，对于装置的长周期、高效运行有着十分重要的意义。,1.2 加热炉的种类加热炉按外形大致分为：箱式炉、立式炉、圆筒炉、大型方炉。这种划分法是按辐射室的外观形状，而与对流室无关。管式炉的炉型应根据热负荷大小、被加热介质的性质和运转周期等工艺操作要求、满足长周期运转、便于安装和检修、投资少的原则。热负荷小于1MW时，宜采用纯辐射圆筒炉；热负荷在1MW30MW时，一般选用辐射对流型圆筒炉；热负荷大于30MW时，一般选用立式炉或箱式炉。,1.3 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，传热方式主要是热辐射，全炉热负荷的70%80%是由辐射室担负的，是全炉最重要的部分。,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。燃烧器是产生热量部件，是炉子的重要组成部分。要保证火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。,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。通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子，它分为自然通风方式和强制通风方式两种。,1.4加热炉的其它附件其它的附件设备包括炉壳体、钢结构支撑、耐火衬里、管板箱、火嘴风门、烟囱、挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、仪表、燃料和物料的管线和阀门，吹扫蒸汽接口等。1.4.1炉管炉管是加热炉形成传热表面的最重要的组成部分，另外炉管系统还包括炉管之间连接用的回弯头和支持炉管的管架。由于炉管长期处于高温、高压和腐蚀性介质中运行，因此炉管选用时必须要考虑管材金属的使用温度、耐温性能和耐腐蚀能力等几点因素。耐热性是指材料耐高温氧化和高温脆化性能。炉管的耐腐蚀性能主要受原油性质和脱盐深度影响。,常减压装置炉管材质主要依据原油的含硫量进行选择。当加热介质含硫量0.5%时，常压炉一般选用碳钢炉管。当含硫量 0.5%时，对流段选用碳钢炉管，辐射段选用Cr5Mo炉管，或全部选用Cr5Mo炉管。减压炉一般全部选用Cr5Mo炉管。当加热介质含环烷酸，且酸值 0.5mgKOH/g油时，炉出口气化段炉管材质选用316L。,1.4.2热管式空气预热器空气预热器是利用烟气的余热来加热加热炉燃烧所需的空气，从而降低排烟温度，减小排烟热损失，是提高加热炉热效率的重要设备。同时因为空气预热器需要强制供风，因此容易实现风量的自动控制，使加热炉在合适的空气过剩系数范围内运行，相应的减少排烟热损失。常用的空气预热器形式有热油预热空气式、管束式、热管式、水热媒式等。目前常减压装置应用最为广泛的是热管式空气预热器。,(1)、热管式空气预热器的结构热管式空气预热器是由热管管束、中间隔板 、外壳三部分组成。三者组成空气和烟气通道。隔板将热管的蒸发段和冷凝段隔开，同时也将烟气通道和空气通道隔开。由于空气侧为正压，烟气侧为负压，所以隔板与热管之间的密封必须严密，防止空气漏人烟气导致加热炉热效率下降。常减压装置加热炉空气预热器使用的热管传热介质回流方式几乎都是依靠重力回流的重力式热管，因此烟气通道位于空气通道的下方，且一般采用纯逆流操作。,(2)、热管的工作原理和分类热管的种类繁多可按工作温度、热管形状、传热介质的回流原理等进行分类。目前石油化工加热炉上的热管常按传热介质来分类，例如钢水热管、萘管等。常减压装置加热炉所用热管基本上是钢水热管，它是一根两端封闭真空管，并充入一定量的传热介质（水中加入添加剂）的钢管。在低端对其加热，管内的水汽化蒸发，这时在整个热管内部，下端是饱和水，上端是饱和汽，上下端具有相同的温度，上端向外散热，同时饱和汽冷凝为饱和水，将汽化潜热放出，冷凝水再流回热端循环加热。由于汽化潜热大且是真空管，所以在极小的温差下就能把大量的热量从热管的一端传到另一端。,为了强化管外传热，热管一般采用翅片管形式。在以烧油为主的加热炉上，热管的烟气侧通常采用片间距较大的开口翅片或钉头。,(3)、热管预热器的优点热管式空气预热器的特点是无论是空气和烟气均走管外，这样可以在管外方便的考虑强化传热措施，如管外缠上翅片。当缠上翅片时扩面率大大增加，这是其他类型的预热器不能达到的。烟气与空气两端具有等温性。由于管内传热的介质是以沸腾状传热，在热端吸收的热量以极大的强度传到冷端，通常来说，一根热管的冷热端温差不大于1，在传热过程中，热管基本上是等温管。,由于烟气和空气两侧通道是通过隔板完全分离的，因此当部分热管被腐蚀失效后，也不会造成冷空气漏人烟气中，不影响整体使用。加热炉负荷率低或者设计过大时，由于热管式预热器自适应性的作用，多余的热管被腐蚀破坏，使整个预热器达到自然平衡。对于失效的热管，理论上来说是可以更换损坏的热管，而不必全部热管管束更换。这对于降低维修费用是有利的。,4、热管预热器的缺点由于热管是靠强化双侧来提高其换热能力的，所以目前热管外侧全部是以翅片形式来强化传热的。这对于以燃料油为主要燃料的加热炉来说，由于燃料油的不完全燃烧以及翅片管清灰困难极易造成翅片堵塞。在使用热管式空气预热器的加热炉中，如果排烟温度是160，而空气是常温。由于热管的等温性，冷热端的吸热和放热能力相近，那么末端热管的温度就是烟气和空气的平均温度。在低温露点腐蚀的作用下，末端热管是一定会发生腐蚀的。,在空气预热器上的热管管内通常是水，由于长时间的蒸发和冷凝，会产生不凝气，这些不凝气来自于水的少量分解和水与钢中的碳生成的CO2、CH4。由于这些气体的不能冷凝，使热管的传热能力下降，最终造成热管的温度趋向于烟气的温度，这时由于热管管内的压力急剧增高而爆管，大部分的热管失效均是由于这个原因造成的。,由于热管的自适应性，在加热炉的负荷变化较大时，它也会产生不良的后果。例如在开工初期，由于装置的换热较完善，换热终温较高，同时装置的处理量一般均不大，这时，多余的热管会因为自适应性而自动的将末端的多余热管腐蚀掉，此时加热炉处在理想的最佳热效率区间，但是随着加热炉的负荷增加，需要更多的尾部换热面积，由于末端的管子已经失效，造成排烟温度上升。另外，当加热炉出现负荷较大幅度增加时，接受高温烟气的热管会失效，并且这种失效是立即和连续的，当第一排失效后，立即引起第二排的失效。之后将引起连锁失效。因此热管的使用寿命通常不高。,1.5加热炉系统的安全、防爆措施为保证加热炉的安全运行，加热炉系统主要的安全、防爆措施有：根据加热炉炉膛容积的大小，设有数量不等的防爆门，能够在炉膛压力突然升高时泄掉一部分压力，减轻炉子的损失。在炉膛设有炉膛灭火蒸汽线，主要作用是输入蒸汽排除炉膛内的爆炸气体，从而达到灭火、防爆的目的。当灭火蒸汽管喷入的蒸汽不够用时，可用雾化蒸汽从燃烧器喷入炉膛。在对流室管箱内设置消防灭火蒸汽线，一旦对流室炉管弯头发生泄漏着火时，提供掩护和灭火蒸汽。,在加热炉瓦斯气管线上设置阻火器，防止回火起爆。在正常操作的情况下，只要瓦斯管道内不混入空气，而瓦斯又有一定压力喷出时，火焰是不会回到瓦斯管道内的，但在开停工或有空气漏入瓦斯管道时就有可能引起火焰回到管道内，并蔓延到整个管网内引起爆炸。在每个燃烧器上设置长明灯，防止因仪表或其他故障造成断气，再进气时引起爆炸。,1.6 加热炉的主要技术指标1.6.1热负荷加热炉单位时间内向管内介质传递热量的能力称为热负荷，一般以MW为单位。它表示加热炉生产能力的大小。加热炉热效率在设计负荷下一般达到最高值，无论降低还是增加负荷，炉子热效率都会降低。,1.6.2火墙温度（炉膛温度）火墙温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。加热炉的炉膛温度不能太高，一般控制在800以下，但不是绝对的。炉膛温度高有利于辐射传热，但太高后会使炉管热强度高，容易使炉管结焦和烧坏。此外，进入对流室的烟气温度也会过高，对流管易烧坏。因此，炉膛温度是确保加热炉长周期安全运转的一个重要指标。,1.6.3炉膛体积发热强度燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛体积发热强度，简称为体积热强度，它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧所发出的热量，一般用kW/m3为单位。炉膛大小对燃料燃烧的稳定性有影响，如果炉膛体积过小，则燃烧空间不够，火焰容易舔到炉管和管架上，炉膛温度也高，不利于长周期安全运行，因此炉膛体积发热强度不允许过大，一般控制在燃油时小于125 kW/m3，燃气时小于165 kW/m3。,1.6.4炉管表面热强度炉管每单位表面积（一般按炉管外径计算表面积）、每单位时间内所传递的热量称为炉管的表面热强度，也称为热通量或热流率，单位为Wm2。炉管表面热强度越高，在一定热负荷下，所需要的炉管就越少，炉子体积可减小，投资可以降低，所以要尽可能地提高炉管的表面热强度。但是，提高炉管的表面热强度也受到一定的限制，为了使辐射炉管表面热强度比较均匀，一般可以采用以下方法：,尽量采用双面受辐射的炉管。在圆筒炉内，为减小沿炉管长度的受热不均匀性，要选择合适的辐射室高径比，同时要选择合适的燃烧器，使燃烧器的火焰长度与炉管长度不能相差太大，例如辐射管长为15m ，选用火焰长度为12 -13m 的燃烧器，这样炉管上下受热趋向均匀。在立式炉内，有的在炉子侧面采用多喷嘴；有的在两排喷嘴间加花墙；也有在炉子上部加喷嘴，以上措施都是为了改善炉管受热均匀。,1.6.5管内流速及压降油品在炉管内的流速不能太低，否则易使管内油品结焦而烧坏炉管。因为流速太低时，管内边界层厚度大，传热慢，管壁温度升高，而且油品在管内停留时间长。但流速过高又增加了管内压力降，增加了动力消耗，所以应在合理的范围内力求提高流速。压力降是判断炉管是否结焦的一个重要指标。,1.6.6热效率1.6.6.1热效率的定义热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程度，其定义可用下式表示：有效吸热量即炉子的热负荷，热效率是衡量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。,根据供给能量和损失能量所包括的内容不同，有热效率和综合热效率之分。热效率表示管式炉体系中参与热交换过程的热能的利用程度。它的供给能量中一般只包括燃料低热值和燃料、空气及雾化蒸汽带入的显热。损失能量包括排烟带走的热量和散失的热量。从这个意义上说，它也可以叫做“燃料效率”。国家标准GB2588-81 设备热效率计算通则中定义的热效率，内容要比上述管式炉惯用的热效率全面，它规定供给能量中还应包括外界供给体系的电和功（例如鼓风机、引风机和吹灰器电耗、吹灰器蒸汽消耗等）。对于管式炉体系来说，这些电和功一般不转换成有效能，几乎全部变成由于摩擦等原因而引起的能量损失。为了和管式炉惯用的“热效率”区别，命名为“综合热效率”。,1.6.6.2热效率的计算计算热效率的简单公式：1q1q2q3q4式中q1、q2、q3、q4分别为排烟损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失和散热损失。实际操作中，按照中国石油天然气股份公司企业标准石油化工工艺加热炉节能监测方法对加热炉进行热效率的计算，采用反平衡方法。,标准中规定，加热炉监测项目包括：排烟温度，烟气中一氧化碳含量，炉体外表面温度，空气系数，热效率。基准温度规定为15.6，在计算燃料、空气、雾化蒸汽等显热时，要用查表得到的实际温度下的焓值与基准温度的焓值做差，所得的焓差再带入表中计算。烟气分析数据取辐射段出口处监测数据。炉体外表面温度应每12 m2设一个测量点。规定中表B7为最后热效率计算结果，见下表。,2 加热炉正常操作控制2.1炉膛负压（抽力）控制抽力是由于炉内烟气密度与大气的密度差而引起的。抽力的单位可以用毫米水柱（mmH2O）或帕（Pa）表示。抽力的存在使大多数加热炉为负压，空气能够通过火嘴或其它的开口进入炉体，热的烟气从炉顶排出。,炉子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，所以在此处要安装负压表，随时进行加热炉操作监测。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，这一测量点设在烟道挡板下面，将这一测量点的抽力和炉膛的压力值结合考虑，可以确定通过对流段管束的抽力损失，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、风机挡板或风机转速来控制。,炉膛负压值控制的是加热炉内烟气压力最高点辐射室出口部位的压力。控制负压是为了保证提供火嘴足够的压力差，使之得到足够的空气，而进入加热炉的过剩空气量最小，这有助于提高加热炉的热效率。抽力过大，火焰不稳定，产生一氧化碳。抽力过小，炉膛出现正压，炉内高温烟气会从不密封处向外泄漏，导致能耗增加，造成炉壳、炉管损坏。抽力控制目标为：-20Pa-40Pa或-2mmH2O-4mmH2O。,2.2过剩空气的控制燃料在燃烧时需要氧气，在空气中氧气体积约占21 %，氮气约占79 %，所以燃料在燃烧时需要供给空气。1kg 燃料油在燃烧时所需理论空气量（1）约为14.2kg （11Nm3）。在实际的加热炉操作中，由于从燃烧器进入的空气不可能全部都参与燃烧，另外，也由于从炉子其他不密封处漏入了空气，所以实际进入炉内的空气量总是比理论空气量多，前者与后者之比叫做过剩空气系数，即：,为了保证烟气氧气测量的准确性，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600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（烟道挡板）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。,加热炉的状况、燃料的类型和组成、不同的工艺操作水平以及环境条件都影响过剩空气系数，所以不可能为所有的加热炉推荐一个过剩空气系数目标值。一般情况下空气过剩系数控制在1.11.3之间。,只根据含氧量来控制燃烧还有缺陷，应在辐射室拱顶处同时监测氧含量和一氧化碳含量。只有当燃烧接近于最大效率时，改变过剩空气量后炉膛拱顶处的CO含量才会明显变化，以此可以判断炉子是否己经接近最高效率点，最高效率点CO含量一般认为在100150 ppm左右。考虑到炉子工况经常变化，过剩空气量控制在接近于最少燃料消耗的工况下操作，并应留有可调节的安全余量。自然通风加热炉的过剩氧含量值应该控制在高于最小需要值12%，强制通风的加热炉应高于最小需要值0.51%。氧含量一般控制在3%以下。,2.3燃烧控制2.3.1燃烧器（火嘴）调节一个完整的燃烧器通常包括燃料喷嘴、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，并以恰当的角度导人燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料气喷嘴则是将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧道。,配风器的作用是使燃烧空气与燃料良好混合并形成稳定而符合要求的火焰形状。特别是在烧燃料油的情况下，为了保证重质燃料油燃烧良好，除了使之良好雾化外，还必须有良好的配风器，使空气和它迅速、完善地混合。尤其是在火焰根部必须保证有足够的空气供应，以避免燃料油受热时因缺氧而裂解，产生黑烟。,燃烧道也称火道，其作用有三：燃烧道耐火材料蓄积的热量为火焰根部提供了热源，加速燃料油的蒸发和着火，有助于形成稳定的燃烧，这一点对炉膛温度较低的管式炉尤为重要。其次是它能约束空气，迫使其与燃料混合。第三是与配风器一起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，低风压强制通风燃烧器一般也称为鼓风式燃烧器。加热炉燃烧器供风主要由两个部分组成：一次风和二次风。一次风解决着火、稳燃、减少炭黑生成等问题，要求一次风量要少，流速低，以利于稳定着火。燃料完全燃烧所需要的空气为二次风，二次风以较高速度喷入燃烧道，迅速与油雾混合，提供燃料完全燃烧需要的空气。,操作过程中，应该尽可能的使用一次风，减少二次风的使用量，这是因为一次风与燃料气的混合要比二次风好的多，时间短，并且火焰集中。这样的火焰让炉管受热均匀，减少火焰冲击炉管的可能性，只有少量的过剩空气来冷却燃烧室，因此火焰集中并可以节能。,正常操作时，各火嘴的炉前阀应保持全开状态，各火嘴前燃料压力一致，炉膛受热均匀，由调节阀控制燃料的总压力，便于调节加热炉的燃烧负荷。在烧燃料油时，也应全开现场油枪的炉前阀和蒸汽阀，如果火易吹灭，火焰短，可关小一次风门；如火焰从根部开始冒烟，火焰高，则开大一次风；如火焰上部冒烟，则开大二次风门。,2.3.2 “三门一板”调节“三门一板”是指油门、汽门、风门和烟囱挡板。“三门一板”是加热炉操作方法的简称，即适当调节燃料油及雾化蒸汽的阀门，可以使各个燃烧器的火焰长短基本均匀，雾化良好。燃烧器风门或燃烧器的风道蝶阀与烟囱挡板的调节要互相配合。烟囱挡板开得太大，燃烧器风门或风道蝶阀关得过小，会使炉内负压过大，漏人空气量过多；挡板关得过小，风门或蝶阀开得过大，可能使炉内局部形成正压，使高温烟气漏出炉外。,2.4 加热炉内部的检查加热炉内部检查内容应包括火焰状态、炉管、耐火衬里、炉管支撑的顔色、火盆的状态和空气渗漏状态。a. 加热炉内火焰应有相同的顔色、形状和稳定性，任何不稳定的火焰，不均匀的火焰形状，火焰舔炉管等情况都需要调整。 b. 炉管检查包括是否出现局部过热点、炉管移位、变形、工艺介质泄漏、支撑或固定设备的损坏等情况。,c. 耐火衬里和炉管支撑的顔色能够表明炉膛内是否高温，是否有热分布不均匀情况。 d. 火盆砖、燃烧道的状态都应该检查，破损或被化学侵蚀损坏以及安装不合适的火盆砖或损坏的燃烧道，都将导致火焰不好或火焰突起。 e. 检查炉膛漏风情况，在热的炉膛内，空气渗入会显示出暗条或使耐火衬里表面出现条纹。,f. 在加热炉停工检查时，要进行炉管管壁测厚，应着重检测炉管的弯头部位，防止炉管冲蚀腐蚀而减薄，影响加热炉长周期安全运行。,2.5 加热炉常规联锁项1）燃料压力低燃料压力低于能使燃烧器保持稳定的压力。（长明灯压力低于0.07MPa，关闭燃料气主火嘴、长明灯、燃料油火嘴电磁阀，加热炉熄火。）2）进料量低炉管流量低于联锁值时，加热炉自动停车。（关闭燃料气火嘴、燃料油火嘴电磁阀。）,3）燃烧器熄火对既没有可靠的燃料气压力低联锁，又不经常监视的小型加热炉，应考虑使用双向确认型火焰检测器，在确认燃烧器熄火时，自动联锁停车，避免单火焰检测器失灵所引发的误动作，增加系统安全度和可靠度。4）雾化蒸汽压力低当使用燃料油时，雾化蒸汽压力低会引起火焰减弱甚至熄火状况。（雾化蒸汽压力低于0.35MPa，关闭燃料油电磁阀，油火嘴熄灭。）,5）烟风系统失灵对带有强制通风设备（鼓风机、引风机）、空气预热器的加热炉，除非加热炉可以在自然通风或炉膛正压下操作，否则在风机故障时需停车熄火。如果允许自然通风操作，则可以通过打开设置在强制通风燃烧器前热风道上的快开风门，改强制通风为自然通风，保证加热炉继续操作。,2.6 加热炉常规报警项1）燃料压力低当燃料压力下降到接近将使燃烧器操作不稳定的工况时应报警。对燃料气管线，一般在燃料气调节阀与燃烧器之间设置压力检测点，以便检测出燃料气源的低压情况。2）燃料压力高燃料压力太高会引起过渡燃烧。 3）排烟温度高排烟温度高一般是由不良操作引起，也可能由加热炉管泄漏、空气预热装置损坏造成。,4）火焰减弱可以用对紫外辐设敏感的火焰检测器检测。5）被加热物料出口温度高物料出口温度过高预示运行、操作中有不当之处。6）炉管表面温度高过高温度将使炉管材质损坏。如果刀刃式表面热电偶和炉管表面脱开，也会导致温度读数高。,7）炉膛压力高炉膛压力升高导致火焰外泄等危险，另外，炉膛压力高往往也反应出引风机故障、调节挡板失灵。8）进料量低加热炉的进料量低，会导致炉管过热，加速炉管事故的发生。9）雾化蒸汽压力低在使用燃料油时，如果雾化蒸汽压力低，会引起燃料油雾化效果降低，导致火焰减弱、不稳定或不完全燃烧。,2.7 加热炉操作的安全原则a.正常操作时应：炉膛保持负压；燃烧完全，不向外喷火或冒黑烟；各项参数指标在合理范围内。b.增加负荷时：应先增引风量再增送风量最后增燃料量；c.减小负荷时：应先减燃料量再减送风量最后减引风量。,3 加热炉点炉和停炉操作炼油装置必须制定加热炉开停工操作程序。开停工程序是确保炉膛不产生爆炸性混合气体，建立稳定的火焰和工艺流量的指导性程序。该程序将随着加热炉的仪表自动化程度的不同而不同。,3.1 燃料系统和火嘴准备a. 确认火嘴安装正确，火嘴位置和定位准确，燃料气孔和空气通道畅通。燃料系统处于盲断状态，炉前阀在关闭位置。b. 确认燃料管线和阀门经过压力测试，无泄漏，并经过氮气吹扫置换，除去管线中的杂质。燃料油系统建立循环，确认燃料压力及雾化介质供应系统的压力够用。c. 确认燃烧器调节风门操作灵活，为吹扫加热炉把风门开度控制在100%的开度位置。,3.2 加热炉准备a. 确保没有杂物留在加热炉中，所有的人孔，观火门，防爆门都应该关闭。b. 检查所有烟、风道挡板的开、关和开启方向，保证与设计相符。,3.3 炉管建立流量a. 必须在每路炉管中充满流体并稳定流动，应该遵循加热炉生产厂家的指导，以确保每段炉管流量均匀。b. 在进料过程中，要检查炉管流量表、阀门和控制器的操作。如果某段没有正确的流量指示或流量波动，在吹扫和点炉之前要进行分析和解决。在没有达到正常流量的75%之前，建议将炉管的流量控制阀设定在手动操作状态。,3.4 吹扫炉膛a. 用蒸汽或启动风机供风吹扫炉膛，进行至少5倍的体积置换，需要大约15到20分钟，或者在烟囱顶部出现蒸汽为止。建议不要吹入过多的蒸汽，长时间接触蒸汽和凝液将导致耐火衬里的损坏。b. 在吹扫过程中，检查负压表状态，确保负压表可以读出炉膛内的负压值。c. 联系分析车间，进行炉膛可燃气体测爆分析，准备点长明灯。,3.5 点燃长明灯a. 首先检查长明灯和主火嘴各个切断阀是否关闭，确认阀门处于关闭状态。b. 按照加热炉安全管理规定的要求用测爆仪在炉膛内采样测爆，如果测爆合格，打开长明灯燃气管线上的阀门，确认长明灯压力指示正常。关小火嘴风门在1525%的位置，关小烟道挡板到25%的位置，开始点燃长明灯。点燃所有的长明灯，并使它们稳定地燃烧15分钟，以证实火焰的稳定性。,3.6 点燃主火嘴A、再次检查所有主火嘴的阀门是否全部关闭，拆除主火嘴管线上的盲板。打开主燃料气安全切断阀，打开一个火嘴上的手阀进行点火，如果在59秒内没有将主火嘴点燃，关闭手阀，等5分钟，再进行该火嘴点火。,B、按照点火程序，再进行下一个主火嘴点火，如果第一个火嘴已经点燃，这个火嘴没有被点燃，不必再进行炉膛的吹扫，等5分钟，再进行该火嘴点火。连续地点燃有稳定长明灯火焰的主火嘴，手动调节各个调节阀以保持火嘴上有足够的燃料气压力。如果不这样做将会引起火焰不稳定，容易熄灭，如果所有的火嘴和长明灯都熄灭了，需要重新吹扫炉膛。在整个炉膛内均匀地点燃各火嘴。,C、有集合管的加热炉炉膛升温速度为55/h110/h，全焊接蛇管式加热炉炉膛升温速度可高达177/h。集合管加热炉升温速度慢可以避免过热应力造成的管头连接泄漏。D、炉膛升温速度是由新耐火衬里的养生要求限定的。如果炉内安装的是新耐火衬里而不是陶瓷纤维，材料的生产者或安装者应提供烘炉曲线，使材料更好地干燥和养生，以获得最好的性能。,3.7 检查a. 在加热炉开工期间，应检查燃料和各炉管的流量，炉出口温度，燃料压力，炉膛内最高压力点的抽力，辐射段出口烟气的氧含量，炉膛和炉管温度。b. 当热输入增加时，应及时监测抽力，开大加热炉风门和烟道挡板。,c. 当各段炉管的流量是正常流量的75%时，将各段炉管的流量控制器设在自动位置。可根据炉出口温度判断炉管流量的准确性，注意观察各段炉管出口温度，炉管温度偏高或不均匀可能是由于这段炉管流量低，火焰突起，或火嘴的燃烧不均匀。这种情况必须立即分析原因并纠正，避免由于炉管内部结垢而造成炉管损坏和使用寿命降低。,d. 注意当主火嘴熄灭后，炉管内没有工艺流体时，炉管温度会升高，开大烟道挡板，增大冷空气量来冷却炉膛。如果工艺流体中断，在炉膛温度降低到485以前，严禁再将流体引入炉管。e. 停炉操作时，逐渐减小输入的热量，停一部分火嘴，以保持投用火嘴的燃料压力。火嘴停用后，不要关闭火嘴的风门，炉膛的降温速度同升温速度相同。全部火焰熄灭后，吹扫炉膛。关闭所有的燃料阀和雾化介质阀。全开烟道和风道挡板以增加加热炉的降温速度。根据需要，可在燃料和物料管线上安装盲板。,4 异常情况处理4.1 燃烧故障及处理加热炉在使用中随着工艺、设备等工况的改变，各种操作参数也会随着时间而有所改变，有系统有组织地进行加热炉故障诊断和排除是必要的。故障诊断和排除通常包括以下四个步骤：1）发现问题；2）观察并鉴别问题；3）评估问题对操作的影响，存在的隐患；4）找出问题的解决方法，消除隐患。,4.1.1 火焰脉动脉动火焰表现为火焰上下跳动，并伴有犬吠声或者呼吸声等低频噪音，加热炉局部振动。对于气体燃烧器原因有：烟囱抽力过小；瓦斯压力波动；空气量不足。对于油燃烧器原因有：喷头结垢了；燃料油中存在水分或异物；每个燃烧器所烧的燃料过少；燃料油中含有较多轻组分而被过度预热，形成蒸汽层。脉动火焰可导致耐火材料的破裂并脱落，火道砖的损坏和局部脱落，炉管和仪表的破裂。,脉动火焰出现后，应根据上述原因采取相应的措施进行处理，操作时应注意先降低燃料量，使氧含量逐步上升，建立稳定火焰后，再调整风门和烟道挡板，使氧含量达到要求。在建立稳定火焰之前，严禁增加空气量，如果增加空气量，在炉内可能充满大量的燃料和空气的混合物，会导致爆燃而损坏加热炉。如果通过调整操作问题无法解决，只能停炉处理。,4.1.2 火焰冲击炉管火焰冲击炉管是燃烧室内火焰直接接触炉管外表面，使炉管局部形成焦炭，工艺介质压降升高，辐射传热效率下降，对应部位炉膛温度上升。炉管颜色呈现红色或橙色或者管壁呈现凹凸不平，炉管产生局部过热点，最终导致炉管的破裂。,火焰冲击的原因有：1）燃烧过程中燃烧空气不足，致使火焰在燃烧室内寻找额外的空气；2）空气泄漏造成局部过度燃烧；3）火嘴喷嘴安装位置和方向有误；4）火嘴喷嘴孔口局部堵塞或腐蚀，改变了火焰的方向；5）火道砖的损坏改变了火焰方向；6）烟道气的循环可能将火嘴火焰推向管路表面。发生火焰冲击炉管后，操作人员应按上述可能性查找出原因，并及时处理，排除火焰冲击炉管。,4.1.3 回火回火的含义为：气体燃料和预混空气的混合物流出火孔的速度小于火焰传播速度。回火时火焰在文氏管混合器内燃烧，造成文氏管混合器损坏，加热能力下降，产生安全隐患。处理措施：提高燃料气压力以保证混合物喷出速度或及时清理喷嘴，降低混合物中空气含量以降低火焰燃烧速度，都可有效避免回火的发生。,4.1.4 火焰不规则在单个火嘴上，火焰不规则表现为火焰焰形不对称，在多火嘴上，当每个火嘴在相同燃料压力和相同空气量时，火焰大小不齐，不规则火焰会使炉管产生局部过热点。,火焰不规则的原因有：1）燃烧过程中燃烧空气不足，致使火焰在燃烧室内寻找额外的空气；2）火嘴喷嘴安装位置和方向有误；3）火嘴喷嘴孔口局部堵塞或腐蚀，改变了火焰方向；4）火道砖损坏改变了火焰方向；5）各火嘴处的燃料压力或空气压力不同。不规则火焰出现后，操作人员应认真寻找原因，及时调整，使问题得到解决。,4.1.5 油枪漏油燃料油在雾化效果不好或燃料油直接喷到火道砖的侧面时易造成油枪漏油。造成油枪漏油的原因有：1）喷嘴安装位置偏低或长度不够，燃料油喷到火道砖上；2）喷嘴孔口局部堵塞或腐蚀，使燃料油喷出角度过大，喷到火道砖上；3）燃料油油温低，粘度高、油汽比不合理，造成燃料油雾化效果不佳，喷出油滴过大；4）油枪枪头密封不严，漏油。,发现油枪漏油后，应首先检查油枪的安装位置、燃料油在火嘴处的温度和油汽比。调整处理后，问题得不到解决，可停下油枪，检查油枪孔口的清洁度，检查油枪的尺寸和孔口的腐蚀情况，如有问题及时更换新油枪。,4.1.6 发烟的长火焰发烟的长火焰是由不完全燃烧造成的，会使加热炉炉膛温度上升，传热效果下降，燃料消耗增加、对流段积灰加快。造成的原因有：1）火嘴的空气供应不足；2）火盆和火道损坏或一次、二次风比例不当、火嘴的安装位置不标准；3）燃料油油温低，粘度高、油汽比不合理，造成燃料油雾化效果不佳，喷出油滴过大；4）油枪喷头孔口变大、损坏或堵塞；5）新燃料和旧火嘴不匹配。,发烟的长火焰出现后，应首先检查火嘴的安装位置，调整油汽比和一、二次风门，加快燃烧速度和降低火焰高度。按上述方法处理，问题得不到解决，可停下油枪，检查油枪孔口的清洁度，检查油枪的尺寸和孔口的腐蚀情况，如有问题及时更换新油枪。检查火盆和火道，如有问题暂停使用，在适当的机会更换。,4.1.7 排烟温度高炉子在正常操作情况下，排烟温度应接近于设计温度。排烟温度高表明加热炉热效率低，燃料消耗高，对流段过热，可能损坏炉子，特别是对流段的顶部。烟道温度高可能由于在火嘴喉管内和燃烧室氧气供应不足，或空气漏入对流区，使得未燃烧的燃料在对流段发生了二次燃烧。,烟道温度是由烟道气中的过剩氧含量控制的，可通过调整过剩空气量来降低烟道温度。其次，检查是否有空气泄漏到炉内，特别是对流段，如果对流段有未燃烧的燃料会发生二次燃烧，使烟道温度升高。要加强吹灰器的维护，保证吹灰器的正常运行和吹灰效果。,4.1.8 脱火脱火的含义为：气体燃料和预混空气的混合物流出火孔的速度大于脱火极限，使燃料气离开喷头一段距离以后才着火。脱火可导致火嘴内火焰全部熄灭，致使未燃烧燃料注入燃烧室，严重时可能发生重新燃烧爆炸。处理措施：发现脱火现象后应立即降低火嘴上的燃料压力，调整风压或雾化剂的量，使火焰贴近喷嘴。预混合型火嘴可调整空气量，使火焰稳定。如按上述方法处理，问题没能得到解决，应停下火嘴，清理火嘴、检查燃烧道，并重新正确安装火嘴后，再次点燃。,4.1.9 长明灯无法点火或熄灭无法点火的原因：开工点炉时燃料气管线内存有惰性气体，燃料气流程没有打通，长明灯线过滤器或长明灯喷嘴堵塞，炉内正压或负压过大，火嘴内燃料气和风的配比不当，火嘴安装位置不当等情况都可造成长明灯无法点燃或熄灭。长明灯熄灭后，不能随时点燃主火嘴，可能发生可燃气体在炉内聚集情况，形成隐患。发现长明灯熄灭，应及时查找原因处理，拆下长明灯进行清理，回装后重新点燃。,4.1.10 烟道冒烟冒黑烟是因为燃料燃烧不完全或者是炉管破裂造成。可能的原因有：燃料油雾化效果不好；烧油量变大、燃料气组成变重时，火嘴部位供风量不足；炉管破裂，使工艺介质漏入燃烧室。燃料燃烧不完全时通过提高雾化效果和调整供风量来解决，炉管破裂需要停掉加热炉，必要时通入蒸汽冷却炉膛防止爆燃，对破裂炉管进行检修处理。,4.1.11 高NOx排放在烟道气中测量到的NOx浓度超出允许操作等级。可能的原因有：1）火嘴设计有问题、入炉空气温度高、燃烧速率快等原因造成峰值火焰温度高，NOx生成速率将增加；2）燃料中氮元素含量高时，NOx排放将随氮浓度的增加而增加；3）过剩空气量大；4）NOx分析仪读数不准。,通过改造火嘴，可以有效地减少NOx的形成。降低高NOx排放的燃烧技术包括分级空气火嘴技术、分级燃料火嘴技术、超低NOx火嘴技术、在燃料气中加入惰性气体降低火焰温度的火嘴技术。,4.2紧急停炉程序加热炉运行中最常见的紧急情况是炉管破裂，如果处理不好会导致设备损坏和人员伤亡，发生炉管破裂时应采取紧急停炉程序，将事故控制在最小的范围内。,4.2.1 炉管破裂现象炉膛温度、烟气温度突然上升烟囱冒黑烟炉膛看不清炉子周围淌油着火，进料泵压力下降,4.2.2 炉管破裂的原因a 炉管长时间失修，平时发现炉管有膨胀鼓泡、脱皮等缺陷：炉管材质不好，受高温氧化及物料的冲蚀、腐蚀发生砂眼或裂口。b 炉管局部过热：如燃料油、燃料气带油喷至炉管上燃烧；火嘴位置不正，火焰直扑炉管。c 辐射炉管内介质偏流，造成炉管过热或操作变化大引起剧烈胀缩等。d 炉管弯头焊口有砂眼，年久腐蚀，检修质量不好，检修中遗留的质量缺陷。,4.2.3 炉管破裂会造成的后果a.炉管和支撑的融化和烧毁；b.炉膛内爆燃；c.对流段塌落到辐射段；d.由于加热炉支撑结构的损坏使加热炉倒塌；e.燃料油扩散到其它区域着火，使其它设备存在危险；,f.在加热炉周围形成爆炸区，有被点燃的可能；g.几个加热炉共用的烟囱损坏；h.快速停炉时，热冲击造成法兰泄漏。,4.2.4 紧急事故措施1.如炉管破裂应立即关闭燃料阀门，切断燃料气、燃料油，切断加热炉进出料源。2.及时将事故情况汇报上级部门、报火警和有关单位。3.立即打开炉膛消防蒸汽阀，将消防蒸汽引入炉膛。4. 开大烟道挡板，关闭空气挡板，用消防蒸汽来冷却喷出的油，用消防炮喷雾来保护临近的设备，给加热炉和烟囱降温以避免倒塌。5.其它按紧急停工程序处理。,4.2.5 注意事项a. 控制事故范围，避免火灾蔓延，把火灾控制在炉膛内，使用蒸汽或氮气，慢慢地将损坏炉管中的介质吹入炉膛。以正常的方式吹扫其它炉管内的介质，避免其它炉管发生破裂。如果损坏的炉管中含有氢气，不要吹扫炉管，让炉管中的介质在炉膛内消散。,b. 在炉膛内可能有没参加燃烧的烃蒸汽，避免在加热炉和炉管及烟囱内产生爆炸性气体。如果有其它的加热炉，应该保持在最低的负荷燃烧，保持过剩氧含量最低，直到关闭风门或风道挡板。然后引入蒸汽吹扫炉膛。c. 不断通入灭火蒸汽，切断入炉空气，直到加热炉降到低于315。用测爆仪检测炉膛内的可燃气体，如果没有可燃气体，可以打开风道挡板或风门以增加冷却速度。,5加热炉的优化与节能措施加热炉要始终处于稳定的运行状态，同时各相关参数处于最佳配比状态，燃烧充分，换热良好，损失较低。通过对加热炉进行及时调整、适时控制、采用自控和必要改造等优化方法，达到方便控制、提高热效率、节约能源的效果。,从工艺、设备、调控和管理的角度出发，根据加热炉效率反平衡的计算方法，结合加热炉自身特点，归纳总结了如下4条调优的方法： 1、提高加热炉热效率； 2、加强日常控制和提高自动化的应用； 3、加强设备的维护，合理配备监控仪表； 4、提高人员素质，加强日常管理。,5.1 提高加热炉热效率5.1.1 降低排烟温度以减少排烟热损失1）减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。2）将需要加热的低温介质等引入对流室末端。,3）采用各种空气预热器以预热空气。空气温度每提高20 ，炉子热效率约提高一个百分点。值得指出的是，随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOx增加，对环保是不利的。另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器的变形等问题，一般空气预热温度不宜超过300 。4）采用烟气余热锅炉以发生蒸汽。,5）除灰除垢，以保证管式炉长期在高热效率下运转。坚持用吹灰器定期（每8小时或24小时）清除对流段积灰。这一点对烧渣油的管式炉来说，尤为重要。现在的吹灰器有许多种，除以前常用的蒸汽吹灰器外，近几年又出现了声波除灰器、亚（次）声波除灰器、激波除灰器等等。停工期间对炉子对流段进行水冲洗可以较彻底地解决钉头管、翅片管的积灰问题。值得提醒的是，原油脱盐程度对管式炉的传热和热效率有间接的但也是明显的影响。燃料油燃烧后，盐分会沉积在炉管外表面，特别是辐射室炉管外表面。这与积灰一样会增加热阻，降低传热效果。,5.1.2降低过剩空气系数以减少排烟热损失1）选用性能良好的燃烧器，保证在较低的过剩空气系数下完全燃烧；2）在操作过程中管好“三门一板”（风门、气门、油门和烟囱挡板），确保管式炉在合理的过剩空气系数下运转，既不让过剩空气量太大，也不因过剩空气不够而出现不完全燃烧；,3）做好管式炉的堵漏，因为炼油管式炉几乎都是负压操作的，如果看火门、人孔门、弯头箱门等关闭不严或炉墙有泄漏之处，从这些地方漏人炉内的空气一般都不参与燃烧而白白带走热量。4）过剩空气系数太大不仅使热效率降低，还有其他许多有害之处，例如加速炉管和炉内构件的氧化、增加对流室吸热量、提高SO2向SO3的转化率从而加剧低温露点腐蚀等等。,5.1.3减少不完全燃烧损失不完全燃烧除造成热损失，降低热效率外，还造成大气污染。机械不完全燃烧产生的炭粒还会造成对流室炉管表面积灰，影响传热效果。减少不完全燃烧损失的措施首先是选用性能良好的燃烧器，并及时和定期的维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行。其次是在操作中精心调节“三门一板”，以保证过剩空气量既不太多，也不太少。目前燃烧器性能一般都较好，不完全燃烧都较少，但烧油时需要经常调整，保持燃烧良好。通过分析烟气中CO含量可以监控化学不完全燃烧情况。,5.1.4减少散热损失管式炉外壁以辐射和对流两种方式向大气散热。散热量与炉外壁温度、环境温度和风速等有关。环境温度和风速对炉外壁温度影响较大，而对散热损失虽然有影响，但是影响并不大。新建的炼油管式炉的散热损失并不大，一般仅占炉子总供热量的1.53。但对于已经使用多年，炉墙已有损坏的炉子，及时修补炉墙对减少散热损失，提高热效率却是很有必要的。,5.2低温露点腐蚀燃料在燃烧时，其中的氢（H）和氧（O）化合生成水蒸气（H2O)，而燃烧器大部分又采用蒸汽雾化，因而使炉子中的烟气带有大量的水蒸气。另外，燃料中的硫（S）在燃烧后生成二氧化硫（SO2），其中少量的SO2进一步又氧化成三氧化硫（SO3），三氧化硫与烟气中的水蒸气结合生成硫酸（H2SO4）。含有硫酸蒸汽的烟气露点大为升高，当受热面的壁温低于露点时，含有硫酸的蒸汽就会在受热面上凝结成含有硫酸的液体，对受热面产生严重腐蚀。因为它是在温度较低的受热面上发生的腐蚀，故称为低温腐蚀。由于只有在受热面上结露后才发生这种腐蚀，所以又称露点腐蚀。,露点温度的高低除与燃料中的含硫量有关外，还与过剩空气系数和三氧化硫的生成量等因素有关。根据我国燃料的含硫量，露点温度一般在105130范围内。有条件时，在现场最好利用露点温度进行实际测定。减少低温露点腐蚀，最重要的是使管壁或加热元件的壁温高于露点，或采用耐腐蚀材料。例如，低温油进料的入炉温度应在100以上，空气预热器采用热风循环，或利用其他介质将入口空气温度提高到60以上。,5.3加热炉优化控制加热炉能保持在高的热效率下运行，是炼厂节能工作的重点。优化控制的目标是实现氧含量和负压的自动控制，使加热炉实现时时优化操作。应满足以下要求：1.氧含量表（氧化锆）和炉膛负压表安装位置在辐射室出口，对流室遮蔽管下方。2.保证氧含量表和负压表工作正常，取样管、导压管畅通，