管式加热炉设计和应用—第二章

1、第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 管式炉在不同装置中的位置及所起到的作用千差万别，见下表管式炉在不同装置中的位置及所起到的作用千差万别，见下表2-12-1，控制方案也不尽相同。本章将重点对蒸馏炉、残渣油炉、加氢炉、制氢控制方案也不尽相同。本章将重点对蒸馏炉、残渣油炉、加氢炉、制氢炉、重整炉、润滑油加工炉、气体加热炉的工艺流程、设计要点等进行炉、重整炉、润滑油加工炉、气体加热炉的工艺流程、设计要点等进行探讨。探讨。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.1 2.1 蒸馏炉蒸馏炉 2.1.1 2.1.1 蒸馏炉在装置中的位置

2、蒸馏炉在装置中的位置 蒸馏装置工艺流程图蒸馏装置工艺流程图第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.1.2 2.1.2 蒸馏炉设计要点蒸馏炉设计要点 1 1）炉型选择）炉型选择 一般蒸馏炉，当热负荷不大于一般蒸馏炉，当热负荷不大于30MW30MW时，优先选用辐射时，优先选用辐射- -对流型圆筒炉，对流型圆筒炉，当热负荷大于当热负荷大于30MW30MW时，通常选用立管立式炉或立管双室箱式炉。时，通常选用立管立式炉或立管双室箱式炉。 立管炉的炉管与火焰平行，每一根炉管都要通过高温区。卧管炉的炉立管炉的炉管与火焰平行，每一根炉管都要通过高温区。卧管炉的炉管与火焰垂直，

3、只有部分炉管处在高温区。两者比较起来，前者支撑炉管管与火焰垂直，只有部分炉管处在高温区。两者比较起来，前者支撑炉管的高合金管架少，投资省，但其局部过热而造成被加热油品裂解的倾向要的高合金管架少，投资省，但其局部过热而造成被加热油品裂解的倾向要比后者大得多。因此，生产润滑油的润滑油型减压炉应选用卧管炉。一些比后者大得多。因此，生产润滑油的润滑油型减压炉应选用卧管炉。一些二次加工装置的产品品质要求较高，如重油加氢装置的常、减压分馏塔进二次加工装置的产品品质要求较高，如重油加氢装置的常、减压分馏塔进料加热炉，也要求采用卧管炉。料加热炉，也要求采用卧管炉。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管

4、式炉在炼油工艺过程中的作用 2 2）主要工艺参数）主要工艺参数 包括辐射管平均热强度和管内介质流速，见下表包括辐射管平均热强度和管内介质流速，见下表2-22-2。 表表2-2 2-2 一般蒸馏炉的主要工艺参数一般蒸馏炉的主要工艺参数第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 表表2-2 2-2 所列的流速是所谓所列的流速是所谓“经济流速经济流速”，在此范围内，炉管内的总压，在此范围内，炉管内的总压降一般在降一般在0.5MPa0.5MPa0.7MPa0.7MPa。国外一些工程公司则认为应采用。国外一些工程公司则认为应采用“品质流速品质流速”，即高流速，一般是经济流速的

5、二至三倍，管内总压降高达即高流速，一般是经济流速的二至三倍，管内总压降高达 1.2MPa 1.2MPa2MPa2MPa。在高流速下，油品局部过热裂解的倾向小，最终油品的品质好。如设计采在高流速下，油品局部过热裂解的倾向小，最终油品的品质好。如设计采用用“品质流速品质流速”，应取得工艺专业的认可，以便工艺专业考虑到高压降后，应取得工艺专业的认可，以便工艺专业考虑到高压降后选择泵的扬程。选择泵的扬程。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 3 3）炉管材质的选择及壁厚计算）炉管材质的选择及壁厚计算 常减压加热炉推荐用材，见下表常减压加热炉推荐用材，见下表2-32-

6、3。 表表2-3 2-3 常减压加热炉推荐用材常减压加热炉推荐用材第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 蒸馏炉的操作压力一般都低于蒸馏炉的操作压力一般都低于2.5MPa2.5MPa，因此，炉管壁厚一般不用计算，因此，炉管壁厚一般不用计算，而根据经验和习惯选取，见下表而根据经验和习惯选取，见下表2-42-4。 表表2-4 2-4 炉管壁厚选取炉管壁厚选取第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 4 4）炉管扩径）炉管扩径 减压炉的汽化段炉管，一般要逐级扩径，以使其被加热介质接近于等减压炉的汽化段炉管，一般要逐级扩径，以使其被加热介质

7、接近于等温汽化。温汽化。同时要求炉同时要求炉- -塔之间的转油线为低速、低压降转油线。这种设计塔之间的转油线为低速、低压降转油线。这种设计可以在较低的炉出口温度下，达到较高的汽化率（显热转化为潜热），保可以在较低的炉出口温度下，达到较高的汽化率（显热转化为潜热），保证减压塔有较高的轻油收率，并能保证在整个汽化段内不至于超温，尽可证减压塔有较高的轻油收率，并能保证在整个汽化段内不至于超温，尽可能的减少油品裂解，从而保证最终产品有较好的品质。能的减少油品裂解，从而保证最终产品有较好的品质。 逐级扩径应进行比较精确的分段计算，以保证整个扩径过程中均具有逐级扩径应进行比较精确的分段计算，以保证整个扩径

8、过程中均具有良好的流型良好的流型- -雾状流或环雾流，避免可能出现水击的液节流。雾状流或环雾流，避免可能出现水击的液节流。 每次扩径后的管段始端，一般容易出现不理想的流型，末端则容易出每次扩径后的管段始端，一般容易出现不理想的流型，末端则容易出现高流速和超温。现高流速和超温。因此，计算过程中应适当调整各管径的管段长度，以保因此，计算过程中应适当调整各管径的管段长度，以保证理想的流型，保证温度波动在证理想的流型，保证温度波动在33以内，高流速一般应控制在临界流以内，高流速一般应控制在临界流速（该工况下的声速）的速（该工况下的声速）的 80%80%以下。以下。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中

9、的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.2.2 2 残渣油炉残渣油炉 这类加热炉包括延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉等，均属于这类加热炉包括延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉等，均属于加热重质油料的管式炉，其特点为管内油品比重大（一般均在加热重质油料的管式炉，其特点为管内油品比重大（一般均在0.90.9以以上）、粘度高、易裂解、管内壁容易结焦，为保证加热炉能长周期运行，上）、粘度高、易裂解、管内壁容易结焦，为保证加热炉能长周期运行，一般均在辐射管内注入蒸汽以提高管内流速。一般均在辐射管内注入蒸汽以提高管内流速。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2.2.2

10、 2.1 .1 焦化炉在装置中的位置焦化炉在装置中的位置 焦化装置工艺流程图焦化装置工艺流程图第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.2.2 2.2 .2 残渣油炉设计要点残渣油炉设计要点 1 1）炉型选择）炉型选择 由于延迟焦化炉和沥青加热炉操作条件较为苛刻，应选择水平管立式由于延迟焦化炉和沥青加热炉操作条件较为苛刻，应选择水平管立式炉或炉或单排卧管双面辐射立式炉单排卧管双面辐射立式炉，而减粘炉由于操作温度相对较低，可选用，而减粘炉由于操作温度相对较低，可选用圆筒炉。当采用单排卧管双面辐射炉时，不仅能改善传热的均匀性，还能圆筒炉。当采用单排卧管双面辐射炉时，

11、不仅能改善传热的均匀性，还能缩短油料在炉内的停留时间，因此新设计的焦化炉大都采用这种炉型。缩短油料在炉内的停留时间，因此新设计的焦化炉大都采用这种炉型。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2 2）主要工艺参数）主要工艺参数 a a、管程数、管径及管内油品质量流速、管程数、管径及管内油品质量流速 由于管内油品重、粘度大，易结焦等特点，炉管管径既不宜过大也不由于管内油品重、粘度大，易结焦等特点，炉管管径既不宜过大也不宜过小。管径过大则造成管内传热系数减小，内膜温度升高；管径过小时宜过小。管径过大则造成管内传热系数减小，内膜温度升高；管径过小时结焦易造成管内堵塞

12、，因此结焦易造成管内堵塞，因此一般均在一般均在60 60 至至127 127 之内选择之内选择。为了避免。为了避免介质偏流造成炉管局部过热而产生结焦现象，在满足管内流速及压降限制介质偏流造成炉管局部过热而产生结焦现象，在满足管内流速及压降限制的前提下应使管程数最少。由于延迟焦化炉对油品在管内的停留时间有一的前提下应使管程数最少。由于延迟焦化炉对油品在管内的停留时间有一定的限制（一般油品温度大于定的限制（一般油品温度大于426426后在管内的停留时间不宜超过后在管内的停留时间不宜超过45s45s），），而管程数越少则意味油品在管内的停留时间越长，因此延迟焦化炉管程数而管程数越少则意味油品在管内的

13、停留时间越长，因此延迟焦化炉管程数受到以上两方面的限制。对于延迟焦化炉，一般每管程处理量不宜超过受到以上两方面的限制。对于延迟焦化炉，一般每管程处理量不宜超过30 30 万吨万吨/ /年（按照延迟焦化装置处理量计算）。三种加热炉管内油品的质量年（按照延迟焦化装置处理量计算）。三种加热炉管内油品的质量流速范围见表流速范围见表2-52-5。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 b b、 辐射管平均热强度辐射管平均热强度 由于延迟焦化炉出口温度在由于延迟焦化炉出口温度在500500左右，已大大超过油品的临界反左右，已大大超过油品的临界反应温度，所以应尽量缩短油品在

14、管内的停留时间，以使得生焦反应延迟应温度，所以应尽量缩短油品在管内的停留时间，以使得生焦反应延迟到焦碳塔中进行。在管程数、管径一定的情况下，辐射管平均热强度越到焦碳塔中进行。在管程数、管径一定的情况下，辐射管平均热强度越大，单程炉管总长度越小，则停留时间越短。另外辐射管平均热强度过大，单程炉管总长度越小，则停留时间越短。另外辐射管平均热强度过大则会导致管壁温度增加，对减轻管内结焦不利，因此大则会导致管壁温度增加，对减轻管内结焦不利，因此对于延迟焦化加对于延迟焦化加热炉辐射管平均热强度既不能太低也不能过高。热炉辐射管平均热强度既不能太低也不能过高。 表表2-52-5 质量流速范围质量流速范围 第

15、二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 由于减粘加热炉和沥青加热炉出口温度较低（一般在由于减粘加热炉和沥青加热炉出口温度较低（一般在420420以下），未以下），未达到油品的临界反应温度，因此油品在管内的停留时间对这两种加热炉管达到油品的临界反应温度，因此油品在管内的停留时间对这两种加热炉管内结焦影响不大。影响管内结焦的主要因素为管内油品的最高油膜温度，内结焦影响不大。影响管内结焦的主要因素为管内油品的最高油膜温度，因此降低辐射管平均热强度对减少管内结焦是有利的，然而过低的辐射管因此降低辐射管平均热强度对减少管内结焦是有利的，然而过低的辐射管平均热强度则会导致投资

16、增加。平均热强度则会导致投资增加。对于焦化炉采用单排管双面辐射可减少停对于焦化炉采用单排管双面辐射可减少停留时间留时间。综合各种因素，建议三种加热炉的辐射管平均热强度按表。综合各种因素，建议三种加热炉的辐射管平均热强度按表2-62-6选选取。取。 表表2-62-6 推荐的辐射管平均热强度推荐的辐射管平均热强度 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 c c、 炉管材质的选择和壁厚计算炉管材质的选择和壁厚计算 由于延迟焦化炉出口温度较高，一般最高管壁温度均在由于延迟焦化炉出口温度较高，一般最高管壁温度均在 650 650左右，左右，而在操作末期最高管壁温度有可能达

17、到而在操作末期最高管壁温度有可能达到 700 700。Cr5Mo Cr5Mo 炉管的最高使用炉管的最高使用温度为温度为 650 650，因此一些选用，因此一些选用 Cr5Mo Cr5Mo 材质炉管的焦化炉现场操作中炉材质炉管的焦化炉现场操作中炉管更换较为频繁。根据国外焦化炉的设计及操作经验，管更换较为频繁。根据国外焦化炉的设计及操作经验，延迟焦化炉选用延迟焦化炉选用 Cr9Mo Cr9Mo 材质炉管是比较合适的材质炉管是比较合适的。由于延迟焦化炉操作压力不很高，一般。由于延迟焦化炉操作压力不很高，一般均选择均选择 SCH80 SCH80 炉管而不必计算炉管厚度。炉管而不必计算炉管厚度。 对于高

18、酸稠油，当不经过常减压蒸馏直接进焦化装置时，焦化炉对于高酸稠油，当不经过常减压蒸馏直接进焦化装置时，焦化炉炉管应按炉管应按SH/T 3096SH/T 3096关于减压炉炉管选材的规定进行选材。一般介质温关于减压炉炉管选材的规定进行选材。一般介质温度低于度低于 425 425的炉管应选用的炉管应选用 ASTM TP316L ASTM TP316L，甚至是，甚至是 Mo2.5% Mo2.5%的的 TP316L TP316L。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 减粘加热炉减粘加热炉出口温度约为出口温度约为 420 420，其最高管壁温度在，其最高管壁温度在550

19、550左右，因左右，因此此选择选择Cr5MoCr5Mo材质炉管是较为合适的材质炉管是较为合适的。沥青加热炉沥青加热炉出口温度一般不超过出口温度一般不超过 300300，由于辐射管平均热强度较低，其最高管壁温度一般在，由于辐射管平均热强度较低，其最高管壁温度一般在400400以下，以下，因此炉管材质选择主要是受到油品中硫及其他腐蚀性介质含量的制约，根因此炉管材质选择主要是受到油品中硫及其他腐蚀性介质含量的制约，根据具体情况据具体情况可选择碳钢和铬钼钢材质炉管可选择碳钢和铬钼钢材质炉管。减粘加热炉和沥青加热炉炉管。减粘加热炉和沥青加热炉炉管壁厚一般不需要计算而是凭经验选取，具体可参照蒸馏炉数据。壁

20、厚一般不需要计算而是凭经验选取，具体可参照蒸馏炉数据。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.3 2.3 加氢炉加氢炉 加氢装置反应器进料加热炉，一般简称为加氢反应炉或加氢炉。加加氢装置反应器进料加热炉，一般简称为加氢反应炉或加氢炉。加氢装置常常还有其它加热炉，如分馏塔进料加热炉，但这些炉子与蒸馏氢装置常常还有其它加热炉，如分馏塔进料加热炉，但这些炉子与蒸馏炉大同小异，这里就不再叙述。炉大同小异，这里就不再叙述。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2.3.1 2.3.1 加氢炉在装置中的位置加氢炉在装置中的位置 加氢裂化

21、反应部分工艺流程图加氢裂化反应部分工艺流程图第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.3.2.3.2 2 加氢设计要点加氢设计要点 1 1）加氢炉分类）加氢炉分类 按操作压力分类，加氢炉可分为按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢炉和中低压加氢炉高压加氢炉和中低压加氢炉两大类。两大类。按被加热的原料油分类，加氢炉又可分为燃料油型加氢炉和润滑油型加氢按被加热的原料油分类，加氢炉又可分为燃料油型加氢炉和润滑油型加氢炉两大类。炉两大类。 操作压力在操作压力在10MPa10MPa以上的一般叫做高压加氢炉以上的一般叫做高压加氢炉，如减压渣油加氢，如减压渣油加氢（VRDSVR

22、DS）炉、常压重油加氢（）炉、常压重油加氢（ARDSARDS）炉、减压瓦斯油加氢（）炉、减压瓦斯油加氢（SSOTSSOT）炉、加）炉、加氢裂化炉、加氢改质炉等氢裂化炉、加氢改质炉等燃料油型高压加氢炉燃料油型高压加氢炉，也包括如润滑油异构化加，也包括如润滑油异构化加氢脱蜡炉、润滑油加氢精制炉、润滑油加氢降凝炉等氢脱蜡炉、润滑油加氢精制炉、润滑油加氢降凝炉等润滑油型高压加氢炉润滑油型高压加氢炉。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 操作压力在操作压力在10MPa10MPa以下的一般叫做中低压加氢炉以下的一般叫做中低压加氢炉，如石脑油、汽油预加，如石脑油、汽油预加

23、氢炉，柴油临氢降凝炉，煤油、柴油加氢精制炉等氢炉，柴油临氢降凝炉，煤油、柴油加氢精制炉等燃料油型加氢炉燃料油型加氢炉；也有；也有润滑油临氢降凝炉、润滑油加氢精制炉和石蜡加氢炉等润滑油临氢降凝炉、润滑油加氢精制炉和石蜡加氢炉等润滑油型加氢炉润滑油型加氢炉。上述分类见表上述分类见表2-72-7。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用表表2-7 2-7 加氢炉分类及主要工艺参数加氢炉分类及主要工艺参数第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2 2）炉型选择）炉型选择 加氢炉炉管内一般为气加氢炉炉管内一般为气- - 液两相流，因此，液两

24、相流，因此，选用单排卧管双面辐射炉选用单排卧管双面辐射炉型型。只有加氢裂化采用炉后混油的流程，炉管内仅走氢气时，才选用单排。只有加氢裂化采用炉后混油的流程，炉管内仅走氢气时，才选用单排立管双面辐射炉型。立管双面辐射炉型。 采用单排管双面辐射的主要理由，是因为它的吸收因素是单排管单面采用单排管双面辐射的主要理由，是因为它的吸收因素是单排管单面辐射的辐射的1.51.5倍，这可以提高昂贵的不锈钢炉管的利用率，降低加氢炉的投倍，这可以提高昂贵的不锈钢炉管的利用率，降低加氢炉的投资；同时还缩短了炉管的水力长度、减少管内压降。资；同时还缩短了炉管的水力长度、减少管内压降。 加氢炉一般易设计成纯辐射型加氢炉

25、一般易设计成纯辐射型，烟气送入分馏炉的对流室或将分馏炉，烟气送入分馏炉的对流室或将分馏炉的进料一部分引入加氢炉对流室，以回收烟气余热，或者同分馏炉的烟气的进料一部分引入加氢炉对流室，以回收烟气余热，或者同分馏炉的烟气合并进入余热锅炉。当加氢装置没有分馏炉，又无别的冷源时，加氢炉也合并进入余热锅炉。当加氢装置没有分馏炉，又无别的冷源时，加氢炉也设置对流室，采用翅片管，以提高炉子效率，但这种设计并不十分经济。设置对流室，采用翅片管，以提高炉子效率，但这种设计并不十分经济。同时管内压降也较大。重质油品和润滑油型加氢炉介质一般不应走对流室，同时管内压降也较大。重质油品和润滑油型加氢炉介质一般不应走对流

26、室，因为遮蔽管处的高热强度可能会造成油品裂解。因为遮蔽管处的高热强度可能会造成油品裂解。第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 3 3）主要工艺参数）主要工艺参数 a a、辐射管平均热强度、辐射管平均热强度 辐射管平均热强度主要取决于被加热介质允许的最高油膜温度、辐射辐射管平均热强度主要取决于被加热介质允许的最高油膜温度、辐射传热的均匀性及炉管材质。传热的均匀性及炉管材质。推荐的辐射管平均热强度列于表推荐的辐射管平均热强度列于表2-72-7。高压加。高压加氢加热炉的炉管材质都比较好，允许使用温度也较高，炉管壁温一般不会氢加热炉的炉管材质都比较好，允许使用温度也较

27、高，炉管壁温一般不会成为限制条件。但重油发生结焦的成为限制条件。但重油发生结焦的“临界温度临界温度”较低，这是辐射管平均热较低，这是辐射管平均热强度的限制条件。强度的限制条件。 一般来说，油料越重，直链烷烃越多，则结焦的一般来说，油料越重，直链烷烃越多，则结焦的“临界温度临界温度”越低。越低。将整个盘管内最高的油膜温度控制在此临界温度以下，是防止结焦的根本将整个盘管内最高的油膜温度控制在此临界温度以下，是防止结焦的根本措施。措施。 对于操作压力较低的预加氢炉，当被加热介质中对于操作压力较低的预加氢炉，当被加热介质中H H2 2S S含量较低而采用铬含量较低而采用铬- - 钼钢炉管时，一般采用圆

28、筒炉。钼钢炉管时，一般采用圆筒炉。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 b b、管内流速、管内流速 加氢炉管内一般都是气加氢炉管内一般都是气- - 液两相流，由于受氢液两相流，由于受氢- - 油比的影响，质量流油比的影响，质量流速很不直观，因此常用线速度来控制。推荐的流速范围列于表速很不直观，因此常用线速度来控制。推荐的流速范围列于表2-72-7。对油。对油品进行加氢处理的目的是为了获得优良品质的产品，因此，在压降允许的品进行加氢处理的目的是为了获得优良品质的产品，因此，在压降允许的情况下，加氢炉的管内流速一般都取较高值，甚至超过表情况下，加氢炉的管内流速一

29、般都取较高值，甚至超过表2-72-7所列的上限，所列的上限，以便尽可能的减少油品局部过热。以便尽可能的减少油品局部过热。决定流速上限的是允许压降，而决定流决定流速上限的是允许压降，而决定流速下限的是管内的流型，这一点计算时应特别注意，应保持管内总是处在速下限的是管内的流型，这一点计算时应特别注意，应保持管内总是处在雾状流和环雾流这样的良好流型雾状流和环雾流这样的良好流型（保证（保证70%70%处理量时仍能达到环雾流）。处理量时仍能达到环雾流）。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 c c、炉管材质的选择和壁厚计算、炉管材质的选择和壁厚计算 加氢炉炉管材质主要

30、根据管内介质的氢分压，硫化氢含量、操作压力加氢炉炉管材质主要根据管内介质的氢分压，硫化氢含量、操作压力和管壁温度来选择。和管壁温度来选择。 中低压加氢炉，中低压加氢炉，当管内介质硫化氢的克分子浓度不大于当管内介质硫化氢的克分子浓度不大于0.1%0.1%时，可采时，可采用用Cr5MoCr5Mo、Cr9Mo Cr9Mo 等材质，大于等材质，大于0.1%0.1%时，时，应选用经固溶和稳定化处理的应选用经固溶和稳定化处理的 TP321TP321不锈钢不锈钢。 高压加氢炉管，一般选用经固溶和稳定化处理的高压加氢炉管，一般选用经固溶和稳定化处理的TP347TP347。这是因为。这是因为TP347TP347

31、的高温许用应力要比的高温许用应力要比 TP321 TP321的高得多，采用的高得多，采用TP347TP347可用较薄的壁厚。可用较薄的壁厚。 加氢炉的炉管由于其工作压力和温度均较高，且使用材质昂贵，因此加氢炉的炉管由于其工作压力和温度均较高，且使用材质昂贵，因此其壁厚必须严格按照其壁厚必须严格按照 SH/ T3037 SH/ T3037进行计算，不能凭经验随意选取。进行计算，不能凭经验随意选取。第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.4 2.4 制氢炉制氢炉 制氢炉是以烃类为原料，用蒸汽转化法生产氢气的炉子。实质上制制氢炉是以烃类为原料，用蒸汽转化法生产氢气的

32、炉子。实质上制氢炉是一个多管并流的外热式反应器。与一般加热炉比，其最大的不同氢炉是一个多管并流的外热式反应器。与一般加热炉比，其最大的不同之处，就是其每一根炉管就是一个直接火焰加热的转化反应器，因此其之处，就是其每一根炉管就是一个直接火焰加热的转化反应器，因此其炉管一般也称为转化管，管内装填有催化剂。工艺介质（烃加水蒸汽）炉管一般也称为转化管，管内装填有催化剂。工艺介质（烃加水蒸汽）一边吸热，一边进行着复杂的化学反应，因此工艺计算比一般加热炉复一边吸热，一边进行着复杂的化学反应，因此工艺计算比一般加热炉复杂得多。杂得多。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用

33、2.4.1 2.4.1 制氢炉在装置中的位置制氢炉在装置中的位置 制氢装置工艺流程图制氢装置工艺流程图第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.4.2.4.2 2 制氢炉设计要点制氢炉设计要点 1 1）炉型选择）炉型选择 烃类蒸汽转化过程是伴有传热、传质、动量传递和复杂化学反应的综烃类蒸汽转化过程是伴有传热、传质、动量传递和复杂化学反应的综合过程，要求传热与反应必须相适应，对于并行的复杂反应，应能控制其合过程，要求传热与反应必须相适应，对于并行的复杂反应，应能控制其反应的进程。因此，所选用的炉型、原料、催化剂和操作条件等应作为一反应的进程。因此，所选用的炉型、原

34、料、催化剂和操作条件等应作为一个整体来考虑。个整体来考虑。 制氢炉操作条件是炼油厂加热炉中最苛刻的，转化管系统使用的都是制氢炉操作条件是炼油厂加热炉中最苛刻的，转化管系统使用的都是高铬镍合金材料，因此应选用高铬镍合金材料，因此应选用单排管双面辐射炉型单排管双面辐射炉型，以防止局部过热，使，以防止局部过热，使炉管周向和轴向温度分布均匀，提高炉管的利用率。炉管周向和轴向温度分布均匀，提高炉管的利用率。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 制氢炉的炉型有侧烧炉、顶烧炉和梯台炉三种，国内常用的是侧烧和制氢炉的炉型有侧烧炉、顶烧炉和梯台炉三种，国内常用的是侧烧和顶烧两

35、种。侧烧炉顶烧两种。侧烧炉一般为双室立式炉，对流室置于两辐射室中间的上方，一般为双室立式炉，对流室置于两辐射室中间的上方，烟气上行，适宜于靠烟囱抽力自然通风。在两面侧墙的不同高度上布置梅烟气上行，适宜于靠烟囱抽力自然通风。在两面侧墙的不同高度上布置梅花形辐射墙侧壁燃烧器。转化管布置在每个辐射室的中间，原料气和蒸汽花形辐射墙侧壁燃烧器。转化管布置在每个辐射室的中间，原料气和蒸汽混合物在对流段预热后经上集气管和上尾管分配至各个转化管，从上向下混合物在对流段预热后经上集气管和上尾管分配至各个转化管，从上向下行，边吸热边反应，转化气由下尾管引出，进入下集气支管，再进入下集行，边吸热边反应，转化气由下尾

36、管引出，进入下集气支管，再进入下集气总管，去转化气余热锅炉。气总管，去转化气余热锅炉。转化管纵向温度分布可以通过侧壁燃烧器自转化管纵向温度分布可以通过侧壁燃烧器自由调节。由调节。这对以石脑油为原料，使用低温活性较好的催化剂，但又害怕温这对以石脑油为原料，使用低温活性较好的催化剂，但又害怕温升过快而造成石脑油热裂解析炭较为有利。侧烧炉可以通过调节不同高度升过快而造成石脑油热裂解析炭较为有利。侧烧炉可以通过调节不同高度的燃烧器放热量来满足工艺要求。的燃烧器放热量来满足工艺要求。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 顶烧炉顶烧炉的辐射室为箱式结构，燃烧器布置在炉顶

37、，一排燃烧器，一排的辐射室为箱式结构，燃烧器布置在炉顶，一排燃烧器，一排炉管顺序布置。烟气下行，管内介质也下行。这种并流操作传热和反应基炉管顺序布置。烟气下行，管内介质也下行。这种并流操作传热和反应基本适应。由于炉顶烟气温度高，炉管很快就被加热至高温，这就充分利用本适应。由于炉顶烟气温度高，炉管很快就被加热至高温，这就充分利用了昂贵的炉管材料，同时，反应最剧烈的地方，也是供热最多的地方，因了昂贵的炉管材料，同时，反应最剧烈的地方，也是供热最多的地方，因此，轴向温度分布较为理想。炉管结构与侧烧炉大致一样。对流室布置在此，轴向温度分布较为理想。炉管结构与侧烧炉大致一样。对流室布置在辐射室的下侧地面

38、。烟气靠引风机抽出，炉膛负压也靠引风机形成，因此，辐射室的下侧地面。烟气靠引风机抽出，炉膛负压也靠引风机形成，因此，引风机对顶烧炉是致关重要的引风机对顶烧炉是致关重要的，一般应采取，一般应采取一开一备，互相连锁一开一备，互相连锁的措施。的措施。 也可以设置两台引风机，同时运行，每台风机风量均按最大总风量的也可以设置两台引风机，同时运行，每台风机风量均按最大总风量的60%60%选型选型。当一台引风机出现故障时，另一台引风机以最大总风量的。当一台引风机出现故障时，另一台引风机以最大总风量的60%60%运运行，运行方式灵活，投资较少。一台引风机停运时，转化炉降量运行，负行，运行方式灵活，投资较少。一

39、台引风机停运时，转化炉降量运行，负荷从荷从100%100%降到降到60%60%，负荷变化相对较小，转化炉仍可自动操作，确保转化，负荷变化相对较小，转化炉仍可自动操作，确保转化炉的长期连续安全运行，相比风机一开一备、互为连锁的运行方式，有很炉的长期连续安全运行，相比风机一开一备、互为连锁的运行方式，有很大的优越性。大的优越性。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2 2）主要工艺参数）主要工艺参数 a a、残余甲烷残余甲烷：残余甲烷指的是转化管出口处转化气中扣除水蒸气后：残余甲烷指的是转化管出口处转化气中扣除水蒸气后的干基甲烷的含量。的干基甲烷的含量。它是衡量

40、转化反应深度的重要指标。它是衡量转化反应深度的重要指标。合成氨厂由于有合成氨厂由于有二段转化炉，一段转化炉残余甲烷一般只要求二段转化炉，一段转化炉残余甲烷一般只要求 8 mol% 8 mol%12 mol%12 mol%。而制氢。而制氢的残余甲烷的残余甲烷一般要求一般要求 3 mol% 3 mol%7 mol%7 mol%。 b b、温度温度：因为烃类蒸汽转化反应是吸热反应，因此，不论从化学反：因为烃类蒸汽转化反应是吸热反应，因此，不论从化学反应的平衡，还是从化学反应的速度来讲，升高温度对转化反应都是有利的。应的平衡，还是从化学反应的速度来讲，升高温度对转化反应都是有利的。温度升高的限制主要在

41、于炉管材质的耐热性能温度升高的限制主要在于炉管材质的耐热性能，转化气的出炉温度一般是，转化气的出炉温度一般是 800800850850。国外转化气出炉温度有高达。国外转化气出炉温度有高达 915 915的。的。 提高原料气预热温度可降低辐射室热负荷，提高高温炉管的利用率，提高原料气预热温度可降低辐射室热负荷，提高高温炉管的利用率，预热温度的提高要受烃类热裂解的限制预热温度的提高要受烃类热裂解的限制。以天然气和炼厂气为原料时，预以天然气和炼厂气为原料时，预热温度约为热温度约为 500 500600600，以石脑油为原料时，预热温度为，以石脑油为原料时，预热温度为 450 450500500。 第

42、二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 c c、压力压力：提高操作压力，对反应的平衡不利，残余甲烷会增加，但是：提高操作压力，对反应的平衡不利，残余甲烷会增加，但是在可能的条件下，还是尽量提高操作压力，因为这样会有一系列的优点：在可能的条件下，还是尽量提高操作压力，因为这样会有一系列的优点：因为转化反应是增加分子反应，提高压力可减少压缩功；随着压力的提高，因为转化反应是增加分子反应，提高压力可减少压缩功；随着压力的提高，变换气中水蒸汽的露点温度提高有利余热回收；提高压力，可使设备紧凑，变换气中水蒸汽的露点温度提高有利余热回收；提高压力，可使设备紧凑，强化生产，有利

43、于后续工序的变换和脱碳；提高压力还可以减少管内压降，强化生产，有利于后续工序的变换和脱碳；提高压力还可以减少管内压降，可以采用较高的空速。可以采用较高的空速。制氢炉的入口压力一般是制氢炉的入口压力一般是 2MPa 2MPa3MPa3MPa。 d d、水碳比水碳比：从化学平衡来讲，提高水碳比有利于甲烷转化。从化学：从化学平衡来讲，提高水碳比有利于甲烷转化。从化学反应速度来讲，则有两种完全相反的观点，一种认为蒸汽在催化剂的镍表反应速度来讲，则有两种完全相反的观点，一种认为蒸汽在催化剂的镍表面吸附抑制活性的发挥，另一种认为水蒸汽增加，推动力增加，有利于甲面吸附抑制活性的发挥，另一种认为水蒸汽增加，推

44、动力增加，有利于甲烷的转化反应，同时对抑制析碳也是有利的，但是水碳比增加，意味着水烷的转化反应，同时对抑制析碳也是有利的，但是水碳比增加，意味着水蒸汽消耗指标增加，而多余的水蒸汽也要加热到转化气出口温度，热负荷蒸汽消耗指标增加，而多余的水蒸汽也要加热到转化气出口温度，热负荷也就增加。因此，也就增加。因此，在满足转化反应的前提下，应力求降低水碳比。制氢炉在满足转化反应的前提下，应力求降低水碳比。制氢炉的水碳比在的水碳比在 3 34 4 范围内范围内。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 e e、空速空速：空速表示方法很多，有原料气空速、碳空速、理论氢空速、：空

45、速表示方法很多，有原料气空速、碳空速、理论氢空速、液空速等，液空速等，常用的是原料气空速和碳空速常用的是原料气空速和碳空速。 空速的选择必须从化学反应和传热两方面综合考虑空速的选择必须从化学反应和传热两方面综合考虑。空速的增加，意。空速的增加，意味着生产强度的提高，因此在条件许可时，应采用高空速，但是，在床层味着生产强度的提高，因此在条件许可时，应采用高空速，但是，在床层高度不变的情况下，空速增加，介质在管内的停留时间减少，残余甲烷含高度不变的情况下，空速增加，介质在管内的停留时间减少，残余甲烷含量增加。如果采用提高温度或增加水碳比来弥补空速的提高，则不论是显量增加。如果采用提高温度或增加水碳

46、比来弥补空速的提高，则不论是显热和化学反应热都将增加，因此，提高空速必须与增加传热相适应，这意热和化学反应热都将增加，因此，提高空速必须与增加传热相适应，这意味着炉管表面热强度和管壁温度要增加。味着炉管表面热强度和管壁温度要增加。目前，国内制氢炉的空速一般取目前，国内制氢炉的空速一般取 650( h650( h-1-1) ) 1000( h1000( h-1-1) ) 。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 3 3）转化管管系选材）转化管管系选材 转化管管系的材料选用主要是根据其各部位的金属工作温度和压力以转化管管系的材料选用主要是根据其各部位的金属工作温度

47、和压力以及材料的高温力学性能来进行的，见下表及材料的高温力学性能来进行的，见下表2-82-8。表表2-8 2-8 转化管管系常用材料转化管管系常用材料第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.5 2.5 重整炉重整炉 重整装置分为预处理部分和重整反应部分等。其中预处理部分的加重整装置分为预处理部分和重整反应部分等。其中预处理部分的加热炉有预加氢进料加热炉、预分馏塔底重沸炉、汽提塔底重沸炉、脱戊热炉有预加氢进料加热炉、预分馏塔底重沸炉、汽提塔底重沸炉、脱戊烷塔底重沸炉等，一般为常用的对流辐射型圆筒炉，没有太特别的地方，烷塔底重沸炉等，一般为常用的对流辐射型圆筒炉，

48、没有太特别的地方，不用细述。不用细述。 重整反应器进料加热炉，一般叫做重整反应器进料加热炉，一般叫做“重整炉重整炉”。重整炉的主要特点重整炉的主要特点是被加热介质为轻质的石脑油加氢气，操作压力低、温度高、体积流量是被加热介质为轻质的石脑油加氢气，操作压力低、温度高、体积流量大，允许压降少。大，允许压降少。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2.5.1 2.5.1 重整炉装置中的位置重整炉装置中的位置 催化重整装置重整反应部分工艺流程图催化重整装置重整反应部分工艺流程图第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.5.2 2.5.

49、2 重整炉设计要点重整炉设计要点 1 1）炉型选择）炉型选择 目前重整工艺用得比较多的是半再生式催化重整和连续重整。一般都目前重整工艺用得比较多的是半再生式催化重整和连续重整。一般都是四台重整炉，对应四台重整反应器串连操作，因此其操作压力也随之递是四台重整炉，对应四台重整反应器串连操作，因此其操作压力也随之递减。减。半再生式催化重整炉的操作压力为半再生式催化重整炉的操作压力为1.9MPa1.9MPa1.5MPa1.5MPa，炉出口温度约，炉出口温度约500500。连续重整的操作压力为。连续重整的操作压力为0.5MPa0.5MPa0.3MPa0.3MPa，炉出口温度约，炉出口温度约550550。

50、 1515万吨万吨/ /年半再生催化重整炉一般选用四台纯辐射圆炉年半再生催化重整炉一般选用四台纯辐射圆炉，分别作为第一、，分别作为第一、二、三、四重整炉，烟气集中排入余热锅炉，炉管流路一般为六路二、三、四重整炉，烟气集中排入余热锅炉，炉管流路一般为六路127127。 2020万吨万吨/ /年以上的半再生催化重整炉一般采用四合一箱式炉年以上的半再生催化重整炉一般采用四合一箱式炉，辐射室作，辐射室作四台重整炉，各台炉之间用火墙隔开，对流室作余热锅炉。辐射室的重整四台重整炉，各台炉之间用火墙隔开，对流室作余热锅炉。辐射室的重整炉管排形式可以是竖琴式、炉管排形式可以是竖琴式、Y Y 型、型、U U 型

51、和冂型。型和冂型。 第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 连续重整的重整炉有两种：一种是连续重整的重整炉有两种：一种是 UOP UOP 技术技术，采用四合一箱式炉，辐，采用四合一箱式炉，辐射室作四台重整炉，各台炉之间用火墙隔开，对流室作余热锅炉，辐射管射室作四台重整炉，各台炉之间用火墙隔开，对流室作余热锅炉，辐射管排采用排采用 U U型或竖琴式；型或竖琴式；另一种是另一种是 IFP IFP 技术技术、四台重整炉为独立的四台箱、四台重整炉为独立的四台箱式炉、对流室联合为一体作余热锅炉，辐射管排为冂型。式炉、对流室联合为一体作余热锅炉，辐射管排为冂型。 煤油脱氢炉

52、一般为单室箱式炉煤油脱氢炉一般为单室箱式炉，辐射管排采用冂型或竖琴式。对流室，辐射管排采用冂型或竖琴式。对流室作余热锅炉。歧化和异构化炉一般选用单室箱式炉，采用冂型管排，对流作余热锅炉。歧化和异构化炉一般选用单室箱式炉，采用冂型管排，对流室排另一种介质，如汽提塔底油或脱庚烷塔底油。室排另一种介质，如汽提塔底油或脱庚烷塔底油。 竖琴式、竖琴式、Y Y 型、型、U U 型及冂的流路数不受限制，因此被大型重整炉广泛型及冂的流路数不受限制，因此被大型重整炉广泛采用。竖琴式管排的进口集合管设置在炉底，出口集合管设置在炉顶，用采用。竖琴式管排的进口集合管设置在炉底，出口集合管设置在炉顶，用恒力弹簧吊架支吊

53、，承受整个管排重量。竖琴式管排适用于较小的热负荷，恒力弹簧吊架支吊，承受整个管排重量。竖琴式管排适用于较小的热负荷，双面辐射，燃烧器可以底烧也可以端墙对烧，可烧气，也可烧油。双面辐射，燃烧器可以底烧也可以端墙对烧，可烧气，也可烧油。第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 2 2）主要工艺参数（见下表）主要工艺参数（见下表2-92-9）第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 3 3）炉管材质的选择及壁厚计算）炉管材质的选择及壁厚计算 重整炉的炉管壁温已接近重整炉的炉管壁温已接近 Cr5Mo Cr5Mo材质的使用温度上限，为安全考虑，

54、材质的使用温度上限，为安全考虑，设计壁温采用计算峰值加设计壁温采用计算峰值加 25 25。一般而言，。一般而言，半再生重整炉管采用半再生重整炉管采用 Cr5Mo Cr5Mo，连续重整炉管采用连续重整炉管采用Cr9MoCr9Mo。集合管的直径均较大，一般在集合管的直径均较大，一般在500mm500mm800mm 800mm 范围内，从强度设计观点看，用范围内，从强度设计观点看，用21/4Cr- 1Mo21/4Cr- 1Mo（P22P22）比较合适，）比较合适，见表见表2-102-10，但目前多采用强度与，但目前多采用强度与 Cr5Mo Cr5Mo 相当的相当的 11/4Cr- 0.5Mo 11/

55、4Cr- 0.5Mo（P11P11）。）。第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用 重整炉炉管内的操作压力虽然较低重整炉炉管内的操作压力虽然较低, , 但其管壁温度都很高，已接近材但其管壁温度都很高，已接近材质的最高使用温度，因此其炉管的壁温和壁厚均应严格计算，不可按经验质的最高使用温度，因此其炉管的壁温和壁厚均应严格计算，不可按经验确定。集合管由于其直径较大，壁厚也应严格计算，其设计壁温可按炉出确定。集合管由于其直径较大，壁厚也应严格计算，其设计壁温可按炉出口温度加口温度加 25 25计。计。 应该注意的是，当计算壁厚太小时，应按最小壁厚取值。应该注意的是，当计

56、算壁厚太小时，应按最小壁厚取值。第二章第二章 管式炉在炼油工艺过程中的作用管式炉在炼油工艺过程中的作用2.2.6 6 润滑油加工炉润滑油加工炉 润滑油精制的老三套装置是酮苯脱蜡、糠醛（或酚）精制、白土精润滑油精制的老三套装置是酮苯脱蜡、糠醛（或酚）精制、白土精制等。制等。在这些装置使用的加热炉统一称为润滑油精制炉，它们的共同特在这些装置使用的加热炉统一称为润滑油精制炉，它们的共同特点是要求低热强度，以避免油品裂解，确保润滑油具有优良的品质。另点是要求低热强度，以避免油品裂解，确保润滑油具有优良的品质。另外各装置的加热炉还有自身的特点，如糠醛很容易结焦，因此糠醛炉的外各装置的加热炉还有自身的特点，如糠醛很容易结焦，因此糠醛炉的盘管应是逐级扩径的，以便将显热及时转变成潜热。又如白土炉的管内盘管应是逐级扩径的，以便将显热及时转变成潜热。又如白土炉的管内油品中含有相当数量的固体白土，为避免白土沉淀堵塞管路，除管内流油品中含有相当数量的固体白土，为避免