加热炉运行及管理

加热炉运行及管理加热炉运行管理第一部分基础知识一、加热炉的定义及用途通常所说的加热炉有油田和长输管线加热炉、石油炼制和石油化工加热炉，目前公司所用的均属于前者，这里介绍的也都是油田和长输管线加热炉。油田和长输管线加热炉指油气田和长输管道用火焰加热原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备。在油、气田的集油站、集气站、联合站等站库内，加热炉对原油、井产物、生产用水和天然气等介质进行加热，以满足油气集输处理工艺的要求。在原油和天然气长输管道中，经加热炉对原油和天然气进行加热，以满足长距离输送的要求。油田和长输管线加热炉对介质进行加热所要求的温度都不高，一般只有几十度，介质无化学变化，这与石油炼制和石油化工加热炉不同。二、加热炉主要技术经济指标热负荷：单位时间内向炉管内被加热介质传递热量的能力称为热负荷，一般用MW、KW表示。它表示加热炉生产能力的大小。热效率：它表示向炉子提供的能量被有效利用的程度，可用公式表示为^被加热介质吸收的有效能量/供给炉子的能量。它是衡量燃料消耗、评价加热炉设计和操作水平的重要指标。炉膛温度：指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是加热炉操作中的重要指标。炉膛温度高，说明辐射室传热强度大。但炉膛温度过高，则意味着火焰太猛烈，容易烧坏炉管、管板等。此外，进入对流室的烟气温度也会越高，对流炉管也容易烧坏。从保证加热炉长周期安全运转考虑，一般加热炉将这个温度控制在8501以下。排烟温度：烟气经过辐射和对流换热后，排入烟囱时的温度。排烟温度的高低决定着排烟热损失的大小，是影响热效率的重要指标。炉体表面温度：即炉体表面与外界空气接触部分的即时温度，它是反映炉体保温情况和炉体热损失大小的重要指标。过剩空气系数：实际供入炉膛的空气量与理论完全燃烧所需空气量的比值。过剩空气系数小于1，说明存在较大的不完全燃烧；大于1较多，说明供入的空气过多，排烟损失就越大。过剩空气系数在1.1左右为宜。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内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较大影响，如果炉膛体积过小，则燃烧的空间不够，火焰容易舔烧炉管，炉膛温度也高，不利于长周期安全运行。因此，炉膛体积热强度不允许过大，一般控制在燃油时小于125KW/m3，燃气时小于165KW/m3。辐射表面热强度：辐射炉管（火筒）每单位表面积在单位时间内所传递的热量称之为炉管的辐射表面热强度，单位常为W/m2。它表示辐射传热强度的大小，与被加热介质的特性、流速、炉管（火筒）材质、炉管（火筒）尺寸、炉管的排列方式等因素有关。对流表面热强度：含义同辐射热强度一样，单位也为W/m2，但它是对对流部分而言。对流表面热强度是根据管内和管外的各种数据计算出来的，与对流传热系数的关系较大。管外：烟气流速越大，外膜传热系数越高；对流平均烟气温度越高，夕卜膜传热系数也越高；对流管外径越小，外卜膜传热系数也越高。管内：介质的流速越大，内膜传热系数越高；介质的粘度越小，内膜传热系数也越高。当管内为液体，控制总传热系数的主要因素还是管外条件，管内条件影响不大。第二部分加热炉的分类、结构及其特点一、加热炉的分类油田和长输管线用的加热炉型式主要按基本结构、被加热介质种类和燃料种类进行分类：按基本结构分类：管式加热炉（立式圆筒、卧式圆筒、卧式异形）、火筒式加热炉（火筒式直接加热炉、火筒式间接加热炉）两大类。按被加热介质的种类可分为：原油加热炉、井产物加热炉、生产用水加热炉、天然气加热炉。按燃料种类可分为：燃气加热炉、燃油加热炉、燃油燃气加热炉。按照加热炉中被加热介质的加热方式可分为：直接加热炉（含管式直接加热炉、火筒直接加热炉）和间接加热炉（热媒间接加热炉、水套加热炉、真空加热炉、相变加热炉等）。第2、3分类方式通常在加热炉统计中直接列出介质种类和燃料种类加以区分，加热炉的型式通常一第1、4分类表示。具体见图1：图一公司常用加热炉分类归属图

二、油田加热炉的型号及表示油田加热炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。（图2）型号的第一部分表示加热炉的基本结构型式和额定热负荷，共分两段：第一段用汉语拼音字母代表加热炉的基本结构型式，见表1；第二段用阿拉伯数字表示加热炉的额定热负荷为若干千瓦。两段连续公司在用加热炉的通常称谓书写，相互衔接。图2加热炉型号编码组成XXX-A/-px|I——就耳序号|'燃辑种类代号L——盘管或炉管设计反为彼加热介质代号额定蛆负荷型号代号表1加热炉的基本结构形式代号ft号代号蚓式切热炉1E立g瞬GL大碗何锄献HJ型号的第二部分分为两段，其间以斜线相隔。第一段用汉语拼音字母代表被加热介质的种类，见表2；第二段用阿拉伯数字表示盘管或炉管设计压力为若干Mpa；火筒式直接加热炉第二段不表示。表2被加热介质代号被加热介质ft号原油Y—生产用水SQH型号的第三部分由两段组成：第一段用汉语拼音字母代表燃料种类，见表3；第二段用阿拉伯数字表示设计次序，第一次设计不表示。两段连续书写，相互衔接。表3燃料种类代号燃料舛类和号屈曲二Q型号举例：HJ2330-YS/4.0-YQ,GW1160-S/1.6-Q三、卧式管式加热炉方箱式加热炉也是一种卧式管式加热炉，热效率低、安全性能差，国家已明令淘汰，不再介绍。此处以中油管道卧式管式加热炉为例进行介绍。管式直接加热炉采用直接受火加热的方式，被加热介质在炉管内流动，燃料在加热炉炉膛内燃烧，产生高温烟气。高温烟气在辐射室炉膛内通过辐射传热将热量传给辐射段炉管内的被加热介质和在对流室通过对流传热将烟气中的热量传递给对流段炉管内的被加热介质，将被加热介质加热到所要求的温度后，烟气通过烟囱排入大气中。被加热介质在炉管内长周期连续运转，不间断操作，可实现仪表监测、人工控制或自动化仪表监控运行。管式加热炉技术性能特点：结构合理紧凑，传热效率高，露天布置，全天候运行。使用操作简单，运行费用低。热效率相对较高，热负荷小于4MW，热效率能85%,热负荷大于4MW，热效率q>90%o结构布置与热工参数确定合理，传热均匀，确保管内介质物性不受损伤，炉管使用寿命长。具有成熟的抗低温露点腐蚀，延长加热炉尾部受热面的使用寿命。管式直接加热炉结构形式及特点管式加热炉作为方箱炉、火筒炉的替代产品，已被广泛应用在油气集输和长输管道上。其主要特点是高效、快装和自动化程度高。目前公司在用多为卧立炉型，其明显特点是辐射室为卧式布置，有圆筒形和八角形两种；对流室为立式方形结构；若辐射室为圆筒形，则对流室独立坐落在基础上，与辐射室以烟道相连；若辐射室为八角形，为其配备的对流室则坐落在辐射室后部钢结构上。管式加热炉具有实现加热炉全自动运行功能的控制系统和安全附属设备。具备自动点火、火焰监测、炉膛吹扫、炉管吹灰、负荷自动调节、炉膛灭火、运行参数监控和与站控系统通讯等功能。主要由直接管式加热炉、吹灰供气系统、燃烧系统和仪表控制系统组成。加热炉结构形式及特点管式加热炉为轻型快装卧管式结构，由辐射室、对流室、烟囱、烟囱挡板操纵机构、对流室梯子平台、转油线、燃烧器等组成。八角型管式直接加热炉结构形式如图三。辐射室为八角形，辐射炉管沿轴向水平蛇形布置，并沿圆周均匀排列。形成燃烧场所，被称为炉膛，燃料在此燃烧，产生高温烟气，与辐射炉管内的原油进行以辐射为主的换热过程。辐射炉管由辐射室前后墙穿出，用无缝弯头连成一体。辐射室外的炉管和弯头位于辐射室前后弯头箱内，辐射室前、后墙弯头箱采用法兰式连接，便于检修和更换弯头和炉管。图三八角型管式直接加热炉结构形式燃烧器辐射室对流室梯子平台烟囱烟囱挡板操作机构转油线对流室为立式矩形结构，座落于辐射室后部，通过法兰连接与辐射室形成一体。对流炉管采用钉头管强化传热，烟气垂直冲刷错列的对流炉管，实现管内原油与烟气对流换热。由于采用钉头管作为对流炉管，强化了对流传热，因而减小了对流室结构尺寸为便于检修对流室，对流室侧墙为活动式，可开启。弯头箱也采用法兰式连接，便于检修。烟囱座落在对流室上部，通过天园地方过渡短节与对流室出口相连。烟囱内设置了烟囱挡板及操纵机构，可通过调节烟囱挡板的开度来调节炉膛的内压力，控制烟气流速，操作方便可靠。为便于对加热炉进行日常维护和检修，在辐射室后墙和天园地方上设有人孔，检修人员可进入炉内对炉管进行检查和维护。除此以外，对流炉管和辐射炉管上的弯头均位于炉外的弯头箱内，与高温烟气不接触，一方面避免烟气对弯头和焊缝的腐蚀；另一方面弯头位于炉外便于检修和更换炉管，为了避免弯头箱结露现象，在弯头箱法兰间采用浸石墨的石棉编织带密封垫片。在本加热炉设计中，还在对流室上部设置了操作平台。为加热炉操作和维护提供方便。为了确保管式加热炉的安全运行、延长其使用寿命，在加热炉的设计与制造方面着重考虑了加热炉炉体结构尺寸、炉管选型、保温形式等因素。关于炉体结构尺寸。如果炉膛体积过小，则燃烧的空间不够，火焰容易舔烧炉管，炉膛温度也高，炉膛体积发热强度也高，不利于加热炉长周期安全运行。关于炉管的选用。炉管材质应根据管壁温度、设计压力和工作介质合理选用，炉管采用20#无缝钢管，GB9948，炉管最小壁厚必须符合《管式加热炉规范》中的要求。关于对流室中钉头管的制造，必须保证钉头底部有85%以上的面积与炉管金属熔合在一起，否者会影响钉头的使用寿命以及加热炉的热效率。在保温结构设计中，加热炉一般采用复合型保温结构，在不同位置，根据需要采用适用的保温结构和保温材料。在全炉保温中基本上是采用轻质保温材料，为硅酸铝耐火纤维针刺平铺毯、硅酸铝耐火纤维针刺折叠毯或硅酸铝耐火纤维毡。而燃烧道则采用耐火浇筑料或耐火成型砖，钉对加热炉人孔或看火视镜过热问题，采用了含锆纤维异形件，其特点是质地坚硬，抗风蚀强；低蓄热，热损失小，抗热震性强；可直接接触火焰用于耐热面。全炉除烟囱和梯子平台外均采用内保温，可有效阻止炉体散热，采用这种保温结构处理的加热炉，除炉体上各开口处外，其余部位表面温度在环境温度为25^和无风条件下，炉体和热烟风道的外卜表面设计温度均不高于80^，炉体上的人孔及看火孔等处采用异型模块，其几何尺寸准确、耐压强度高、使用寿命长、热损失少、具有优良的抗震性能等特点。而对于外保温的加热炉，由于炉体直接受高温烟气的冲刷，炉体表面本身的温度高，容易发生高温氧化，严重影响加热炉的使用寿命，因此，对于外保温结构的加热炉不推荐使用。为了防止对流炉管积灰，影响加热炉运行热效率，需定期对对流炉管吹灰。吹灰周期为每4小时吹灰1次。吹灰器正常工作压力为0.9Mpa左右。正常工作时，吹灰管线上的球阀应打开。空气压缩机通过压力开关的启停自动对空气储罐供气，使空气储罐内的压力维持在0.9Mpa左右。定期启动吹灰器时，将空气储罐内的空气吸入，经吹灰器上的吹灰管将空气排出，对对流炉管吹灰。四、水套炉、真空炉、相变炉水套加热炉被加热介质（原油、天然气、水等）在壳体内的盘管（由钢管和管件组焊成的传热元件）中，由中间载热体——水加热，而中间载热体一一水则由火筒直接加热的火筒式加热炉，简称为水套加热炉。1.1工艺加热原理：燃烧器在加热炉的火管中燃烧产生高温烟气，高温烟气通过火管以辐射方式、通过烟管以对流方式将燃料燃烧产生的热量传递给中间载热体---水，中间载热体---水再与加热盘管中的被加热介质（原油）进行换热，以满足被加热介质（原油）的加热要求。中间介质在密闭空间内工作，正常运行状态下无需补充，避免了筒体内氧化腐蚀的产生，同时，筒体、盘管受热均匀，大大减少了热应力的破坏。1.2性能特点：水套炉配套设备数量少，结构紧凑，占地少。氧腐蚀小，炉体内无杂质积聚。水套炉钢材用量少，投资成本低。运行维护简单。1.3水套加热炉结构形式描述水套炉是由加热炉（壳程）和热交换管（管程）两部分构成，壳程承压较低，管程承压高，其基本结构是卧式内燃两回程的火筒烟管结构形式，火筒布置在壳体的下部空间，烟管布置在火筒的另一侧，火筒与烟管形成U形布置；加热盘管布置在壳体的上部空间；膨胀槽则安装在壳体的上部，烟囱布置在燃烧前墙的侧面。水套加热炉常为卧式圆筒形结构，由火筒、烟管、前烟箱、后烟箱、筒体、膨胀水槽、防爆门、烟囱、燃烧器、仪表自控系统等组成。图四水套加热炉结构示意图

12111DEla71、燃烧器2、前烟箱3、筒体4、防爆门5、火筒6、后烟箱7、烟管8、盘管9、膨胀水槽10、液位计11、梯子平台12、烟囱图五水套加热炉内部结构图水套炉的结构设计便于检修、维护和更换，结构各部分在运行过程中都能自由膨胀。在火筒中设置热膨胀节，保证了火筒由于热胀冷缩而产生的轴向自由膨胀，烟管与火管以弯头相联接，中间设有可靠的固定装置，以保证火筒不产生非轴向位移。加热盘管采用蛇形管、花板支承，以保证盘管的挠度变形量满足要求。加热炉壳体封头采用椭圆形封头；支座采用两个鞍式支座，其中一个设置为滑动支座。为便于加热炉日常维护和检修，分别在筒体和膨胀罐上设有人孔，检修人员可进入炉内对加热盘管、火筒和烟管进行检查和维护，同时为了操作简便，在加热炉筒体上设操作平台。为了防止加热炉爆燃而出现安全事故，在加热炉容易爆炸的部位设有可靠的防爆门，并具有良好的密封性。当在点火或运行不正常时，炉内可能发生瞬时压力过高，此时防爆门将自行开启泄压，避免炉内高压对炉体的破坏。在膨胀罐上设有安全阀。全炉除烟囱和梯子平台外均采用夕卜保温，可有效阻止炉体散热，采用这种保温结构处理的水套炉表面温度均不高于50°C，而燃烧道则采用耐火浇筑料或耐火成型砖。2.真空加热炉2.1真空加热炉工作原理与性能特点真空加热炉起源于八十年代日本的真空锅炉，可广泛适用于油田计量站、转油站、联合站油气集输过程中，对石油、天然气、含水原油、含油污水以及伴热用水的加热。工作原理：真空加热炉以相变换热方式工作.在一个无不凝结气体的密闭容器中，中间介质（如水、有机液体）吸收燃料燃烧产生的热量后汽化成气态并进入气相空间，在气相空间将汽化潜热传递给冷凝换热器盘管内的工质（如水、原油或天然气等）后，冷凝成液体回落到液相空间，再次被燃料燃烧加热蒸发、放热冷凝.工质不断带走中间介质传递的气化潜热，燃料燃烧后不断供给中间介质燃烧热量从而形成动态热平衡。性能特点正常工作时，壳体承受低于大气压的负压，彻底免除了加热炉主体的爆炸危险，即使在非正常状态下，特殊设计的安全保障系统也能确保加热炉安全使用，具有安全可靠特点。不发生氧腐蚀，消除了传统加热炉存在的裂纹、鼓包、爆管、结焦、结垢、过热烧损；配有独特的燃烧室防爆装置，在燃烧室产生爆炸后可以自动打开。设计热效率高，不低于85%；可全自动运行，也可通过控制室及炉前的手动按钮操作，简单方便；体积小、重量轻、整装程度高，运输安装快捷简便；一炉多用，根据用户需要可设计多路盘管；燃料适应性广，工质适应性强；2.2真空加热炉结构型式真空加热炉常见有基本型、一体型与分体型三种。基本型的真空加热炉其外形为规则的锅炉形状，内置1~3套加热盘管，用于加热不同的工质。燃烧器、控制柜、炉前燃料管炉附件置于专门的操作间中。一体型的真空加热炉在炉体结构设计时，燃烧器受热部分相对于盘管加热器收缩一段，用于安装燃烧器、控制柜、炉前燃料管炉附件，并以彩钢复合保温板与炉体制成一体。分体型的真空加热炉则将蒸发器（燃烧受热部分）和冷凝器（盘管加热部分）分别设计成单体设备，现场进行组装。基本型的真空加热炉的结构形式：图六真空加热炉主体结构图真空压力表冷凝换热器真空压力控制器工质出口工质进口烟囱接口观火孔回燃室烟管10.炉胆11.防爆门12.燃烧机该类型的真空加热炉基本结构可分为燃烧受热系统、冷凝换热系统和安全保障系统三部分。燃烧受热系统由燃烧器、前烟箱、炉胆、回燃室、烟管、烟道和烟囱等组成；冷凝换热系统由主、副工质盘管等组成；安全保障系统由电控系统、真空控制器、仪表阀门及防爆燃装置等组成。加热炉设置低（高）液位报警，液位与燃烧器联锁，程控燃烧器设置点火程序、熄火保护装置和负荷及配风自动调节功能，配备专用真空控制器，加热炉后部下方装设排水管，加热炉中部下方装设防爆门等。3相变加热炉真空加热炉把水加热汽化利用汽化潜热进行换热，气相空间一直处于微负压状态。相变加热炉也是通过水相变为蒸汽进行换热，与真空加热炉和水套加热炉不同，相变炉通过蒸汽给被加热工质换热。其结构形式与水套炉基本相同，功率较大的相变炉往往把换热盘管移出炉体外，形成一个近乎独立的换热器。相变加热炉具有水套炉基本相同的特点，但由于带压运行，蒸汽温度随压力升高而升高，加热能力更强、被加热工质的温度可以提的更高。第三部分加热炉安全运行管理加热炉安全运行管理的主要依据是石油天然气行业标准《SY0031-2004石油工业用加热炉安全规程》。规程对加热炉的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造做出了明确规定。1设计加热炉的设计，应由取得国家质量监督检验检疫总局（简称国家质检总局）和省级质量技术监督部门颁发的〃中华人民共和国特种设备设计许可证”压力容器D2级以上（含D2级）的单位承担。加热炉的设计人员应具有相应的从业资格。加热炉的设计应符合安全可靠、技术先进、结构合理、经济效益好等要求。2制造加热炉的制造，应由取得国家质检总局和省级质量技术监督部门颁发的〃中华人民共和国特种设备制造许可证〃压力容器D2级以上（含D2级）的单位承担;管式加热炉和常压水套炉的制造，也可由具有锅炉C级以上（含C级）制造资质的单位承担。加热炉应在明显位置装设金属铭牌，铭牌上应标明下列内容：a）加热炉的型号、名称；b）制造厂名称和制造许可证号。产品编号；d）额定热负荷，kW;e）加热介质；f）设计热效率，%；g）T作压力（壳程，管程），MPa;h）T作温度，°C;I）设备总质量，kg;j）设备外形尺寸，mm;k）制造年月；l）出厂检验单位及检验标志。3安装加热炉的安装，应由取得国家质