1第一章石油化工加热炉的种类、用途和主要指标(2011。11)

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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
2.圆 筒 炉
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图1-10
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第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
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图1-11
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第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
大型方炉
图1-12
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第一章
1.2.2 按用途分类
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
按用途管式热加炉大致分为以下几类：炉管内进行化学反 应的炉子、加热液体的炉子、加热气体的炉子和加热气、液混 相流体的炉子。 (1)炉管内进行化学反应的炉子 这种炉子管内发生吸热化学反应。按复杂程度来说，它代 表了加热炉技术的最高水平。它分为两种：
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
烃类蒸汽转化炉的工作条件比较苛刻，使用的都
是耐高温的含高镍铬的合金材料，因此在炉子设计时
要求合理使用炉管及尽量降低对炉管的要求，防止局 部过热，使周向和轴向温度分布均匀。注意设计时所 选用的炉型、原料、催化剂和操作条件是一个整体。
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
烃类蒸汽转化是伴有传热、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 这样的复杂反应，能够控制其反应的进程是关键。
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1.4 管式加热炉的基本构成与组成 管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收 系统、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图1-15 所示。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内 衬）、燃烧器、孔类配件等。
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(3)气体加热炉
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
如水蒸气的过热、工艺气体的预热就使用这种炉子。它多 在较高温度下操作，但因为是纯气相，结焦的可能性不大。应 该注意的是当气体量很大时，炉管的路数很多，必须从结构上 保证各路均匀，防止偏流。
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技术条件之一。在加热炉的运行过程中，不仅要求炉衬能够在高
温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求炉衬能够耐受烟
气的冲刷和侵蚀，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。
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为此，炉衬通常由耐火层、保温层、防护层和钢结构几部分
组成。其中耐火层直接承受炉膛内的高温气流冲刷和侵蚀，通常 采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成；保温层通常采用各 种多孔的保温材料经砌筑、敷设、充填或粘贴形成，其功能在于 最大限度地减少炉衬的散热损失，改善现场操作条件；防护层通 常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气密性，保护多孔 保温材料形成的保温层免于损坏；钢结构是位于炉衬最外层的由 各种钢材拼焊、装配成的承载框架，其功能在于承担炉衬、燃烧 设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的 载荷，提供有关设施的安装框架。
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(2)对一般用途的中小负荷炉子，宜优先考虑立式圆筒炉。 (3)中国石油化工集团公司《石油化工管式炉设计规范》 (SHJ 36-91)在第2.0.2条中提出了下列意见： a．设计热负荷小于1MW时，宜采用纯辐射圆筒炉；
b．设计热负荷为l～30MW时，应优先选用辐射一对流型圆筒炉；
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热媒炉工艺流程如图1-13所示。
图1-13
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1.3.2 烃类蒸气转化炉
以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和 氢气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具 有特定的地位。炼油厂的制氢炉、甲醇厂的制氢转化炉 和合成氨厂的一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.2加热炉分类（按按外形和用途分） 1.2.1 按外形分类 按外形大致上分为以下四类（16类）：箱式炉（6 类）、立式炉（6类） 、圆筒炉（3类） 、大型方炉 （1类） 。这种划分法系按辐射室的外观形状，而与 对流室无关。所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“ 箱子状”的六面体。与它相比，立式炉的辐射室宽度 要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2 。圆筒炉、大型方炉的称呼也按同理而来。
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
图1-15 管式加热炉的一般结构
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.4.1 基本结构、炉膛与部件
1.4.1.1 炉膛与炉墙（炉衬）
炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对物质进行加
热的地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬，炉衬是加热炉的关键
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①炉管内装催化剂的，如烃类水蒸气转化炉。
②炉管内不装催化剂的，如乙烯裂解炉。 无论其中哪一种，不光要求从炉子吸热，而且要 满足管路中各段在化学反应方面的各种条件，如温度 和热输入量要求等。
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(2)加热液体的炉子
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
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管式加热炉的特征： （1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体和液体。 而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉 加热水和蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得多。 （2）加热方式为直接受火式，加热温度高，传热能力大。 （3）只烧气体或液体燃料。 （4）长周期连续运转，不间断操作，便于管理。 某些炉子往往成为该领域的技术关键。
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其工作原理为：燃料通过燃烧器在炉膛内燃烧 产生热量，热量通过炉管以对流和辐射的形式传热 给导热油，导热油在循环泵的驱动下通过加热炉出 口进入换热器管程内将走壳程的原油加热后回到循 环泵，通过加热炉再吸收热量，如此周而复始，以 导热油为热载体(或称热媒)实现热量的连续传递。
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③进口为液相、出口全部汽化的炉子 这种炉子是反应器的进料加热炉，它把液体完全汽化，加 热到一定温度，然后送入工艺反应器。由于反应器的操作条件( 如催化剂活性等)在运转期中是变化的，这种炉子的操作温度和 压力等往往变化很大。较之上述①、②两种，有必要掌握它的 变动范围，以防止裂解和结炭发生。
①:包括水平抽管场地类、用途和主要指标
以下原则可供选型时参考： (1)从结构、制造、投资费用方面考虑，应优先选择辐射室用立 管的加热炉。 辐射室用立管有很多优点：炉管的支承结构简单，辐射管架合
金钢用量少；管子不承受由自重而引起的弯曲应力；管系的热膨胀 易于处理；炉子旁边不需要预留抽炉管所需的空地等.横管仅在下列 特殊情况下才有优点：被加热介质容易结焦或堵塞，炉管要求用带 堵头的回弯头连接，以便除焦或清洗；要求管系能完全排空；管内 为混相状态，要求流动平稳、可靠等。
这类炉子可分为三种： ①管内无相变化、单纯的液体加热炉 这是把工艺液体预热到其沸点以下(如温水加热、液相 热载体加热等)使用的炉子。它加热的终温低，管内结焦和 腐蚀也小，操作上的问题较少。
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②管内进口为液相、出口为气液混相的炉子
在生产过程中，往往要求被加工的流体在气液混相状态下 进入蒸馏塔等，此时使用这种加热炉。在全部工艺加热炉中它 的数量最大。对于这种炉子，最重要的是把握住吸热量、气化 率、压力降、温度之间的关系。
图1-14 转化炉结构示意图 1-出口总管 2-保温箱 3-出口猪尾管 4-悬吊炉顶 5-悬挂炉墙 6-绝热耐火墙 7-烟 道 8-烧嘴 9-天然气预热器 10-废热锅炉 11-蒸汽过热器 12-天然气蒸汽加热器
13-工艺空气加热器 14-废热锅炉保护管
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(4)加热混相流体的炉子 这种炉子常用于加氢精制、加氢裂化等装置的反应器进料 加热。由于管内流体从炉子入口起就是气、液混相，较上述纯 气体加热炉更难保证各路流量的均匀，设计上要更重视管径、 管内重量流速、盘管路数的选取，以及管内流动状态的判断和 分叉管的配管设计等。
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.箱式炉
图1-3 图1-4
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第一章
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1.箱式炉
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图1-5 图1-6
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第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.箱式炉
• 图1-7 图1-8
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第一章 石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.箱式炉
图1- 9 附墙火焰式炉
中石化加热炉测评中心长岭站
岳阳长岭设备研究所有限公司
2011年11月
第一章 •1.1 概述
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
一个设备，具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧
产生的热量将物质(固体或流体)加热，这样的设备叫做“炉子
”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、 焚烧炉和蒸汽锅炉等。石油化工加热炉是其生产过程中的高温 反应设备和高温加热设备。 石油化工管式加热炉主要特征有四点。
c．设计热负荷大于30MW时，应通过对比选用炉膛中间排管的圆筒炉、立式
炉、箱式或其他炉型；
d．被加热介质易结焦时，宜采用横管立式炉；
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
e．被加热介质流量小且要求压降小时，宜采用螺旋管圆筒炉； f．被加热介质流量大，要求压降小时(如重整炉)，宜采用U形管(或 环形管)加热炉； g．使用材料价格昂贵的炉管，应优先选用双面辐射管排的炉型。
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
管式炉的炉墙结构主要有耐火砖结构、耐 火混凝土结构和耐火纤维结构。其中耐火砖结 构又分为砌砖炉墙、挂砖炉墙和拉砖炉墙。拉 砖炉墙是目前应用比较广泛的炉墙，尤其是温 度较高的管式加热炉，如裂解炉和转化炉。典 型的拉砖结构如图1-16所示。
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
圆筒炉(中问不排管) 3.5-4.5 8-2 130-170 100 <30 24000-37000
横管立式炉 7.5-9.5① 12-15 190-230 100-150 10-30 29000-44000
立管箱式炉(中问排管) 3-4 6-8 150-200 70-90 >30 24000-37000
1.2.3 炉型选择的基本原则 如何正确选择上述各种炉型没有绝对不变的标准，对具体 情况要作具体分析。对于圆筒炉、横管立式炉和立管箱式炉等 三种基本炉型，其技术指标的对比如表1一1所示。
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
表1一1 基本炉型对比表
项 目 炉体占地面积／(m2／MW) 金属材料用量／(t/MW) 高铬镍合金钢管架用量／(kg／MW) 投资对比 适用热负荷范围／Mw 辐射室炉管表面平均热强度／(W／m2)
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
管式加热炉
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图1-1
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
管式加热炉的四个主要组成部分
图1-2
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石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
一般石油化工加热炉的设计：
• 主要有工艺计算和结构设计两部分工作。工艺计算部分的内 容和目的是根据工艺要求，确定合适的炉型方案，进行燃料燃烧 计算；炉子系统热平衡计算以确定燃料消耗量，进行辐射室传热 计算，以布置与确定辐射传热面积；炉子系统烟气侧的流动阻力 和烟囱计算以确定烟气抽引装置。必要时亦须对工艺物料的阻力 进行核算。结构设计的主要内容是根据炉型方案进行总体布置， 并确定炉子燃烧装置、炉用附件等结构。
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.3 几种炉型 介绍
1.3.1 热媒炉 热媒炉具有低压高温的工作特性，其工作压力一般低于 1MPa，供热温度可达液相350℃或汽相400℃。凡是需要均 匀稳定地加热，且不允许火焰直接加热，而工艺加热温度在 150℃-380℃之间的各种生产场合，均可采用热媒炉供热。 某些生活用热也可由热媒炉供给。
图1-16拉砖炉墙
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第一章
石油化工加热炉的种类、用途和主要指标
1.4.1.2 炉管 管式炉炉管是物料摄取热量的媒介。按受热方式
不同可分为辐射炉管和对流炉管，前者设置于辐射室内，
后者设置于对流室内。为强化传热，对流管往往采用翅片