石油化工管式工艺加热炉简介

石油化工管式工艺加热炉简介

郑战利

管式加热炉

在一个有衬里的密闭体内设置有大量的相互连接的优质或合金无缝钢管，被加热介质在一连串的无缝钢管内以很高流速通过，燃料在密闭体内燃烧产生高温烟气，高温烟气通过辐射、对流和传导把热量传给被加热介质，把被加热介质加热到生产工艺规定的温度或完成一定的化学反应深度；这类设备统称为管式加热炉。管式加热炉的范畴包含热水和蒸汽锅炉、热载体加热炉、油田水套炉、输油管道加热炉、炼油和石化生产装置的工艺加热炉等。今天我们所讲的管式加热炉是炼油和石油化工生产装置的工艺加热炉，简称为石化工艺加热炉。

石化工艺加热炉的主要特点是

1.被加热介质为易燃、易爆的液体或气体，且温度和压力较高。

操作条件苛刻。安全运行要求高。

2.加热方式为明火加热。

3.长周期连续生产。

4.所用燃料为液体或气体燃料。

管式加热炉应满足的要求

1.完成一定的传热任务，燃料耗量少、需要的传热面积小。

2.被加热介质不受局部过热。

3.在纯加热型管式加热炉中，被加热介质无分解或仅有极少量分解。

4. 在加热—反应型管式加热炉中，保证被加热介质的反应深度达到生产工

艺要求，且炉管中结焦量最少。

5.安全、稳定、连续运行周期在3~5年。

6. 排烟中的有害物含量和噪声必须符合国家标准规定。

管式加热炉的主要操作参数

1、有效热负荷：为各种被加热介质从体系入口状态到出口状态所吸收的能量之和，它等于供给能量与损失能量之差，Kw

2、排烟损失热量：排出体系的烟气带走的热量。Kw

3、燃料不完全燃烧损失热量：由于燃烧设备及燃烧工况等原因造成燃料没有完全燃烧而未能释放出的反应热。Kw

4、散热损失热量：体系内所有设备及管线表面向周围环境中散失的热量。Kw

5、附属设备能耗：鼓风机、引风机、吹灰器、热载体循环泵等辅助设备所耗掉的能量，按供给这些设备的能量计算。Kw

6、燃料效率：有效吸能量占供给燃料燃烧放出热量的百分数，其数值可能大于l00％。%

7、全炉热效率：有效吸能量占供给炉子总热量（不含附属设备损失）的百分数。%

8、综合效率：是体系供给能量利用的有效程度在数量上的表示，它等于有效能量对供给能量的百分数。%

9、炉膛热强度：指单位时间内单位炉膛体积所传递的热量，单位为kw/m3。

10、炉管平均表面热强度：指单位时间内单位炉管表面积所传递的热量，单位为kw/m2。

11、排烟温度：烟气离开被加热介质加热段的最终温度。℃

12、排烟氧含量：烟气最终离开被加热介质加热段时中的氧含量。V%

13、炉膛Tp温度：烟气出辐射室时的温度。℃

14、燃烧过剩空气系数：燃料燃烧理论空气量与供风量的比值。

15、燃料耗量：单位时间内，加热炉消耗燃料总和（Kg/h或Nm3/h）。

16、质量流量：单位时间内，流过单位炉管内截面积的加热介质的质量（Kg/m2.h）。

17、全炉压力降：被加热介质流过炉管系统的压力损失。MPa

管式加热炉的结构简介

石油化工工艺管式加热炉由辐射室、对流室、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成（由炉管系统、钢结构、衬里、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成）。

辐射室

辐射室是加热炉辐射传热起支配作用的部分。由于是火焰直接所在的场所，所以它是加热炉温度最高的部分，对其所用材料的成分、强度、厚度和机械的结构，需要仔细考虑，同时在功能上，全炉热负荷70~80%的热量是在辐射室被吸收。在流体有反应转化和裂解的炉子上，反应和裂解等一般都全部在辐射室内完成。所以说辐射室的好坏决定加热炉的好坏，并非过言。

对流室

对流室是加热炉对流传热起支配作用的部分，对流室有排列很密的管束，这种结构使得烟气通过对流管的速度提高，得到有效的对流传热。

一般对流室吸收全炉热负荷的20~30%的热量。对流室可设在辐射室上部；也可设在地面上，用烟道与炉本体连接，但在本质上机理一样。在对流室可以采用钉头管或翅片管。

余热收回装置

余热收回装置是指用来回收对流室出来的烟气，或者当没有对流室时直接从辐射室出来的烟气中热量的设备。目前国内外各炼厂采用的余热回收措施大致有以下几种类型：

1．从工艺流程与装置总体平衡考虑，冷进料–热油空气预热空气。

2．从改进和简化循环系统考虑有热载体循环–热油空气预热空气。 ，包括开路与闭路热载体循环。

3．从增加附属回收设备考虑，有①钢管式；②玻璃管式；③回转式；

④铸铁管式；⑤扰流子式；⑥热管式；⑦板式空气预热器等。

4．从与其他设备联合节能考虑，有①余热锅炉；②热电联产。

燃烧器

燃烧器是加热炉的重要组成部分之一，技术性能的优劣以及是否与加热炉工艺要求、炉型结构、传热特点相匹配对加热炉的运行、能耗或环保都有着直接影响。选用技术性能与加热炉工艺要求、炉型结构、传热特点相匹配的燃烧器对保证加热炉高效或“长、安、稳、满”运行有着重要意义。

通风装置

通风装置的职能是把燃烧用空气引进的同时，把烟气向炉外排出，有自然通风和强制通风两种。前者靠烟囱的通气力；后者用引风机，强力引出烟气。一般炉内压力损失小时，多采用烟囱自然通风方式，烟囱安装在炉的上部，与加热炉成为一体，烟囱的高度，以克服炉内的压力损失，并保持充分的通风力为佳。加热炉构造复杂，炉内压力损失大的加热炉或有废热回收装置的加热炉多采用安装引风机，强力通风方式。

炉管和弯头

炉管和弯头是管式加热炉中最重要的部分，占管式加热炉总钢材量的40%，总投资的60%。因为要耐压力，耐腐蚀，抵抗火焰的直接灼热，为了完成工艺任务和生产安全，根据下列标准设计炉管：

⏹炉管的长度和总根数根据管式加热炉的热负荷、热效率和加热炉的构造

来决定。

⏹管径和管程数，根据流量、允许压力损失、停留时间决定。

⏹壁厚由内部压力、热应力、静荷重、管壁温度、材料强度（包括高温蠕变性和脆性等）和腐蚀裕度等决定。