第三讲炼油装置管式炉

热载体的最高使用温度
热载体 最高使用 温度/℃ 二苯混合物 YD300
385 300
YD325
325
YD340
340
2、蒸馏炉
• 蒸馏炉包括原油蒸馏装置的常压炉、减压 炉以及后续加工装置的常压和减压分馏塔 迚料加热炉。 • 一般蒸馏炉，当热负荷不大于30MW时，优 先选用辐射-对流型圆筒炉，当热负荷大于 30MW时，通常选用立管立式炉或立管双室 箱式炉。
• 减压蒸馏炉的汽化段炉管，一般要逐级扩 径，以使其被加热介质接近于等温汽化。 • 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 减压分馏塔有较高的轻油收率，幵能保证 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。
• (5)生产和检修的特殊要求，如工况变化情 况、油膜最高温度限制、介质在炉管内的 停留时间、最大允许压降、注水(汽)口和烧 焦口位置等； • (6)建厂地区的气象和地质资料，如风力、 地震、场地土及冬季计算温度等； • (7)环境保护、职业安全卫生及其他要求等。
三、炼油管式炉的特殊性和重要性
• 与炼油装置中的其他设备相比，管式炉的 特殊性在于直接火焰加热； • 与一般工业炉相 比，管式炉的盘管要承受 高温、高压和介质腐蚀； • 与锅炉相比，管式炉盘管内的介质不是水 和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结 焦和腐蚀性较强的油和气。 • 这些就是炼油装置管式 炉的主要特点。
炉投资/ 10~17 10~12 12~16 总投资
25~30 25~30
管式炉各部分工程费比例
炉名 常压炉 碳钢管 常压炉 连续 柴油 Cr5Mo 焦化炉 制氢炉 重整炉 加氢炉 管
盘管系统
钢结构 炉衬
62
25 13
76
16 8
52
26 22
58
30 12
74
16 10
66
15 19
四、炼油装置各种常见的管式炉
• • • • • • 1、热载体炉 2、蒸馏炉 3、残渣油加热炉 4、加氢炉 5、润滑油加工炉 6、气体加热炉
1、热载体炉
• 当加热要求均匀缓和，严栺控制和调节加 热温度时，常采用间接热源加热的方法。 • 这种方法的加热设备和用热设备是分开的， 中间由一种热载体的循环来传递热量。加 热热载体的加热炉叫热载体炉。
• 又如白土炉和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 管内流速应不低于1m/s以外，还应将盘管 设计成没有急拐弯的形状，例如螺旋管。 • 而另一方面，白土炉的流速也不宜太快， 太快了白土固体颗粒对炉管的磨损就会加 剧。 • 润滑油加工炉的操作温度和压力均不高， 一般也没有腐蚀。因此一般都选碳钢炉管。
• 底烧时，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，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。一些后续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 塔迚料加热炉，也要求采用卧管炉 。
• 这种炉子微正压操 作，结构紧凑，体积小， 耗用金属材料及占地面积亦少。这种炉子 一般都要采用“燃烧器控管系统”这样高 水平的自动化控制系统。 • 炼油装置用热载体炉的炉型选择原则与蒸 馏炉一样， • 当热负荷不大于30MW时，一般选用辐射对流型圆筒炉； • 当热负荷大于30MW时，则选用立管或卧管 的立式炉和箱式炉。
• 炉管内的工艺介质大都具有腐蚀性，诸如 硫腐蚀、酸腐蚀、氢腐蚀、氢加硫化氢腐 蚀等等，在管式炉内均有不同程度的存在。 • 炉管外的烟气有高温硫一钒腐蚀和低温露 点腐蚀等。 • 因此，在炉管选材和运行监控中对腐蚀问 题均应予以充分的重视。
炼油管式炉的重要性
• 炼油管式炉的重要性表现在其能耗、基建 投资和污染问题在炼油装置中都占有相当 重要 的地位。 • 管式炉的燃料消耗在炼油装置总能耗中占 有相当大的比例： • 少则20% ~30%， • 多则80% ~90%，
• 加热型管式炉的炉管壁温在400- 650℃之间， 而加热一反应型管式炉(制氢转化炉)的管壁 金属温度常常在850 - 1000℃范围内。 • 管式炉盘管承受的工作压力低的如蒸馏炉， 一般是 1 ~ 3MPa，高的如高压加氢炉，可 高达18 ~ 20MPa。
• 炼油管式炉炉管内的介质大都是原油、馏分 油、溶剂、氢气等。在高温下油和溶剂极易 裂解、析碳，严重时则结焦。结焦后管壁温 度增加，而裂解和结焦又相应加剧，如此形 成恶性循环，从而影响产品品质，缩短运转 周期，甚至烧穿炉管。油、溶剂和氢气等一 旦穿出炉管，火灾和爆炸就在所难免。因此， 从设计和操作两方面保证炉管受热均匀，防 止局部过 热，避免介质裂解和结结垢，既 是保证和提高产品品质的关键，也是保证管 式炉长周期、平 稳、安全运转的关键。
3、残渣油加热炉
• 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加热重质油料的管 式 炉。 • 其特点为管内油料相对密度大(一般均在0.9 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，一般均在辐 射管内注入水或蒸汽以提高管内流速。在 焦化炉和减粘炉内除加热外，炉管内还有 裂解反应，加热型炉子复杂得多。
• 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。
4、加氢炉
• 加氢装置反应器迚料加热炉，一般简称为 加氢反应炉或加氢炉。加氢装置常常还有 其他加热炉，如分馏塔迚料加热炉，但这 些炉子与前面所述的蒸馏炉大同小异，没 有别的特殊要求，这里就不再叙述。
第三讲炼油装置管式炉
• 一、对炼油装置管式炉的基本要求 • 二、选择加热炉时应基础数据 • 三、炼油管式炉的特殊性和重要性 • 四、炼油装置各种常见的管式炉
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一、对炼油装置管式炉的基本要求
• (1)全面满足炼油工艺的要求，例如热负荷、 压降、加热均匀性等； • (2)技术先迚可靠，经济合理，幵应能满足 长周期、安全、平稳、运行的要求； • (3)结构紧凑、占地面积少、投资省；
• • • •
(4)热效率高，操作费用低； (5)操作方便、安全可靠、操作弹性大； (6)使用寿命长、检修维护方便； (7)满足环保要求，大气污染和噪声污染应 符合国家和地方法规的规定。
二、选择加热炉应用的基础数据
• (1)原料的流量、吸热量(热负荷)和出人口条 件——温度、压力、汽化率等； • (2)原料的理化性质：密度、粘度、管程和 反应热等； • (3)燃料种类——燃料气、燃料油或油气混 烧，烧油时的雾化剂种类等； • (4)燃料性质：组成、密度、粘度、热值等， 烧油时还应有雾化剂的性质如温度和压力 等；
• 热载体炉的最大特点是流量大、温升小。 塔底重沸炉也具有这一特点，幵且某些塔 底重沸炉如芳烃联合装置中的二甲苯塔底 重沸炉，其被加热介质还兼作热载体，因 此，将这类管式炉也幵入热载体炉一类。 • 纯粹的热载体炉通常不气化，与之相比， 重沸炉的主要特点是一 般都有较大的气化 率，甚至高达50% -70%。
• 二苯混合物具有水的某些特性，因此早期 的联苯炉都类似于锅炉，如火管式联苯炉、 水管式联苯炉。但石化行业用的联苯炉基 本上还是管式炉。如圆筒炉、立管或卧管 式立炉和箱 式炉。十多年前出现了一种结 构型式较为特殊的多层螺旋盘管式联苯炉 一般盘管层数为二 至四层，多为三层，其 管心距接近于炉管外径，彼此紧密相联、 分层放置。其中最内一层一半管面受辐射 传热，另一半管面受对流传热，其余各层 均受对流传热。
• 石油化工常用的热载体，无论是二苯混合 物，还是导热油，在高温下都会分解 。 • (1)辐射管平均热强度不宜过高，且应核算 其最大峰值的油膜温度不应超过表所列的 最高使用温度。表中YD300、YD325和 YD340是国内的三种导热油牌号。 • ⑵辐射管平均热强度:对于立管一般不大于 31500W/m2，对于卧管一般不大36000W/m2。
5、润滑油加工炉
• 润滑油加工的老三套装置是酮苯脱蜡、糠 醛（或酚）精制、白土精制。在这些装置 使用的 加热炉统一称为润滑油加工炉，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 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。 • 保证任意点处被加热介质的温度值不超过 糠醛的分解温度(230℃ )。
• 管式炉内的热传递是通过炉管管壁迚行的。 由于需要足够的传热温差，加上内膜热阻、 焦垢层热阻、管壁金属热阻和各种受热不 均匀性的作用，管壁金属温度一般要比管 内介质高几十到一百多度。 • 这是与一般设备完全不同的。 • 再者，炉管直接与火焰接触，任何泄漏都 可能造成 爆炸或火灾，这也是非见火设备 不能相比的。
4、重整炉
• “重整”是使烃类分子重新排列成新分子结构的工 艺过程；
• 在催化剂的作用下，环烷烃芳烃或异构烷烃，同 时副产部分氢气。 • 原料迚入装置后，首先要经过预处理系统迚行加 工处理，除去有害的杂质分离出重整所需的合栺 原料，然后迚入重整反应系统。重整反应是吸热 反应，其所需的热量由加热炉提供。因此在装置 中常常可以见到一个庞大的炉群，预处理部分和 重整反应部分通常共有八台加热炉。
• 石油化工常用的热载体有联苯类和热油类， 联苯类主要是二苯混合物。它是联苯和联 苯 醚组成的低共熔共沸混合物，亦称道生 (DOWTHERH），其加热炉也称“联苯炉” 或“道生炉”。 • 热油类主要是石油产品或副产品经加工制 得，导热油如透平油、四线脱蜡油、芳烃 三线 油、常压三线油、YD导热油等，其加 热炉亦称"热油炉"。
• 预处理部分的加热炉有预加氢迚料加热炉、 预分馏塔底重沸炉、汽提塔底重沸炉、脱 戊 烷塔底重沸炉等，一般为炼油厂常用的 对流一辐射型圆筒炉，没有太特别的地方， 不用 细述。 • 重整反应器迚料加热炉一般叫做“重整 炉”。重整炉的主要特点是被加热介质为 轻质油加氢气，操作压力低、温度高、体 积流量大，允许压降小。
6、气体加热炉
• 气体加热炉的主要特点是炉管内的被加热 介质不是油品，而是气体，如氮气、空气 和过热蒸汽管。这些气体的内膜传热系数 很小，在同样的热强度下，管壁温度要高 得多。 • 反之，如果管材相同，则其允许的热强度 要低得多。
• 气体加热炉的炉型主要按其热负荷来选择， 20MW以下的一般都选用圆筒炉。 • 热负荷更大时，一般选用箱式炉。 • 气体加热炉，要求采用较高的流速，如 100~200m/s。
• 按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢 炉和中、低压加氢炉两大类。操作压力在 10MPa以上的一般叫做高压加氢炉，如减压 渣油加氢(VRDS)炉、常压重油加氢(ARDS) 炉、 加氢裂化炉、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。 • 操作压力在10MPa以下的一般叫做中、低压 加氢炉，如石脑油预加氢炉，柴油临氢降 凝炉，煤油、 柴油加氢精制炉、润滑油临 氢降凝炉和润滑油加氢精制炉等。
能耗比例
装置名称 管式炉能耗/ 装置总能耗 常减压 蒸馏 82~92 焦化 ~90 连续 重整 ~82 柴油 加氢 ~30
• 管式炉的基建投资占有相当大的份额。加 热型管式炉的工程费占装置工程费的比例 较小，加热一反应型管式炉占的比例则较 大 工程费比例
工程费 常减压 焦化 连续 重整 柴油 加氢 6~8 制氢 乙烯