加热炉培训2

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4. 加热炉的主要技术指标

4.1 热负荷


加热炉单位时间内向管内介质传递热量的能力称为热负荷，一般用MW为单位。它表 示加热炉生产能力的大小。 加热炉热效率在设计负荷下一般达到最高值，无论降低还是增加负荷，炉子热效率 都会降低。 炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。 加热炉的炉膛温度不能太高。炉膛温度高有利于辐射传热，但太高后会使炉管热强 度高，容易使炉管结焦和烧坏。 同时，进人对流室的烟气温度也会过高，对流管易烧坏。因此，炉膛温度是确保加 热炉长周期安全运转的一个重要指标。

根据炉型方案进行总体布置； 确定炉子燃烧装置、炉用附件等结构； 确定空气配风系统、烟气抽引系统。
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2.加热炉炉型的特点及选择

2.1 加热炉按外形大致分为：箱式炉、立式炉、圆筒炉、大型方炉。这种划分法是
按辐射室的外观形状，而与对流室无关。
2.2 圆筒炉的特点：


立式炉管可自由悬挂或支撑，可自由伸缩，不受自重的弯曲应力影响；管架相对卧 管炉小，节约合金用量；火焰与炉管距离相等，同一水平面受热均匀；占地面积少； 配件少；外表面积小，金属耗量小，省投资，热损失小。 其缺点是不宜大型化，热负荷较大时炉膛内显得太空，炉膛体积发热强度将急剧下 降，热效率低，目前大型设计较少采用圆筒炉；立式炉管存在气液分层问题，并不 便于排空介质，亦不便于机械清焦。 燃烧器布置在炉管中央，提高了辐射传热的效果；同时具有其他立式炉管的优、缺 点；大型化后可在炉膛中间布置炉管，也采用多个辐射室共用对流室的形式。

4.2 炉膛温度


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4. 加热炉的主要技术指标

4.3 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里燃料燃烧所发出的热量，一般用kW/m3为单位。 炉膛体积发热强度越大，炉膛温度越高，热效率越高，炉膛体积越小，投资越小。 炉膛大小对燃料燃烧的稳定性也有影响，如果炉膛体积过小，则燃烧空间不够，火 焰容易舔到炉管和管架上，炉膛温度也高，不利于长周期安全运行，因此炉膛体积 发热强度不允许过大，一般控制在燃油时小于125 kW/m3，燃气时小于165 kW/m3。
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1.5.4 管外失效

连多硫酸应力腐蚀开裂： 奥氏体不锈钢对连多硫酸的应力腐蚀开裂十分敏感。碳钢、铬钼钢、铁素体不锈钢、镍 基合金等不用考虑。特征是晶间开裂，速度很快，几个小时即可。 腐蚀条件：不锈钢表面存在含硫化合物；接触环境存在氧；接触环境存在水；设备存在 拉伸应力(包括残余应力和外加应力) 。 腐蚀机理： 当设备在高温、高压、缺氧和缺水的条件下运行时，不会形成连多硫酸。 设备在含硫的环境运行，会发生硫腐蚀，在表面生成硫化物。停工时，设备在常温 下接触空气，其中的氧和水与金属表面的硫化物反应生成连多硫酸(H2SXO6)。 在设备存在拉伸应力的条件下，与连多硫酸共同作用，奥氏体不锈钢产生敏化条件， 就有可能发生连多硫酸应力腐蚀开裂。 连多硫酸应力腐蚀开裂为晶间腐蚀。奥氏体不锈钢的敏化或在使用中在晶间附近产 生铬的碳化物沉淀并析出，造成贫铬区。这些区域首先发生连多硫酸的晶间腐蚀， 而材料中存在的拉伸应力，在一些薄弱区域会导致开裂。 防护措施：在设备停工时，针对腐蚀条件加以防护。 对于奥氏体不锈钢来说，介质环境的pH值不大于5时，就可能发生连多硫酸腐蚀，因 此要严格控制介质环境的pH值。 氮气吹扫可以除去空气，保护设备。 金属表面可以采用重油保护的方法隔绝空气。 对焊缝进行稳定化处理，可以有效地阻止铬的碳化物在晶界析出。
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二、加热炉的主要部件及常见问题
主要内容：

1. 2. 3. 4.
炉管 燃烧 炉墙 余热回收系统
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1. 炉管
主要内容：

1.1 炉管的传热方式 1.2 炉管的材质选择 1.5 炉管的失效

1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5
失效的形式 结焦 偏流 管外失效 管内失效
加热炉培训
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一、加热炉的基础
主要内容:

1. 2. 3. 4.
加热炉设计的指导思想 加热炉炉型的特点及选择 加热炉的结构 加热炉的主要技术指标
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1.加热炉设计的指导思想


1.1 一般石油化工加热炉设计，主要有工艺计算和结构设计两部分工作。 1.2 工艺计算部分的内容和目的: 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; 对工艺物料的阻力进行核算,确定炉管物料的流型、流速、压降； 对配管进行应力计算，确定配管方式。 1.3 结构设计的主要内容：


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3. 加热炉的结构

3.6 余热回收系统

是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。本次设计采用空气预热方式回收 热量。 是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子，本次设计采用强制通风。

3.7 通风系统


3.8 其它的附件设备：包括炉壳体、钢结构支撑、耐火衬里、管板箱、火嘴风门、
烟囱、挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、仪表、燃料和物料的管线和阀门，吹扫 蒸汽接口等。
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4. 加热炉的主要技术指标

4.5 管内流速及压降





油品在炉管内被加热时，随着温度的上升,其体积膨胀，线速度加大。故油品在炉 管内的实际流速是不断变化的。 液相介质在炉管内的流速不能太低，流速太低时，管内边界层厚度大，传热慢，管 壁温度升高，而且油品在管内停留时间长，易使管内液相的油品结焦而烧坏炉管。 气相介质不易结焦，但流速太低，温度携带慢，易导致炉管超温。 流速过高会增加管内压降，增加了动力消耗，所以应在合理的范围内力求提高流速。 压降是判断炉管是否结焦的一个重要指标。 对流室温度较低，不易结焦，允许油料流速低一些，以降低炉管的压降，利于节能。 两相流状态时，低速时必须保证流型要求，避免局部过热；高速时压力降大，
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1.1 炉管的传热方式
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1.2 炉管的材质选择
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1.5 炉管的失效

1.5.1 失效的形式



常见失效：壁厚减薄、变形、破裂、鼓包、 腐蚀等； 管外腐蚀失效：氧化、高温硫腐蚀、低温 硫酸腐蚀，停工期间的应力腐蚀（如不锈 钢的氯、连多硫酸腐蚀等，炭钢的硫化物 腐蚀）； 管内腐蚀失效：高温硫腐蚀、氢腐蚀、氧 腐蚀、电化学腐蚀、碱腐蚀等； 材料失效：蠕变、石墨化、珠光体球化、 渗炭、脱炭等。
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1.5.3 偏流


偏流会导致某一路炉管内油品的温度忽高忽低，或流量过小，油品停留时间过长而裂解、 结焦； 偏流的原因： 超负荷或过低负荷会导致偏流； 炉膛内温度过于不均匀，影响某一路炉管汽化段的汽化率，进而影响该路炉管油品的 冷油流速，也会导致偏流； 汽化段炉管设计不佳，导致某一路炉管内油品的两相流出现液节流，甚至水击、震动， 进而影响该路炉管油品的冷油流速，同样会导致偏流； 某一路炉管的结焦也同样会导致偏流，导致该路炉管内油品的流量过小、温度过高， 进而加剧了结焦； 多流路防止偏流的措施： 各流路水力学对称设计。即各流路水力长度基本相等。 分支流控。即在入口支路上设置流量变送器和控制阀，保持各流路流量均匀。 当炉管的结焦引起支路出口温度超过规定时，可通过分支流控控制流量来改变炉管内 油品的流速、流态，通过打破焦层生成与脱落的平衡，使结焦层剥离。

还可能引起震动。 两相流状态时，不允许出现液节流，避免水击；理想的流型是雾状流，局部可 以是环状流和分散气泡流。
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4. 加热炉的主要技术指标

4.6 热效率


热效率表示向炉子提供的能量被有效利用的程度。有效吸热量即炉子的热负荷，热 效率是衡量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。 加热炉的损失热量直接影响热效率。 损失热量包括： 烟气带走的热量，包括烟气在排烟温度和基准温度下的热焓差、化学不完全燃 烧造成的损失和机械不完全燃烧造成的损失； 烟气中雾化蒸汽带走的热量； 炉墙、烟风道及空气预热器等的散热损失。
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1.5.4 管外失效


管外运行的环境：高温、存在氧气、含硫烟气 高温氧化： 金属与氧在表面结合，形成氧化膜。氧化铬可形成致密氧化膜，保护基体金属。 炉管金属在高温并有氧存在的条件下，进一步氧化，氧化膜加厚。 氧化膜生成时，由于氧的浓度存在梯度，同时金属原子的扩散、迁移存在不同的活性， 导致在梯度上存在不同成分，并产生内应力。当氧化膜加厚时，内应力增加，引起氧 化膜的开裂，并最终剥离。 氧化膜剥离后，内层的氧化膜接触到更高浓度的氧，进一步氧化。周而复始，最终导 致炉管减薄失效。 高温氧化的影响因素： 超温，温度越高，氧化越剧烈； 氧气，低氧环境能降低氧化程度； 硫含量，硫含量增加时，炉管的腐蚀加剧，低硫很重要； 温度波动，加剧应力变化，氧化膜更易剥离。

2.3 立式立管炉的特点：

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3. 加热炉的结构

3.1 概述

“管式加热炉”是石化工业中常用的工艺加热炉，其特征是： 被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且，这些气体或液体通 常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性大，操作条件 要苛刻得多。 加热方式为直接受火式。 只烧液体或气体燃料。 长周期连续运转，不间断操作。 工艺加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统以及通风系统五部分组 成。

3.2 加热炉的一般结构

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3. 加热炉的结构