加热炉设计导则

目次

1总则

适用范围

2 引用标准

3 蒸馏炉设计要点

炉型选择

3.2主要工艺参数的选择

3.3炉管材质的选择及壁厚计算

4 热载体炉设计要点

4.1简介

4.2炉型选择

4.3主要工艺参数的选择

炉管材质的选择和壁厚计算

5延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉设计要点简介

炉型选择

主要工艺参数的选择

炉管材质的选择和壁厚计算

6加氢炉设计要点

6.1加氢炉分类

6.2炉型选择

6.3主要工艺参数的选择

6.4炉管材质的选择及壁厚计算

辐射管架的热膨胀问题

6.5炉管表面热电偶的设置

7重整炉设计要点

7.1炉型选择

7.2主要工艺参数的选择

7.3炉管材质的选择及壁厚计算

结构设计注意事项

8润滑油精制炉设计要点

8.1炉型选择

8.2主要工艺参数的选择

炉管材质的选择及壁厚计算

9气体加热炉设计要点

9.1炉型选择

9.2主要工艺参数的选择

炉管材质的选择及壁厚计算

10制氢炉设计要点

转化管内的化学反应简介

工艺计算主要工艺参数及技术性能指标

炉型选择

转化管管系设计

1 总则

适用范围

石油化工管式炉的设计应按照相关标准进行。这些标准对管式炉设计的各个方面均有详细规定，为避免重复，本导则仅对各类管式炉的设计要点进行阐述，以指导设计者正确进行设计。

本导则适用于新建石油化工管式炉的设计，改扩建的石油化工管式炉设计也可参照执行。

2 引用标准

使用本导则时，尚应符合以下有关标准的规定：

a)SHJ36 《石油化工管式炉设计规范》

b)SHJ37 《石油化工管式炉炉管壁厚计算方法》

c)SH3070 《石油化工管式炉钢结构设计规范》

d)BA9-2-1 《管式炉炉型选择及工艺参数的确定》

e)BA9-1-2 《石油化工管式炉工艺计算》

f)BA9-4-3 《管式炉炉管系统的设计》

g)BA9-4-1 《管式炉燃烧器选用原则》

h)BA9-4-2 《管式炉零部件的选用和设置》

i)BA9-1-3 《管式炉炉衬设计》

j)BA9-1-5 《管式炉钢结构设计荷载确定》

k)BA9-1-6 《立式（箱式）管式炉钢结构设计》

l)BA9-1-7 《圆筒形管式炉钢结构设计》

m)BA9-1-4 《管式炉钢制平台、梯子和栏杆》

n)BA9-5-1 《管式炉余热回收方案的选用》

o)BA9-5-2 《管式炉余热回收烟风道系统》

3 蒸馏炉设计要点

蒸馏炉包括原油蒸馏装置的常压炉、减压炉以及二次加工装置的常压和减压分馏塔进料加热炉。

炉型选择

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。

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。一些二次加工装置的产品品质要求较高，如重油加氢装置的常、减压分馏塔进料加热炉，也要求采用卧管炉。

主要工艺参数的选择

主要工艺参数包括辐射管外表面平均设计热强度（简称辐射管平均热强度，下同）和管内介质流速。一般蒸馏炉的主要工艺参数见表。

表蒸馏炉的主要工艺参数

表中的质量流速是所谓”经济流速”，在此范围内，炉管内的总压降一般在~。国外一些工程公司则认为应采用“品质流速”，即高流速，一般是经济流速的二至三倍，管内总压降高达~2MPa。在高流速下，油品局部过热裂解的倾向小，最终油品的品质好。如设计采用“品质流速”，应取得工艺专业的认可，以便工艺专业考虑到高压降后选择泵的扬程。

炉管材质的选择及壁厚计算

常压蒸馏炉，当被加热介质的硫含量小于%（重）时，选用碳钢炉管。当硫含量不小于%（重）时，对流室选用碳钢炉管，辐射室及遮蔽管选用Cr5Mo炉管，或全部选用Cr5Mo 炉管。

减压蒸馏炉一般全部选用Cr5Mo炉管。当被加热介质含环烷酸、且酸值不小于KOH/g 油时，汽化段选用16Cr-12Ni-2Mo（美国钢号TP316L）。

蒸馏炉的操作压力一般都低于，因此，炉管壁厚一般不用计算，而根据结构需要和工程经验选取;见表。

表炉管壁厚选用

外径φ，mm选择壁厚，mm

外径φ114, >φ114～φ168φ219

φ273壁厚选6mm 壁厚选8mm 壁厚选10mm 壁厚选12mm

炉管扩径

3.4.1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，并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。

逐级扩径应进行比较精确的分段计算，以保证整个扩径过程中均具有良好的流型- 雾状流或环雾流，避免可能出现水击的液节流。

每次扩径后的管段始端，一般容易出现不理想的流型，末端则容易出现超温，因此，计算过程中应适当调整各管径的管段长度，以保证理想的流型，且保证温度波动在3℃以内。典型的扩径方案有：φ152 φ219 φ273。

3.4.2减压炉至减压塔之间采用低速、低压降的转油线后，转油线的直径将变得很大，其自身的热膨胀难以得到补偿。如果让各支路转油线作成L型和Π型补偿器结构，则会使支路转油线的压降大大增加，炉出口处的压降升高。为此应减小支路转油线的长度，转油线的大部分热膨胀由炉出口管的预拉和退让来补偿。应该注意的是，从转油线、支路转油线到炉出口管之间的位移和应力必须统一进行严格的计算。再者，炉出口管和炉墙之间的密封问题也应采用密封套管来解决，使其既能密封良好，又不防碍炉出口管的自由位移。

3.4.3一般常压蒸馏炉是不扩径的。当常压蒸馏处理极轻的原油时，为避免过大的压降，也有将常压炉汽化段扩径的（如泽普炼油厂常压炉），但这要由计算来决定。

4 热载体炉设计要点

简介

当加热要求均匀缓和，严格控制和调节加热温度时,一般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。

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，亦称道生油（DOWTHERM），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的，导热油是用沸程合适的石油馏分加工制成的，其加热炉亦称“热油炉”

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，并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，将这类管式炉也并入热载体炉一类。

炉型选择

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、立管或卧管立式炉和箱式炉。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。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“燃烧器管理系统”这样高水平的自动化控制系统。

石油化工用热载体炉的炉型选择原则与蒸馏炉一样，不小于30MW一般选用辐射-对流型圆筒炉,大于30MW则选用立管或卧管的立式炉和箱式炉。

主要工艺参数的选择

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，因此设计时应特别注意两点：

a)辐射管平均热强度不宜过高，且应核算其最大峰值时的油膜温度不应超过表4.3.1所列的最高使用温度。

表4.3.1

注：YD是燕山石化研究院生产的导热油代号。

b)采用较高的流速，以减少局部过热，液相流速~3m/s，汽-液混相流速，15~20m/s。

推荐的辐射管平均热强度和管内流速列于表4.3.2。

应该说明的是:二甲苯塔底重沸炉出口汽化率一般在50~75%(重)之间,因此,一般在汽化前选用较小的管径,汽化后选较大的管径。

表4.3.2

4.3.3热载体炉的流量大，温升小，因此管路数较多，大型炉有的管路数多达12路。为了保证各路流量均匀，除在炉入口前必须采用流量控制外，盘管结构设计和燃烧器布置等均应保证各流路在水力学和热力学方面均衡。

炉管材质的选择和壁厚计算

由于联苯类和热油类热载体对金属的腐蚀性极微。其加热温度一般都低于300℃，最高的也超不过380℃，其管壁温度都低于450℃，因此应选用碳钢炉管。

热载体炉的操作压力一般都小于，因此其壁厚可与蒸馏炉管壁厚一样根据结构需要和经验选取，同。

5 延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉设计要点

简介

延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉均属于加热重质油品的加热炉，其特点为管内油品比重大（一般均在以上）、粘度高、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蒸汽以提高管内流速。

炉型选择

由于延迟焦化炉操作条件较为苛刻，应选择水平管箱式炉，而减粘炉和沥青加热炉由于操作温度相对较低，可优先选择圆筒炉。

主要工艺参数的选择

5.3.1 管程数、管径及管内油品质量流速

由于管内油品重、粘度大，易结焦等特点，炉管管径既不宜过大也不宜过小。管径过大则造成管内传热系数减小，内膜温度升高；管径过小时结焦易造成管内堵塞，因此一般均在φ60～φ127之内选择。为了避免介质偏流造成炉管局部过热而产生结焦现象，在满足管内流速及压降限制的前提下应使管程数最少。由于延迟焦化炉对油品在管内的停留时间有一定的限制（一般油品温度大于426℃后在管内的停留时间不宜超过45秒），