管式加热炉
加热炉学习
一、管式加热炉的结构及工作原理1.1 管式加热炉在炼油和石油化工中的重要性管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，以供给介质在进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需的热量，保证生产正常进行。
与其他加热方式相比，管式加热炉的主要优点是加热温度高（可达1273K），传热能力高和便于操作管理。
近60多年所来，管式炉的发展很快，已成为近代石化工业中必不可少的工艺设备之一，在生产和建设中具有十分重要的地位。
例如：一个年处理量为2.5Mt原油的常减压蒸馏装置，虽所用的加热炉的座数不多，但其提供的总热量却达70MW，如果炉子加热能力不够，就会限制整个装置处理能力的提高，甚至无法完成预定的任务。
管式加热炉消耗的燃料量相当可观，一般加工深度较浅的炼厂，约占其原油能力的3%~6%，中等深度的占4%~8%，较深的为8%~15%，其费用约占操作费用的60%~70%，因此，炉子热效率的高低与节约燃料降低成本有密切的关系。
此外，管式炉炉管结焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故也常常是迫使装置停工检修的重要原因。
在生产中，希望生产装置能达到高处理量、高质量和低消耗以及长周期、安全运转，大量实践表明，管式炉的操作往往是关键之一。
管式炉的基建投资费用，一般约占炼油装置总投资的10%~20%，总设备费用的30%左右，在重整制氢和裂解等石油化工装置中，则占建设费用的25%左右，因此，加热炉设计选型的好坏，还直接影响装置经济的合理性。
1.2 管式加热炉的分类和主要工艺指标1.2.1管式加热炉的分类管式炉的类型很多，如按用途分有纯加热和加热-反应炉，前者如：常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化的作用）；后者如：裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。
按炉内进行传热的主要方式分类，管式炉有：纯对流式、辐射-对流式和辐射式。
管式加热炉
①螺旋管式炉
炉管是一段绕成螺旋状的小管，能完全排 空，虽然它属于立管式炉型，但其管内特 性更接近于水平管，能完全排空，管内压 降小。 这种炉子的主要缺点是为了便于盘绕，易 于制造，被加热介质通常宜走一路（即管 程数为1）。
螺旋管式
纯辐射式
有反射锥式
无反射锥-对流型
②有反射锥的辐射——对流型
横管大型箱式炉
立管大型箱式炉
④顶烧式
在这种炉子的辐射室内，燃烧器和炉管交 错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆 周上的热分布要比单面辐射均匀的多。 燃烧器顶烧，对流室和烟囱放在地面上。
它的缺点是炉子体积大，造价很高，用于 单纯加热不经济。 目前在合成氨厂用它作为大型烃蒸汽转化 炉型，运转良好。
卧管立式炉
②附墙火焰式
这种炉子用很多根弯成U字形的炉管把火焰 包围起来，用于炉管路数较多，要求管内 压力降小的场合。 随着炉子热负荷的增大，U形弯可以增加到 二个甚至三个。
大型催化重整的反应器迚料加热炉大多采 用此类炉型。
③立管立式炉
这是我国首创的炉型。 横管炉用到大量高铬镍钢的管架。
2、对流室
对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流 换热的部分，但实际上它也有一部分辐射 热交换，而且有时敷设换热还占有很大的 比例。
所谓对流室不过是挃对流传热起支配作用 的部位。 对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度 冲刷这些管子，迚行有效的对流换热。
对流室一般担负全炉热负荷20%~30% 对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率 越高，但究竟占多大比例合适，应根据管 内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管 排的压力损失等，选择最经济合理的比值。 对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射 室分开，单独放在地面上也可以。为了尽 量提高传热效率，多数炉子在对流室采用 类钉头管和翅片管。
管式加热炉的基本结构
管式加热炉的基本结构
管式加热炉由炉体、电加热器、控制器、温度传感器和通风系统等部分组成。
炉体采用金属材料制成，内部有导热管道。
电加热器通常选用电阻丝作为加热元件，将电能转化为热能，使管道内的热媒加速流动并传递热量。
控制器能够实现对加热电流、加热时间、温度等参数进行精确控制。
温度传感器用于测量炉内温度，通过传输信号控制控制器对加热器的电流进行调整。
通风系统则可将炉内产生的废气排出，以维持炉内空气的清新和稳定。
管式加热炉
结构与工作原理
管式加热炉是在炉内设置一定输量的炉管，被 加热介质在炉内连续流过，燃料在炉膛燃烧产 生的热量以辐射方式将热量传给辐射室炉管， 通过炉管管壁传递给被加热介质，烟气经辐射 室烟道进入对流室，以较高的速度通过对流炉 管间隙，同时完成对流换热，从而使被加热介 质温度升高的一种加热装置。
加热炉的设备—圆筒炉
燃料的发热值是指单位质量或体积的燃料完 全燃烧所放出的热量，单位是kJ/kg。 燃料的发热值又分为高发热值和低发热值两 种。 高发热值是指燃烧产物中的水变为液态 时燃料放出的热量 低发热值是指燃烧产物中的水为气态时 燃烧所放出的热量。 高低发热值之差为水的气化潜热。因为烟气 排入大气时，其中的水呈气态，所以工程上 都采用燃料的低发热值计算。
虽然利用烟道气为热源的空气预热器系统较 以常压侧线为热源的空气预热系统投资大、 流程复杂，维护检修费用高，但因其能有效 地降低排烟温度，更大限度地提高加热炉效 率，所以在应用上已日益被人们所重视。
吹灰器
吹灰器一般用在加热炉的对流室。 1、蒸汽吹灰器 采用吹灰器将蒸汽调整喷射在炉管上壁，可除去炉管 表面的灰垢。常用吹灰器有固定回转式和可伸缩喷枪式两 种，前者又分为手动、气动和电动三种。固定回转式吹灰 器的吹灰器固定在炉内，吹灰时可利用手动装置使链轮回 转，也可开动电机机械或风动马达使之回转。在炉外装有 阀门和传动机构，在吹灰器的吹灰管穿过炉墙处设有防止 空气漏入的密封装置。这种吹灰器结构简单，但由于吹灰 管长期在炉内，管子容易损坏，蒸气喷孔容易堵塞。可伸 缩式吹灰器的结构比固定回转式复杂，它的喷枪只在吹灰 时才伸入炉内，吹毕又自行退出，故不易损坏。这种吹灰 器一般在高温烟气区使用。
空气预热系统
随着加热炉的大型化发展和对加热炉效率 要求的提高，目前常减压装置已普遍采用强制 通风空气预热器，一般不采用自然通风。与自 然通风相比，强制通风空气预热主要有以下好 处： 1、有助于实行风量自动控制，降低过剩空气 量； 2、有利于提高空气与油雾的混合速度，使燃 烧速度和燃烧温度上升，增强火焰的辐射能力； 3、易于控制火焰形式，使之与炉型相配合； 4、为采用新型高效燃烧器提供了条件。
管式加热炉的基本知识
管式加热炉的基本知识一、管式加热炉的分类与特征各种管式加热炉通常可按外形或用途来分类。
1.按外形大致可分为四类：箱式炉、立式炉、圆形炉、大型方炉。
这种划分方法是按辐射室的外观形状区分，而与对流室无关。
例如：所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一箱子状的六面体。
所谓立式炉，其辐射室为直立状的六面体，其宽度要窄一些，两侧墙的间距与炉膛高度之比约为1：2。
1.1箱式炉1.1. 1横管和立管大型箱式炉如图2.5.1、图2.5.2所示，这两种炉型结构基本一致，只是一为横管、一为立管。
它们的优点是只要增加中央的隔墙数目，可在炉膛体积热强度图2.5.1 横管大型箱式炉图2.5.2 立管大型箱式炉图2.5.3 顶烧式炉图2.5.4 斜顶炉错误！未指定书签。
不变的前提下，“积木组合式”地把炉子放大。
该炉型适合于大型炉，其主要缺点是敷管率低，炉管需要合金吊挂，造价高，需设独立烟囱等。
1.1. 2顶烧式炉图2.5.3为顶烧式炉。
这种炉子的燃烧器和辐射炉管交错排列，单排管双面辐射，管子沿整个圆周的热分布均匀，燃烧器顶烧，对流室和烟囱在地面。
它的缺点是炉子体积大，造价较高，用于单纯加热不经济。
目前，在合成氨厂常用它作为大型烃蒸汽转化炉的炉型。
1.1. 3斜顶炉图2.5.4为斜顶炉，它由箱式炉演变而来，砍去其炉膛烟气流动死区而变成斜顶炉。
常用的是双斜顶炉。
由于改成斜顶，使箱式炉受热不均匀性有所改善，处理量也可加大。
其对流室在中间，烟气下行经地下或地面烟道排入烟囱内，也可在烟道处加装空气预热器，提高炉子热效率。
这种炉子没有克服箱式炉的其它缺点，除老装置原有使用外，新建装置很少采用。
1.2立式炉1.2.1底烧横管立式炉图2.5.5为底烧横管立式炉，传热方式与箱式炉相似，辐射室保持了立式炉特点。
炉管布置在两侧，中间是一列底烧的燃烧器，烟气由辐射室经对流室、烟囱一直上行。
其燃烧器能量小，数量多，在炉子中央形成一道火焰膜，以提高辐射传热效果。
第四章管式加热炉
混 合 的 先 后 可 分 为
预混式 ：结构复杂，对燃料要求高，易发生回火。 喷射式 ：瓦斯-空气未经预先混合，而是由燃烧器
的不同通道分别进入炉内，然后借助扩 散作用使两者在炉中边混合、边燃烧(即 扩散燃烧)。 半预混式 一部分空气靠引射器吸入预先混合 （一次空气），其余部分则靠外部大气供 给，与燃料边烧边混合（二次空气）。
燃烧必须具备的条件：可燃物、空气、温度 燃料的化学组成：C、H、少量的S、N、O等元素
理 按化学反应的需氧量
论 C+O2=CO 2
燃烧1kg碳需用氧=2.67 kg
空 2H2+O2=2H2O 燃烧1kg氢需用氧=8 kg
气 S+O2=SO2
燃烧1kg硫需用氧=1 kg
量 燃烧1kg燃料由空气供给的理论用氧量为（kg）
管式加热炉的其他部件
一、炉管：是加热炉形成传热表面最重要的 组成部分。主要考虑耐热性、耐腐蚀性、 机械强度、炉管表面热强度。
二、回弯头：将炉管连成一个整体的部件， 分为可拆和不可拆两种。与炉管连接有膨 胀法和焊接法。
三、管件与管板：为防止炉管在炉内受热弯 曲变形而采用管架支持，用耐高温的合金 钢制造。
按燃烧所用空气的供给方式可分为
引射式（空气靠瓦斯本身吸入）和混合式 （空气靠鼓风机供给）
液体燃烧器（油嘴）
雾 机械雾化
化 方
低压空气雾化
法 高压水蒸气雾化（炼油厂常用）
高压水蒸气雾化燃烧器：
水蒸汽与燃料油在燃烧器内不进行混合， 二者由不同的孔道分别喷出。
水蒸汽与燃料油在火嘴内混合形成泡沫状 物质，再由小孔按适宜角度喷入空气流中。 （内混式水蒸气雾化燃烧器）
无焰燃烧炉，即把双面辐射与无焰火嘴相结 合的一种新型炉。
管式加热炉操作方法
管式加热炉操作方法管式加热炉是采用超轻质的耐火纤维制造而成的，是一种节能电炉。
下面乔氏管式加热炉就为大家简单介绍下管式加热炉操作方法：1、在开炉之前一定要仔细检查水冷却系统、电气设备以及感应器铜管是不是完好，如果有问题，那么禁止开炉。
2、如果炉膛的绒损超过了规定，那么要及时的进行修补。
一定不能在熔损过深的坩埚内进行熔炼。
3、要有专人负责开炉以及送电，送电之后不能接触感应器和电缆。
值班的人不能擅自离开岗位，要随时注意坩埚以及感应器外部的情况。
4、在装料的时候，要检查炉料里面有没有混入易燃易爆等物品，如果有，要及时除去，严禁冷料和湿料直接加到钢液里面，当熔化液充满上部以后不能加入大块料，避免结盖。
5、在补炉和捣制的时候坩埚里面不能混入氧化铁以及铁屑等物品，捣制坩埚一定要密实。
6、浇注场地和炉前不能有障碍物，没有积水，防止钢水落地发生爆炸。
7、钢水里面不能盛的太满，手抬包浇注的时候，工作人员要配合一致，不能急走急停，浇注之后的余钢要倒入指定的地点，不能乱倒。
8、中频发电机房里面要保持清洁，不能将易燃易爆等物品以及其他的杂物带到室内，室内严禁吸烟。
管式真空炉维修1、管式真空炉气动挡板阀不能打开如果是管式真空炉前级阀打不开，原因可能是粗抽阀没有关好或者是真空计设定没到上限；如果是粗抽阀打不开，原因可能是前级阀没有关好或者是主阀没有关好；如果是主阀打不开，原因可能是粗抽阀没有没有关好或者是前级阀没开。
另外还要检查一下真空炉动力气源压力是否足够、气缸机械是否卡住、按钮是否坏掉以及机前阀气缸开关坏掉。
2、管式真空炉抽真空时，抽不上去低真空首先检查一下管式真空炉机械泵，查看泵油是否足够以及是否被污染，气镇阀是否关严，泵本身抽速是否足够；然后检查一下真空管路，查看电磁放气阀、波纹管、粗抽阀密封套、各法兰接口胶圈是否有问题；接着检查一下炉体，查看放气隔膜阀、真空规管裂、风机接线柱、各法兰接口胶圈是否有问题；再检查一下真空炉的真空计是否准确；最后检查一下罗茨泵旁通阀是否打开。
管式加热炉概述
管式加热炉的主要结构之一续
• 燃烧器分类：
按所使用的燃料不同，燃烧器可以分为燃料油燃烧器、燃料气燃 烧器和油-气联合式燃烧器三类。 1、气体燃烧器：是气体燃料燃烧的场所，其燃烧所必须的条件是： 气体燃料在一定比例下充分混合，该混合物要有一定着火温度， 并给予充分混合时间和燃烧化学反应的时间，为了满足这些条件 燃烧器必须有气嘴、火道和炉膛，才能保证燃料迅速且完全燃烧。 2、液体燃烧器：炼油厂用的液体燃料一般是重质油品，燃烧起来比 燃料气体困难，燃烧前要先行汽化，并且要蒸发、扩散与燃烧三 各过程同时进行，这就要求把液体燃料雾化成适于燃烧的细滴， 通常有三种雾花方法：机械雾化、低压空气雾化、高压水蒸气雾 化。 3、油气联合式燃烧器
管式加热炉概述
• 管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温 火焰与烟气作为热源，来加热管路中流动的油品，使其达到工艺规定的温度，以供给原油或 油品进行分馏.裂解和反应等加工过程中所需要 的热量，保证生产正常进行。
1、 管式加热炉的特征：
１）被加热物料在管内流动，仅限于加热流体；而且这些流体都是易燃易爆的烃类物质， 危险性大，操作条件很苛刻； ２）加热方式为直接受火式； ３）只使用液体或气体燃料； ４）长周期连续运转，不简短操作。
管式加热炉的主要结构之二
• 炉体系统： 1、炉墙：其普遍采用的是耐火层-保温层-保 护层的结构，要求其绝热良好，热损失小， 牢固可靠，重量轻而价廉，易于建造和维修。 耐火层须能耐一定高温，常用材料是耐火砖、 耐热混凝土、耐火纤维毡等；保温层应具有 良好的保温性,常用材料有硅藻土、.膨胀珍 珠岩等；保护层可以用石棉沥青涂层或钢壳。 2、钢架：用以保持炉型和支持炉墙、管子、 顶盖、吊架、扶梯、平台等各个系统。钢架 是根据各种炉型，用不同的型钢焊接而成。
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（C）化工仿真软件的操作界面：
仿真软件的画面有2个。一个是DCS 画面，代表了你现在 的岗位是内操，主要工作是调整、监视生产过程。另外一个 是“现场”画面，代表了你进入了现场作为一个外操工人， 这个画面在生产中并不存在，是个仿真（假）画面，一定要 区分清楚。
2.DCS 操作中安全注意事项：
（1）严密监视生产情况，及时调节 （2）只能运行工厂的监控软件 （3）不能连续快速画面翻页 （4）保证DCS操作电脑不能进水进灰 （5）异常情况及时汇报向班组长汇报
（2）.压力调节控制：
任务： 控制v105 气液分离罐压力PIC 101 到2 atm。
（3）.温度的控制 调整TIC 106 温度，从420摄氏度降低到400摄氏度。
本次课总结：
化工仿真的作用 生产过程自动控制方式 一般的化工厂的生方式？ 2.叙述我校化工仿真软件中的一些流量、压力、温度的控制方法
管式加热炉
一、提问：
1.现代化工工厂的生产特点？ A：生产大型化、连续化，自动化程度高，对操作工人要求高 B：原料、产品多样化，原料很多是有毒、有害、易燃、易爆 2.化工厂常用的自动控制方式？ A：常规仪表控制 B：DCS 集散控制
二、化工仿真软件操作
1.化工仿真软件的操作界面
（1）、项目设计：设计一个实际工厂用的物料输送管路：把液体原料 用泵从A容器输送B容器并可调节流量。
用途和结构：
管式加热炉是石油化工生产中最常用的设备。管式加热炉是 一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料， 所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射 传热为主。 管式加热炉通常由以下几部分构成： 辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接 受火焰冲刷，温度很高（ 600-1600 ℃），是热交换的主要场所 （约占热负荷的 70-80% ）。 对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。 燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧 器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。 通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分 为自然通风方式和强制通风方式。
要使用到的一些设备的符号：
流量调节 阀门符号
一个实际生产中的液体输送方案：
（2）讨论：化工生产的组织？
提问：请说出上述图中的哪些设备是由外操完成? 哪些设备有内操完成？
一般化工生产的操作人员分为二大部分，就是通常说的外操和内操。 （a）内操人员操作的设备：
(b)外操人员操作的设备：
总结：通常在化工厂液体输送管路中，中央控制室 内看到的DCS 流程图上只有一个阀门，但是流量的控 制不仅仅靠内操就可以完成的，要内外操人员一起配 合才能完成的。
管式加热炉外形：
3.基本操作： （1）流量调节
任务1：控制加热炉进料FIC 101 流量到3000kg/H。
自己练习： 把采暖水FIC 102 流量控制到10000Kg/H 。
任务2：调整加热炉生产量使得产量从原来的3000kg/h 提升到4000 kg/h。
调整采暖水量从FIC 102 10000kg/H 提升到15000kg/H。