管式加热炉案类.doc

典型案例介绍 结合某企业蒸馏装置三台加热炉测评情况进行介绍 一、概述 该装置于1983年建成投产，处理量设计为300万吨/年，采用冷进料、热油预热空气这种余热回收流程（3台炉共用一台热油式空气预热器），热效率设计值为88%，燃烧器为ⅥB-300型油气联合燃烧器，运行至今近20年。由于该装置加工工艺及目前加工高含硫原油的影响，造成整个对流段低温腐蚀严重。2000年6月大修期间，更换了所有对流炉管，切除了软化水管，炉衬材料采用膨胀珍珠岩面砖，并将原来的蒸汽吹灰器更换为激波除灰器；同时对炉-1、3辐射室的衬里进行了改造，采用陶纤喷涂，炉-2的辐射衬里于1999年8月抢修时更换，为陶纤和岩棉板，辐射顶均采用陶纤。在自动控制方面，该装置采用了DCS集散型自动控制系统，并在对流出口位置安装了在线氧化锆探头。 综上所述，被测3台加热的整体技术装备与石化同行同类型加热炉相比，处于中上等水平，但其余热回收工艺较落后，目前石化同行常减压装置中采用这种工艺的已为数不多，加之目前炉用燃料中含硫较高的影响，更加剧了低温受热面的露点腐蚀，严重影响了加热炉的安全高效运行。 二、测试及计算结果汇总 在计算热效率划分加热炉系统体系时，我们把冷进料热油空气预热器划在体系之外，即进入体系的空气温度为空气预热器出口空气温度即热风入炉温度，体系的排烟温度为对流出口烟气温度。 项目 单位 炉-1 炉-2 炉-3 燃料耗量 Kg/h 1037.46 1055.56 988.89 供给能量 KJ/kg燃料 49863.2 49249.5 50693.2 氧含量 % 5.43 7.40 6.50 CO含量 ppm 1 456 0 SO2含量 ppm 651 599 626 排烟温度 ℃ 215.73 219.27 203.33 排烟损失 % 11.981 13.411 11.697 不完全燃烧损失 % 0.001 0.562 0.000 散热损失 % 3.674 2.851 3.082 附属设备损失 % 0.000 0.000 0.000 露点温度 ℃ 141.6 140.5 141.1 反平衡效率 % 84.24 83.18 85.22 备注： 冷进料入炉温度分别为：112℃、110℃、103℃； 燃料油含硫量0.376%，系统瓦斯中H2S含量0.02% 三、存在的主要问题及分析 1．低温露点腐蚀严重 随着加工高含硫原油比例的不断加大，一些装置的加热炉相继出现设备故障，直接威胁到装置的安全生产。从此次调查情况看，露点腐蚀是被测3台加热炉问题中表现最为突出的，该装置于2000年6月份大修时为此更换了对流室，包括对流炉管，切除了软化水管。 随着节能工作的不断推进，加之石化系统目前所面临的严峻形势，加热炉作为炼油企业的耗能大户，对其热效率的要求越来越高，在保证炉膛不过氧或缺氧燃烧的前提下，通过降低排烟温度来提高炉效，达到降低燃料消耗的目的。但是随着排烟温度的降低，如果燃料中硫含量超标，低温腐蚀现象将不断加剧，严重的影响了加热炉安全运行。目前，低温露点腐蚀已成为该装置降低排烟温度、提高加热炉热效率的主要障碍。 低温腐蚀主要由露点温度、烟气温度、对流段尾部进料温度决定。影响烟气露点温度的因素主要有：燃料中的硫含量、过剩空气系数以及烟气中水蒸汽的含量。主要原因表现在：燃料中的硫燃烧后全部生成SO2，其中一些SO2与炉膛中过量的氧化合生成SO3，当烟气温度降到400℃以下时，SO3就与水蒸汽化合生成硫酸蒸汽，当受热面温度低于或接近于露点温度时，生成的这些硫酸蒸汽就会凝结在这些低温受热面上，产生低温硫酸腐蚀。含硫量越多，过剩空气系数越大，SO3的生成量越多，露点温度随着烟气中水蒸汽的含量增多而升高。 另外低温腐蚀与积灰密切相关。一方面，积灰吸附烟气中的SO3与水形成硫酸，加剧腐蚀，另一方面，腐蚀引起积灰，堵塞烟气通道、恶化传热。低温腐蚀随烟气温度及炉子尾部受热面温度的降低而加剧。 2．燃烧器问题 下表-6 是该装置3台加热炉燃烧器情况现场调查结果，炉-1、2、3燃烧器为ⅥB-300，油枪型号为YQ300型，针对表-6中所反映的问题，结合前面的一些测试数据，我们把可能导致这些问题的原因汇总于表-7所示： 表--6 炉号 燃烧器型号 存在问题 炉-1 ⅥB-300 漏油、结焦、火焰瘦长、尾部软而飘 炉-2 ⅥB-300 漏油，油嘴火焰瘦长，气嘴火焰飘散 炉-3 ⅥB-300 气嘴火焰呈兰色、尾部发散，水汽大 另外现场检查发现，各炉燃烧器与蝶阀之间无石棉垫密封，快开风门处也无密封垫；燃烧器预燃筒上点火孔和观察孔盖全开（有盖）；炉底人孔盖关不严，使得燃烧器附近温度较高，造成其表面油漆起皮、脱落、燃烧器筒体与炉体结合处变形，既浪费能源，又损坏了设备。 综上所述，该装置加热炉燃烧器的燃烧质量及性能有待于进一步跟踪和研究，应着重对其燃烧质量、操作弹性、火焰焰形与炉型的匹配上着手，改善燃烧器的燃烧状况。 3．炉体密闭性差 标定时，现场检查发现： （1）炉-1北面对流室底部与辐射顶连接处烟气外泄，其周围表面温度较高，造成吹灰器、氧化锆安装位置保温脱落。 （2）炉-1、2看火门、防爆门因变形而关闭不严，其周围发黑；辐射斜顶盖板变形翘起，缝隙发黑。 （3）炉-1、2对流室南北面弯头箱门缝隙发黑；炉底火嘴没加盖及连接处，热空气外泄。 （4）前面已经提过炉-1、2、3炉底燃烧器点火孔、观察孔全开，人孔盖关不严，由于加热炉是负压操作，造成大量冷空气漏入炉内。 （5）热油式空气预热器与热风道连接处和预热器北面检修门密封不严，造成热空气外泄。 结合附图1~6（炉体红外热成像图）还可以看出，炉-1、2对流室弯头箱门密闭性差。尽管炉-1、2、3烟气中的氧含量和CO含量控制得较合理，但从前面的这些现象看，炉膛内负压较小基本接近于正压，造成大量的高温烟气泄漏。由于现场条件所限，各炉不具备做炉体漏风试验条件（辐射出口无测孔），因此炉体各段漏风量大小无从测得。 炉体泄漏分为向外漏和向内漏两种。内漏包括漏水和漏气，漏入的雨水在炉内产生瞬间汽化而损坏衬里；漏气是指外界冷空气的漏入，它不但不参与燃烧，还会使烟气中的氧含量增加，从而降低炉效，另外还会加剧炉管的氧化、炉膛温度降低和烟气中氮氧化物生成量增加等，通常外界冷空气是从辐射室和对流室的弯头箱门处漏入。外漏在炉膛（辐射炉膛或对流室）出现正压操作时高温烟气向外泄漏，造成热量损失，并导致炉墙外壁钢结构的局部过热。 4．炉用燃料中的系统瓦斯含硫量较高 从本次标定时炉用燃料油气取样分析数据看，燃料油中硫含量正常（0.367%），低压瓦斯中硫化氢含量为零，高压瓦斯中硫化氢含量为2000PPm，则高压瓦斯中的总硫含量约1882PPm，超出了中石化总公司“炼油装置加热炉运行管理制度”中规定的燃料的总硫含量不大于100PPm的指标，致使烟气中SO3的浓度增加，露点温度上升。 5．激波吹灰器故障率较高 被测3台加热炉激波吹灰器采用连锁控制，只要有一台出现问题，其它2台都不能正常启用，影响了加热炉的正常吹灰，长期下去对流炉管所积聚的灰垢将难于清除，致使受热面传热效果下降，排烟温度升高，热效率下降。 6．部分在线仪表安装不全 被加热工艺介质在线仪表安装不全：炉-1~3冷进料进出口压力表缺省，炉-1、2初底油出口压力表缺省；炉-2过热蒸汽流量表缺省；炉-3过热蒸汽出口压力表，常底油进出口压力表缺省。在进行正平衡炉效计算时，这些缺省值影响了加热炉的热负荷计算。 七、几点建议 （一）加强管理，向管理要效益 1．定期进行燃料含硫量化验和烟气露点温度监测 2．在保证正常燃烧的情况下，维持较低的过剩空气系数，减少SO3的生成 燃料中硫份越高，燃烧中形成的SO3就越多，硫酸蒸汽的分压就越大、就越容易结露。由于SO2要在高温且过氧的情况下才能进一步氧化为SO3，因此在保证正常燃烧的情况下，维持较低的过剩空气系数，降低SO2氧化为SO3的转化率，也是减缓低温露点腐蚀的有效措施之一。 3．定期吹灰，规范吹灰 首先根据燃料的品质、燃烧器的燃烧质量以及炉负荷等因素，正确设定吹灰器的工作程序；第二严格按其设定的工作程序进行吹灰，确保在规定的时间内按时吹灰；第三一旦发现吹灰器出现故障，应及时与厂家及有关部门联系，消除故障，确保吹灰器好用和正常使用。 4．定期检查，加强堵漏 加强加热炉体系漏风检查，如燃烧器部位的点火孔、观察孔、停用油枪安装孔，炉墙部位的看火门、防爆门、辐射斜顶盖板、介质进出炉管线与炉体之间等部位，对这些漏风源一旦发现，应及时封堵。 5．建立定期清洗和维护燃烧器制度 燃烧器投用后，火嘴处常出现结焦、喷孔堵塞、喷孔不对中等，如不及时处理，会影响燃烧效果，对在实际使用过程中出现的这些常见问题应多加注意，建立定期清洗和维护制度，加强安装质量检查和日常维护工作。 6．完善在线缺省仪表，更好的指导操作 7．规范现场烟气测孔 此次标定烟气组份的测定是在对流出口与烟道挡板之间的排烟温度在线热电偶安装孔进行的（现场标定时仪表人员临时拆下在线热电偶），为了规范现场测孔，建议在辐射出口（对流室底）安装烟气测孔，对流出口安装露点温度测试孔，测孔开设的具体要求和注意事项详见2002年石化总公司“加热炉管理工作会议”上制定的“炼油装置加热炉运行管理制度”讨论稿。 （二）挖潜增效，进一步提高加热炉的运行水平 1．改进加热炉现有换热工艺流程 （1）切除冷进料管，增加部分原料油管，不但减少或避免了对流室的露点腐蚀，而且提高了加热炉的热负荷；或提高冷进料入炉温度，目的是提高对流炉管低温受热面的管壁温度，避免露点腐蚀。 （2）采用热管式或无机热管式空气预热器 随着加工高含硫原油比例的不断增加，燃料中硫含量不断提高，露点温度也不断提高，由于被测3台加热炉冷进料入炉温度较低，在110℃左右，这个温度已完全在露点腐蚀温度范围；加之采用冷进料流程时，因受冷进料温度的限制，排烟温度较高，一般在200℃左右，这样一来不但炉效不可能很高，而且还加剧了对流室低温受热面的露点腐蚀。 据了解目前常减压装置加热炉采用这种余热回收方式的为数已不多，绝大多数采用的是热管式空气预热器，无机热管式空气预热器作为一种新型余热回收技术也已在不少常减压炉上应用，反映也较好。 2．对燃烧状况较差的燃烧器进行改造，进一步改善燃烧质量 3．改进现有系统瓦斯脱硫工艺或增加现有瓦斯脱硫装置的加工负荷和开工平稳率， 保证炉用燃料品质 4．对激波吹灰器控制系统进行改造，增加一个备用控制系统或分别建立独立的控制程序 （三）最佳热效率和最佳操作条件的确定 该装置被测3台加热炉余热回收采用的是冷进料热油式空气预热器，而采用冷进料流程的关键是确定合理的冷进料入炉温度，应选择稍高于露点温度，已避免露点腐蚀。根据前面所阐述的情况看，该装置3台加热炉效率提高的最大拦路虎是露点腐蚀问题，从炉效计算结果汇总表得知，导致被测3台加热炉反平衡效率偏低的主要原因是排烟温度偏高，为了经济有效地解决低温露点腐蚀和炉效的冲突，也就是说在把炉效提到最高的同时，把腐蚀降低到最小限度。 基于2002年3月23日的标定测试与计算结果，确定被测3台加热炉当时的最佳热效率和最佳操作条件，即针对该装置目前的现状，确定一个最佳的排烟温度、冷进料的入口温度和最佳热效率（在该装置当时的加工油种和加热炉的运行负荷、炉用燃料性质及燃料用量的情况下），其结果如表-8所示，总的控制原则如下： （1）在保证燃烧的情况下，尽量降低过剩空气系数； （2）在减少露点腐蚀的同时，尽量降低排烟温度。 利用红外热成像图评价炉