炼油企业工艺加热炉管理规范试行Word格式文档下载.docx
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4.2.1炉膛负压值29
4.2.2过剩空气系数29
4.2.3加热炉调节29
4.2.4加热炉内部的检查30
4.2.5加热炉外部的检查30
4.2.6加热炉性能参数30
4.2.7加热炉的开停工31
4.2.8紧急停炉程序33
4.3工艺加热炉的安装34
4.3.1燃烧器安装34
4.3.2燃烧器和加热炉的连接36
4.3.3燃烧器的安装检验36
4.3.4空气控制37
4.3.5衬里安装37
4.3.6仪表安装38
4.4工艺加热炉的维护39
4.4.1燃烧器维护39
4.4.2仪表维护41
4.4.3挡板、风门机构维护41
4.4.4看火门维护41
4.5常见故障分析与排除41
4.5.1简介41
4.5.2火焰脉动42
4.5.3火焰冲击炉管42
4.5.4回火42
4.5.5火焰不规则42
4.5.6油枪漏油42
4.5.7发烟的长火焰43
4.5.8主火嘴点火失败或熄灭43
4.5.9燃料压力高43
4.5.10排烟温度高43
4.5.11对流段过热44
4.5.12点油火嘴时有“振荡声响”44
4.5.13脱火44
4.5.14长明灯无法点火或熄灭44
4.5.15烟道冒黑烟44
4.5.16高NOx排放44
4.6日常管理内容45
4.6.1建立加热炉运行管理台帐45
4.6.2定期监测管理45
4.6.3运行考核45
5安全管理规定45
5.1管式加热炉安全技术措施45
5.1.1燃料气分液罐45
5.1.2盲板与切断阀46
5.1.3控制回路46
5.1.4阻火器46
5.1.5控制阀选型46
5.1.6长明灯46
5.2对人员的要求46
5.2.1管理人员46
5.2.2班长和加热炉操作人员46
5.3管式加热炉开、停工过程管理要求47
5.3.1盲板管理47
5.3.2爆炸气分析管理47
5.3.3点火、停炉操作规定47
1范围
本规范对工艺加热炉的设计、操作、日常维护、常见故障诊断和处理、安全管理规定等内容明确了基本概念和管理要求。
编制本规范的目的是规范炼油企业加热炉设计、操作、维护，确保加热炉安全运行，提高效率。
本规范适用于中国石油天然气股份公司炼油企业加热炉管理。
2规范性引用文件
ISO13705石油天然气工业一般炼油装置用火焰加热炉
SH36-91石油化工管式炉设计规范
Q/Y50-2002石油化工工艺加热炉节能监测方法
Q/Y62-2003炼油装置节能监测方法
中油石油质字[2003]279号《管式加热炉安全管理的若干规定》和《管式加热炉操作规程编写指南》
3术语及重要概念解释
3.1加热炉及附件
3.1.1加热炉
3.1.1.1加热炉的一般结构
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组成。
辐射室也称为炉膛，包括燃烧器和风道，炉管和炉管支撑，耐火衬里等。
辐射室担负全炉热负荷的70%~80%，主要传热方式是热辐射，是加热炉的主体部分。
对流室包括遮蔽管，对流管，耐火衬里，管线支撑和挂钩，主要传热方式是对流。
对流室一般担负全炉热负荷的20%~30%，对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高。
为了尽量提高传热效果，对流室多采用钉头管和翘片管。
燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。
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。
回收方法分为两类，一类采用空气预热方式回收热量；
另一类是采用余热锅炉回收热量。
通风系统的作用是将燃烧用空气导入燃烧器。
通风方式分为自然通风和强制通风两种。
其它的附件设备包括火嘴、风门、防爆门、观火孔、烟囱、烟道挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、吹灰器等。
3.1.1.2加热炉的种类
加热炉按按辐射室的外观形状大致分为：
箱式炉、立式炉、圆筒炉等。
3.1.2燃烧器（火嘴）
燃烧器是将燃料和空气混合，发生燃烧，释放出工艺所需要热量的机械装置。
燃烧器通常包括喷嘴、配风器和燃烧道三个部分。
燃料喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。
燃料油喷嘴的主要任务是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾化炬。
外混式燃料气喷嘴将燃料气分散成细流，并以恰当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。
预混式燃料气喷嘴是将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧的。
配风器调节并引入空气，使空气和燃料良好混合并形成一定的火焰形状。
燃烧道一是给火焰根部提供高温热源以保证燃烧稳定；
二是约束空气，使之与燃料充分混合；
三是与配风器一起使用，使气流形成理想的流型。
按所用燃料的不同，燃烧器可分为燃料油燃烧器、燃料气燃烧器和油-气联合燃烧器三大类。
按供风方式的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器。
按燃烧器的发热量大小，可分为小能量和大能量两种，一般5.5MW以上的属于大能量燃烧器。
按燃烧的强化程度可分为普通燃烧器和高强燃烧器。
随着加热炉大型化的发展，如果采用一般燃烧器，不但数量多，管线复杂，操作和维护不易，而且炉管表面热强度和热效率都较低，因此，选用大能量的、高强化燃烧器是实现加热炉大型化的关键。
3.1.3吹灰器
加热炉炉管表面沉积灰垢之后，热阻将明显增大，使热效率和经济性随之降低。
炉管受热面上的积垢还将吸收烟气中的SO2和SO3，并在吸收水分后形成硫酸，从而加剧对炉管的腐蚀。
管外积灰主要发生在对流室，在对流室采用翅片管和钉头管的加热炉或烧重油、污油的加热炉，必须设置吹灰器以清除对流段炉管积垢。
常用吹灰器包括蒸汽吹灰器、声学吹灰器和激波吹灰器。
3.1.4炉壳体和耐火衬里
加热炉有钢梁结构支撑的钢板外壳，钢结构内部有耐火衬里。
外壳通常不是密封的结构，有很多开口，如观火孔，炉管开孔，火嘴开孔和人孔等。
由于加热炉是在微负压的情况下操作的，空气将通过所有的开孔进入炉体，为了保持加热炉高效运行，因此，在操作时，其它的开孔应尽可能最小或密封。
加热炉炉体由于有炉管、弯头箱、观火孔、防爆门、人孔等设施，必须经常对这些部位进行检查和堵漏。
耐火衬里保护钢壳体不被烧坏，并提供绝热减少热损失。
在检查炉膛耐火衬里时，耐火衬里的顔色可以粗略衡量炉膛热平衡分布是否均匀，耐火衬里的暗色条纹表示有空气进入炉膛冷却了耐火衬里。
3.1.5余热回收设备
提高加热炉热效率的措施之一是回收烟气余热。
回收烟气余热的途径是利用低温介质吸收烟气的热量，如加热工艺介质、发生蒸汽或预热炉用燃烧空气。
常用于余热回收的设备为空气预热器和余热锅炉。
安装空气预热器是回收烟气余热的一个重要途径。
在对流室和烟囱之间装设空气预热器回收烟气余热，这样不但能提高加热炉热效率，节约燃料，而且空气经预热后，燃烧时能降低噪音，减少烧油火嘴的结焦现象。
在加热炉排烟温度大于500℃时，安装余热锅炉回收烟气余热效果显著。
利用烟气余热预热空气的方案可分为间接预热空气和直接预热空气两种。
间接预热空气有工艺分支物流预热空气、冷进料-热油预热空气、开式循环或闭式循环热载体预热空气等。
烟气直接预热空气按其特点可分为间壁式和蓄热式两大类。
工艺加热炉通常使用间壁式空气预热器，间壁式空气预热器是指烟气将热量连续不断地通过固体壁传给空气的预热器，如管式空气预热器、热管式空气预热器、板式空气预热器等。
3.2运行参数
3.2.1炉膛负压
炉膛负压是由于炉内烟气密度与大气的密度差而引起的，是炉内任一点的实测值。
炉膛负压的单位可以用毫米水柱（mmH2O）或帕（Pa）表示。
炉膛负压的存在使空气能够通过火嘴或其它的开口进入炉体，热的烟气从烟道排出。
炉膛负压的第一测量点一般在辐射段的顶部即炉膛拱顶部位，保持此处很小的负压即可确保整个加热炉内为负压。
此处要安装负压表，随时监测加热炉运行参数。
负压的第二测量点在火嘴平面上，这一点能够监控所有的火嘴有充足的抽力，使燃烧空气供应正常。
负压的第三测量点在对流段烟气出口处，一般设在烟道挡板下面，将这一测量点的压力和炉膛的压力值结合考虑，可以确定通过对流段管束的压力损失，能帮助判断对流段是否发生损坏或结垢。
加热炉炉膛负压可以通过调节烟道挡板来控制。
由于火焰不稳定，仪表导压管漏或堵塞，导压管内存有燃烧生成的水，都会使负压表读数产生误差，所以要定期对负压表进行检查和校验。
3.2.2过剩空气或过剩氧含量
过剩空气定义为高于完全燃烧的化学配比供入的空气数量，表示为百分数。
过剩氧含量容易测量，用于代表过剩空气，它能反应出燃料的燃烧状况。
为了保证氧气测量的准确性，应从辐射段出口即炉膛拱顶部位采烟气样，采样探头应深入到距炉壁460毫米或更远的位置。
可以通过调节过剩氧含量来控制燃烧效率。
另外为了计算加热炉热效率，应该在烟气排入大气前测量氧含量。
氧含量测量可使用手提式氧分析仪或在线氧分析仪。
手提式氧分析仪用于现场烟气分析，在烟气入口一般都有一个干燥剂腔，可以吸收水蒸汽保护分析仪内腔，这种仪器提供了烟气的“干基”分析。
利用氧化锆在线连续分析时，因烟气中含有水蒸气，称之为湿烟气。
由于加热炉对流段可能漏入空气的部位较多，因此，从辐射段炉膛出口采样要比在对流段出口采样更能代表燃烧的状况，所以在线氧分析仪应设在辐射段出口。
由于采样管线渗漏或堵塞会引起氧分析仪读数波动或产生误差，从气体燃烧产物冷凝下来的水进入氧分析仪会导致仪器损坏，所以烟气取样管要进行保温，分析仪应由仪表技术人员每月校正一次，或根据制造厂家的要求定期校正。
3.2.3燃料的流量和压力
通过控制燃料的流量和压力，可以控制加热炉的燃烧放热量，调节加热物流的工艺温度。
燃料压力是影响燃料和空气混合的主要动力。
制造商应提供火嘴在给定的燃料组成下燃料压力对应的放热量曲线，即火嘴特性曲线。
该曲线由厂家通过专用设备来测得，火嘴特性曲线指示出保证燃料稳定燃烧的燃料压力范围。
当火嘴安装在加热炉以后，燃料压力上下限值应该重新检查，通常只检查压力的下限值，在压力下限以下时，供应到火嘴的燃料量不足，不能保证加热炉安全操作。
燃烧器特性曲线应由制造商进行实际测定并提供给用户。
气体火嘴的设计压力一般为0.1～0.2MPa，油火嘴设计的压力在0.6～1.0MPa，雾化介质的压力恒定在0.5～1.7MPa或者压力控制在高于燃料压力0.1～0.2MPa。
燃料和雾化介质的压力测量点应设在控制阀后到火嘴手阀之间，并在单个火嘴阀全开的情况下检测。
长明灯的燃料压力一般设定在恒定值0.035～0.1MPa，数值的大小取决于长明灯火嘴的种类。
3.2.4燃料温度
燃料气温度可以是低于燃料自燃温度的任何值。
通常燃料气的温度为25℃到82℃。
由于燃料气温度影响其密度，在相同的加热负荷下会影响其流量和压力。
温度低，燃料气管线上会有凝液产生，所以需要气液分离设备，避免液体带入火嘴，影响火嘴正常运行。
较重的液体燃料可用温度来控制油的粘度。
生产厂家一般要求油火嘴中油品的粘度为0.043Pa.s，燃料油管线必须很好地保温隔热，以保持燃料加热器与火嘴之间的温度。
3.2.5燃烧空气温度
空气的温度变化，会引起密度的变化，影响火嘴的正常供氧量，造成燃料没有被充分燃烧或氧气过剩，降低炉效率。
这时需要调节烟道或风道挡板以及火嘴的风门来改变空气量。
一般情况下，自然通风式加热炉空气的温度为环境温度。
有空气预热器的强制通风式加热炉，空气预热器预热后的空气温度一般在150℃以上。
实际生产中应避免冷空气对预热器的低温露点腐蚀。
3.2.6炉管温度
当炉管温度上升时，炉管的强度变差，为了安全操作，延长炉管寿命，避免炉管损坏，必须限定炉管表面的温度。
由于炉管内部结垢而造成炉管局部高温，在炉管上出现红色或银色的小块，表示炉管局部过热，很容易被肉眼观察到。
如果发生炉管局部过热，应调节加热炉的操作，降低炉管温度，也可以考虑清洗炉管。
炉管局部过热的处理方法：
一是在平衡其它段炉管进料量的情况下，增加过热段炉管的介质流量，加快炉管内的对流传热，降低炉管表面温度；
二是增加过剩空气以减少在辐射区的换热效果，降低气体传递到炉管的能量；
三是如果炉管局部过热是由火焰舔炉管造成的，应关小或关闭该处火嘴阀门，对燃烧器进行检查处理。
3.2.7工艺流体参数
工艺流体参数有流量、压降、进出口温度，这些参数都要进行监测。
工艺流体可以冷却炉管，保持炉管一定的温度，如果流体的流量接近设计流量，可以避免发生炉管过热问题，当加热炉进料负荷超过75%时，流经各段炉管的流量几乎相等，变化不超过10%。
当加热炉低负荷时，可能造成炉管内流体偏流，导致炉管受热不均匀，造成炉管过热而损环。
4管理内容与要求
4.1对工艺加热炉的设计要求
4.1.1工艺参数优化
（1）辐射管表面平均设计热强度应根据已有的设计经验确定，单面辐射、单管排可按下表选用；
双面辐射、单管排可取表中数值的1.5倍。
单面辐射、单管排辐射管表面平均设计热强度
管式炉名称
平均设计热强度w/m²
所有立管炉
立式炉或水平管箱式炉
常压蒸馏炉
30000～37000
36000～44000
减压蒸馏炉
24000～31000
29000～37000
催化裂化炉
焦化炉
—
29000～32000
催化重整炉
25000～32000
预加氢炉
24000～35000
减粘加热炉
23000～27000
28000～31000
加氢精制炉
－
脱蜡油炉
23000～31000
丙烷脱沥青炉
8000～23000
氧化沥青炉
16000～20000
酚精制炉
17000～23000
糠醛精制炉
蒸汽过热炉
28000～35000
（2）管内冷油流速和结垢热阻可按下表选用
管内冷油流速和结垢热阻
冷油流速
Kg/m²
·
s
结垢热阻
m²
℃/w
1000～1500
0.0005
气化前1000～1500
0.0007～0.0012
1200～1800
90～200
0.00026
250～500
0.00026～0.00052
1400～2000
0.00017～0.00034
1200～1500
0.00034
0.0007～0.0008
注：
减压蒸馏炉出口炉管应按等温气化的要求扩径，并且其流速不得超过临界流速的80%。
（3）管式炉辐射室的体积热强度，在燃油时应小于124kw/m³
；
燃气时应小于165kw/m³
。
（4）对流室的烟气质量流速可采用1.0～3.0Kg/m²
s，当采用引风或为满足环保要求采用高烟囱时，质量流速应选用上限。
4.1.2控制系统设计要求
一般来讲控制系统的主要目的有如下三点：
a.维持对物料热传递的效率。
b.维持一可以控制的燃料燃烧效率。
c.保证加热炉操作的安全。
从控制原理来分析加热炉，主要被控变量为被加热物料的炉出口温度、加热炉进料的流量、炉膛压力等；
操作变量一般为燃料的流量等。
以上这些变量通常用于控制、指示、记录、报警、联锁等，在考虑这些变量的安装位置时，除了应能正确反应加热炉的实际工况外，同时应考虑易于操作工人观察、维修，以降低劳动强度。
对于温度、压力等信号除了应有远传信号外，还应安装就地仪表以便就地检测。
4.1.2.1温度监控
4.1.2.1.1加热炉的温度监控点
加热炉温度控制实质上是一个传热的控制问题。
一般加热炉温度测量根据安装位置分为以下五个类型：
1）炉膛温度
炉膛温度一般指烟气离开辐射室的温度，代表了炉膛内烟气的温度，是操作加热炉的一个很重要的工艺指标。
炉膛温度高，辐射室传热量就大，但炉管容易结焦，甚至烧坏炉管、炉衬和管架。
所以炉膛温度是保证加热炉长周期安全运行的指标之一，一般控制在820～870℃以下。
为了能准确反应炉膛温度，测量元件安装时应避免受燃烧器火焰舔烧，也不应安装在烟气流动的死区，根据石化行业的规定，加热炉炉膛测温元件，水平安装时热电偶插人深度如过长，悬臂长度过大，保护管会受热变形下垂，甚至烧坏，因此最大悬臂长度不超过600mm：
测量元件超过炉管50～100mm就能够测出炉管靠近火焰侧的烟气温度，太长会把保护管烧坏。
热电偶补偿导线的耐热温度不超过105℃，在100℃下具备温度补偿性能，因此热电偶的接线盒应放在回弯头箱绝热层外。
炉膛中的介质为高温烟气，热电偶套管在选材时应选用能耐热、抗氧化、抗酸的材质，在石化行业一般选用GH3030为套管材质的耐磨热电偶，其长期使用最高温度可达1100℃。
2）对流段温度
对流段温度测量，是为了监控加热炉效率及把操作温度限制在炉管及支撑管板的材质所允许的范围以内。
烟气离开对流段温度通常在300～450℃以下，尽管对流段的温度没有辐射段高，但许多炼油厂仍在对流段采用与辐射段相同材质的热电偶。
3）排烟温度
排烟的温度测量能对加热炉的总效能进行评价，同时也可根据它把温度保持在烟囱构质允许的范围之内。
排烟温度高，烟气带走的热量就多，热效率就低。
排烟温度又不能过低，因为排烟温度受入炉油品温度的限制，排烟温度和入炉油品温度应有一定温差（100～150℃），若温差太小，对流室传热效果就不好。
从材质要求来讲，温度偏高，可能导致使用年限降低，甚至可能直接导致炉管破裂；
温度如果在露点以下，由于烟囱里有二氧化硫与三氧化硫等酸性气体，则会引起严重腐蚀。
测量排烟温度的热电偶应带有保护套管，一般应安装在烟道尾部或在接近与烟囱连接的位置—距炉体烟气出口1～2m的烟道上；
设有余热回收装置的加热炉可布置在余热回收装置烟气出口0.5m左右处。
最好与烟道气的取样点布置在同一烟道截面上，这样烟气取样和测温可同步进行。
多烟囱式的加热炉在每个烟囱内部都应有温度测量点。
同理，如果一个公共的烟囱用于几个加热炉，每一个加热炉的烟道尾部都应有温度测量点。
4）炉管表面温度
加热炉炉管表面热强度可以从炉管温度反应出来。
同时应把操作温度限制在炉管材料限制范围（例如抗蠕变或抗腐蚀性能）内。
因此采用表面热电偶测量炉管表面温度是必不可少的。
表面热电偶等同于给热电偶安装—个管形的、矿物质绝缘的护套，且其挠度足以适应加热炉炉管的膨胀。
保护套材料必须能耐腐蚀和抗脆裂。
一般采用CH3030型护套材料，外径12.7mm、壁厚3mm、氧化镁绝缘材料、IEC-K分度号的表面热电偶在实践中证明具有令人满意的效果。
表面热电偶的测量精确度取决于热电偶的安装位置及安装方法。
安装位置应在炉管最高温处（即火焰高度的上1／3处，向火面中央点），如炉管两面均有火嘴，可安装两个对称的热电偶，但应避免火焰直接舔烧，同时膨胀固定直径约为2倍炉管直径。
其安装方法是先清除管子上的锈皮和氧化物（清除时以沙磨为优，不应用金属丝刷），然后在炉管表面焊接一垫板，所采用焊条应考虑炉管构料及热电偶材料的要求，在焊接时应保证热电偶的刀刃平行紧贴垫板，表面式热电偶安装见下图。
加热炉压力不高，同时为了能够调整热电偶伸入炉体长度，前三种热电偶安装形式，一般采用光杆式热电偶。
位于加热炉本体上的热电偶套管一般为PN0.6DN40的法兰及配对的法兰盖和螺栓、螺母，根据到货的热电偶直径，在法兰盖上现场钻孔，待热电偶安装调整完插入深度后再与法兰盖满焊。
5）被加热物料出口温度
对于加热－反应用的炉子，其反应进行的程度是反应温度的函数；
对于纯加热用的炉子，被加热物料温度的高低直接影响下游工序操作工况的稳定和产品质量。
温度过高，会使物料在加热炉炉管内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。
基于以上原因，被加热物料出口温度是加热炉被控变量中最为重要的，只有保持一个稳定的数值，才能满足下游工艺的要求。
如果供给物料的热量全部为显热，则测温点安装在炉出口管上；
如果供给物料的热量大部分为潜热，则测温点应向前移至温度反应快的地方。
为了保证装置长周期运行，一般应设置两个测温点，一点参与控制及联锁，另一点备用。
4.1.2.1.2加热炉的温度控制方案
在温度控制回路中，对象为多容过程，对于加热炉温度控制，应根据其特性选用合适的控制系统结构。
加热炉对于温度的响应，过程本身较为缓慢，则调节器可以选用比例积分微分调节器，积分时间可置于几分钟，微分时间可相对短一些。
石油化工加热炉对物料出口温度控制指标的要求相当严格，一般要求波动小于1～2℃。
影响加热炉出口温度的主要因素有：
（1）进料流量；
（2）进料温度；
（3）进料组成；
（4）燃料总管压力；
（5）燃料热值；
（6）炉膛温度的相互影响；
（7）燃料油雾化程度改变等等。
针对干扰种类及干扰程度的不同，具有多种控制方案，常见的加热炉温度控制方案有以下几种：
1）温度单参数控制
对于被加热物料出口温度要求不高，而且燃料总管压力比较稳定的情况，可采用此方案，根据加热炉物料出口温度直接调节燃料量。
采用此种方案，优点为控制简单，投资少；
缺点为加热炉将物料从几十度加热到几XX，热负荷很大，当燃料的压力和热值稍有波动，炉出口温度就会显著变化；
同时当加热量改变后，由于传热及测温元件的滞后，调节作用不及时，炉出口温度波动很大。
2）加热炉物料出口温度—燃料的流量/压力串级控制
对于大多数被加热物料出口温度要求比较严格，同时进料各类参数稳定的加热炉，主要可控干扰因素是燃料热值，而对于性质稳定的燃料来说，热值控制可转化为燃料流量的控制。
因此采用被加热物料出口温度控制回路作为主回路，燃料流量调节作为副回路，利用副回路来及时测量到燃料流量波动的干扰，并加以控制，这样由于凋节和反馈的通道都缩短了，因而加热炉出口温度的超调量减小，从而提高控制质量。
从控制理论来说，串级控制系统副回路克服干扰的能力比单回路克服干扰的能力提高较多，对于主回路的干扰，虽然副回路不能直接克服它，但由于副回路减小
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