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1、管式炉概述管式炉概述管式炉概述管式炉概述 一、发展简史及其分类一、发展简史及其分类一、发展简史及其分类一、发展简史及其分类 二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性 三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数 四、盘管系统四、盘管系统四、盘管系统四、盘管系统 五、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料 六、钢结构六、钢结构六、钢结构六、钢结构 七、降低能耗、提高效率及余热回收系统七、降低能耗、提高效率及余热回收系统七、降低能耗、提高效率及余热回收系统七、降低能耗、提高效率及余热回
2、收系统-1-1-一、一、一、一、发展简史及其分类发展简史及其分类发展简史及其分类发展简史及其分类1.11.1发展简史发展简史古老的炼油工艺是釜式蒸馏，下面是一个加热釜（一口大锅），古老的炼油工艺是釜式蒸馏，下面是一个加热釜（一口大锅）， 上面是分馏塔（笼屉）。上面是分馏塔（笼屉）。由于加热式釜仅底部受热，传热强度由于加热式釜仅底部受热，传热强度 大，而釜内介质又几乎不流动，因此釜底特别容易结焦。整个操大，而釜内介质又几乎不流动，因此釜底特别容易结焦。整个操 作是间隙式的。大约在作是间隙式的。大约在19111911年出现了连续蒸馏，管式加热炉才取年出现了连续蒸馏，管式加热炉才取 代了代了“ “
3、“ “加热釜加热釜” ” ” ”，独立的蒸馏塔代替了蒸锅上的独立的蒸馏塔代替了蒸锅上的“ “ “ “笼屉笼屉” ” ” ”。 这在炼油这在炼油 工业史上是一个划时代的事件。经过大约一个世纪的发展，管式工业史上是一个划时代的事件。经过大约一个世纪的发展，管式 炉已经有了翻天覆地的变化炉已经有了翻天覆地的变化 ：从最初的：从最初的“ “ “ “管式釜管式釜”“”“”“”“堆形炉堆形炉” ” ” ”到纯对到纯对 流炉、辐射流炉、辐射- -对流炉；从单面辐射到双面辐射；从纯加热型到加热对流炉；从单面辐射到双面辐射；从纯加热型到加热 - -反应型；从几兆瓦的小型炉到几十几百兆瓦的大型炉；这就是管反应型；
4、从几兆瓦的小型炉到几十几百兆瓦的大型炉；这就是管 式炉的发展简史。式炉的发展简史。 - -2 2- -1.2 1.2 1.2 1.2 分类分类分类分类 石油化工管式炉按其功能可分为加热型和加热石油化工管式炉按其功能可分为加热型和加热- - 反应型两大类。反应型两大类。 1).1).加热型管式炉仅对其被加热介质进行加热。加热型管式炉仅对其被加热介质进行加热。 被加热介质在管式炉内吸收足够的热量后到后被加热介质在管式炉内吸收足够的热量后到后 续设备中进行传热、传质、分馏和化学反应等。续设备中进行传热、传质、分馏和化学反应等。 2).2).加热加热- -反应型管式炉的炉管内介质一边吸热，反应型管式炉
5、的炉管内介质一边吸热， 一边进行着复杂的化学反应。在这类管式炉一边进行着复杂的化学反应。在这类管式炉 内，炉管不仅是传热的媒体，同时也是直接火内，炉管不仅是传热的媒体，同时也是直接火 焰加热的反应器。焰加热的反应器。 - - - -3 3 3 3- - - -二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性二、特殊性和重要性2.12.12.12.1特殊性特殊性特殊性特殊性与石油化工装置中的其它设备相比，管式炉的特殊与石油化工装置中的其它设备相比，管式炉的特殊 性在于直接火焰加热，即是直接见火设备；与一性在于直接火焰加热，即是直接见火设备；与一 般工业炉相比，管式炉的盘管要承受高温、高压般
6、工业炉相比，管式炉的盘管要承受高温、高压 和介质腐蚀；与锅炉相比，管式炉盘管内的介质和介质腐蚀；与锅炉相比，管式炉盘管内的介质 不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结 焦和腐蚀性较强的油和气。这些就是石油化工管焦和腐蚀性较强的油和气。这些就是石油化工管 式炉的特殊性。式炉的特殊性。 - - - -4 4 4 4- - - -2.22.22.22.2重要性重要性管式炉在石油化工装置中的地位之所以重要，在于它是管式炉在石油化工装置中的地位之所以重要，在于它是 主要的热能供应设备，同时也是节能的关键设备；其主要的热能供应设备，同时也是节能的关键设备；其
7、基建投资占有相当高的比例；它是主要的污染源，也基建投资占有相当高的比例；它是主要的污染源，也 就是解决环保问题的主要对象。就是解决环保问题的主要对象。管式炉的燃料消耗占装置能耗的比例，管式炉投资占装管式炉的燃料消耗占装置能耗的比例，管式炉投资占装 置投资的比例如下：置投资的比例如下：常减压常减压 焦焦 化化 连续重整连续重整 柴油加氢柴油加氢 制制 氢氢 能耗比例能耗比例 % 82% 829292 90 80 30 90 80 30 90 80 30 90 80 30 工程费工程费 % 10% 1017 1017 1012 1212 1216 616 68 208 2025 25 - - -
8、-5 5 5 5- - - -加热炉简介人孔门；2炉顶；3尾部 烟道；4桥墙；5燃烧 器；6壳体；7对流段； 8折流砖；9转油线；10炉管；11扩面管； 12回弯头；13弯头箱； 14辐射段；15遮蔽段； 16看火门；17管架；18耐火衬里；19管板； 20柱墩；21烟囱；22 平台三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数三、重要工艺设计参数管式炉的重要工艺设计参数有：热负荷、热效率、管式炉的重要工艺设计参数有：热负荷、热效率、 辐射管热强度、管内介质流速、火墙温度、对辐射管热强度、管内介质流速、火墙温度、对 流室烟气流速等。流室烟气流速等。 热负荷热负荷被加热介质吸收的热
9、量，注意不是燃料的放被加热介质吸收的热量，注意不是燃料的放 热量，也不是加热炉的供给热量。它表示管式炉规模热量，也不是加热炉的供给热量。它表示管式炉规模 的大小，的大小，MWMWMWMW。 热效率热效率表示供给管式炉的热量被有效利用的程度，表示供给管式炉的热量被有效利用的程度， %。它是管式炉先进性的重要指标。它是管式炉先进性的重要指标。- - - -7 7 7 7- - - -辐射管平均热强度辐射管平均热强度表示单位时间通过炉管单位外表示单位时间通过炉管单位外 表面积的热量，表面积的热量，w/mw/mw/mw/m2 2 2 2。它也是管式炉先进性的重要。它也是管式炉先进性的重要 指标。标准称
10、呼是指标。标准称呼是“ “ “ “热流密度热流密度” ” ” ”。 管内介质流速管内介质流速表示介质在管内流动的快慢，有质表示介质在管内流动的快慢，有质 量流速（量流速（kg/mkg/mkg/mkg/m2 2 2 2.s.s.s.s）和线速（）和线速（m/sm/sm/sm/s）两种表达方式，）两种表达方式， 还有经济流速和品质流速之分。还有经济流速和品质流速之分。 火墙温度火墙温度烟气出辐射室温度，也称桥墙温度。它表烟气出辐射室温度，也称桥墙温度。它表 示辐射室传热的激烈程度。它也是管式炉操作中的重示辐射室传热的激烈程度。它也是管式炉操作中的重 要控制指标。要控制指标。 对流室烟气流速对流室烟
11、气流速烟气通过对流室管束流动的烟气通过对流室管束流动的 快慢。它影响到对流传热系数的大小和烟囱的快慢。它影响到对流传热系数的大小和烟囱的 高低。高低。 -8-四、盘管系统四、盘管系统四、盘管系统四、盘管系统盘管系统包括炉管及其连接件、支承件。盘管系统包括炉管及其连接件、支承件。炉管及其连接件材料选择炉管及其连接件材料选择温度、压力、介质 腐蚀性炉管支承件材料选择炉管支承件材料选择烟气温度及其腐蚀性炉管壁厚计算炉管壁厚计算SH/T3037SH/T3037SH/T3037SH/T3037炉管支承件强度计算炉管支承件强度计算炉管支承方式和支承间距炉管支承方式和支承间距 -9-五、炉衬及耐火隔热材料五
12、、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料五、炉衬及耐火隔热材料炉衬结构炉衬结构砖结构、衬里（浇注料、可塑料）、 陶瓷纤维结构、复合结构炉衬材料选择炉衬材料选择热面温度、温度裕量、耐火隔热 材料的分类温度或等级温度、烟气的腐蚀性炉衬厚度计算炉衬厚度计算炉墙外壁温度炉墙外壁温度SH/T3036规定：环境温度27，无风条件下，外壁温度不高于80。- - - -10101010- - - -六、钢结构六、钢结构六、钢结构六、钢结构材料材料Q235-BF、Q235-B、Q345-D等结构计算结构计算结构设计结构设计-11-七、降低能耗、提高效率七、降低能耗、提高效率七、降低能耗、提高效率七、降低能耗、
13、提高效率 及余热回收系统及余热回收系统及余热回收系统及余热回收系统管式炉的燃料消耗是炼油厂的能耗大户，见第 5页，下面以常减压装置为例进行讨论。常减压装置的能耗一般占全厂能耗9.511%9.511%9.511%9.511%。 例如一座包括18套装置，加工中东含硫原油 800万吨/年的炼油厂，全厂能耗88.10kg标油/ 吨原油，常减压装置能耗9.85kg标油/吨原油， 占全厂的11.18%11.18%11.18%11.18%常减压炉燃料消耗约占常减压装置能耗的 8090%8090%8090%8090%。新设计的1000万吨/年常减压装置 总能耗9.5万千卡/吨原油，常减压炉燃料消耗 8.2万千
14、卡/吨原油，占全装置的86.35%86.35%86.35%86.35%。 -12-7.1降低能耗的措施优化换热流程，降低炉子热负荷优化换热流程，降低炉子热负荷 例：800万吨/年常压炉 入炉温度 热负荷 MW220 103.7293 58.1加热炉与其他设备联合回收余热加热炉与其他设备联合回收余热 例：将空冷出装置的油料引入热油式空气预热器，将空 气预热到6080，再进烟气-空气预热器，既降低能 耗，又解决露点腐蚀问题。提高加热炉热效率提高加热炉热效率 常减压炉热效率已从1970年代以前的6075%，提高到 现在的8593% -13-7.2提高热效率的措施简化的热效率反平衡表达式 ： (1-q
15、1-q2-q3)100%-加热炉热效率 q1 排烟损失占总供热的比值，是排烟温度和过剩空气系 数的函数 q2 不完全燃烧损失占总供热的比值q3 散热损失占总供热的比值-14-7.2.17.2.1降低排烟温度以减少排烟损失降低排烟温度以减少排烟损失 减小末端温差减小末端温差 将需要加热的低温介质引入对流室末端。将需要加热的低温介质引入对流室末端。采用各种空气预热器以预热空气采用各种空气预热器以预热空气 采用烟气余热锅炉以发生蒸汽采用烟气余热锅炉以发生蒸汽 除灰除垢，保证管式炉长期高热效率运转除灰除垢，保证管式炉长期高热效率运转 7.2.27.2.2降低过剩空气系数以减少排烟损失降低过剩空气系数以减少排烟损失 7.2.37.2.3减少不完全燃烧损失减少不完全燃烧损失 7.2.47.2.4减少散热损失减少散热损失 - -1515- - 7.37.37.37.3 提高热效率应注意的相关问题提高热效率应注意的相关问题提高热效率应注意的相关问题提高热效率应注意的相关问题降低排烟温度的限制降低排烟温度的限制 (1)随着排烟温度的降低，运行费用降低，一次投资增加，应根
