常减压加热炉降低能耗、提高热效率的措施

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1、常减压加热炉降低能耗、效提高热率的措施、常、减压炉简介常压蒸馏塔进料加热炉简称常压炉，减压蒸馏塔进料加热炉简称减压炉，它们同属于蒸 馏型加热炉。原油或拔头油经换热后进入常压炉加热至365370C进常压塔进行常压蒸馏， 常压塔底重油经泵送入减压炉加热至400C进减压塔进行真空蒸馏。1. 炉型一般蒸馏炉，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。新设计的常减压装置，少则800万 吨/年，多则12001500万吨/年。常压炉的热负荷一般在75120MW，因此新建的常压炉都 不用圆筒炉，而用双室或多室箱式炉。除非采用双胞胎炉型，

2、即两个圆筒形辐射室，顶一 个对流室。底烧时，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。减压深拔的减压炉，炉出口温度420430C，炉型方面有两 种选择：以埃克森-美孚为代表的认为选卧管才能保证长周期（45年）运转，因为卧管可 以在较宽的操作范围内保持管内有良好的流型，避免油料裂解；以壳牌为代表的则认为立 管为好，立管可将出口的几根炉管布置成双面辐射的，这可减少高温油料在炉内的停留时 间

3、，减少油料裂解，从而保证加热炉长周期操作。2. 主要工艺参数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1-1。表1-1 一般蒸馏炉的主要工艺参数炉名辐射管平均热强度，W/m2质量流速kg/m2S立管炉卧管炉常压炉3000037000360004400010001500减压炉2400031000290003700010001500表1-1所列的流速是所谓“经济流速”，在此范围内，炉管内的总压降一般在0.5MPa0.7MPa。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1.

4、2MPa2MPa。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，但泵的扬程要高。一般润滑油型的减压炉宜采用品质流速。3. 炉管系统蒸馏型加热炉炉管材质主要根据原油中的硫含量和酸值来选择。常压炉，当原油的硫 含量小于0.5% （重）时，选用碳钢炉管。当硫含量不小于0.5% （重）时，对流室选用碳钢 炉管或Cr5Mo炉管，辐射室及遮蔽管选用Cr5Mo炉管或Cr9Mo炉管。减压蒸馏炉一般全部选用Cr5Mo炉管或Cr9Mo炉管。当常底油不含酸，仅硫含量高 时，汽化段炉管可采用1Cr18Ni9Ti（ASTM TP321），当被加热介质含环烷酸、且酸值不小 于 0.5mg KOH/g 油时，汽

5、化段选用 16Cr-12Ni-2Mo（ASTM TP316L）。目前新建的大型常减压装置，一方面大都要炼高硫或高硫高酸的外油，另一方面一般 都要求34年长周期运转，常减压炉的炉管一般都用Cr5Mo、Cr9Mo、TP321、TP316L， 几乎不用碳钢。蒸馏炉的操作压力一般都低于2.5MPa，因此，炉管壁厚可不用计算，而根据经验和习 惯选取，见表1-2。表1-2炉管壁厚选取外径，mm选择壁厚，mm114168821910273124. 炉管扩径减压炉的汽化段炉管，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

6、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3C以 内。典型的扩径方案有：？ 152 ? 219 一？ 273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。这时可考虑采用

7、炉管补偿转油线热膨胀的设计方案。一般常压炉是不扩径的。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，当然这要由计算来决定。二、常、减压炉的能耗常减压装置是炼油厂的能耗大户，一般占全厂能耗的9.511%。例如，一座 拥有16套装置，加工中东含硫原油800万吨/年的炼油厂，全厂能耗3688.436MJ/ 吨原油（88.10kg标油/吨原油）。常减压装置的能耗412.45MJ/吨原油（9.85kg标 油/吨原油），占全厂的11.18%。在常减压装置中，常减压炉的能耗约占全装置能耗的80-90%。表2-1是新 设计的1000万吨/年常减压装置能耗计算表，全装置总能耗9.496

8、5万千卡/吨原 油，常减压炉仅燃料能耗（未计蒸汽和电耗）8.2万千卡/吨原油，占全装置的 86.35%。表2-1某厂1000万吨/年常减压装置能耗计算表序号项目总耗量（吨/时）单耗（吨/吨）能耗指标（万千卡/吨）能耗（万千卡/ 吨原油）备注1电6372.6（万千瓦小时/年）6.3726（千瓦小时/吨）0.2828（万千卡/千瓦小时）1.80222循环水1375.991.15580.10.11563污水132.860.11160.80.08934软化水150.01260.250.00325除氧水20.30.01719.20.15736净化水86.440.07260.170.012371.0MPa

9、蒸汽11.50.0097760.737280.3MPa蒸汽00660自产9燃料油9.7450.008210008.210净化风200（标米3/时）0.1681（标米3/吨）0.038（万千卡/标米3）0.006411小计11.1235465.72MJ/t12热出料（热油）-1936.86（万千卡/时）-1.6270总计9.4965397.60MJ/t注：本装置能耗计算系按石油化工设计能量消耗计算方法（中华人民共和国国家经 济贸易委员会）SH/T3110-2001中规定的指标及计算方法进行计算的。三、常、减压炉降低能耗的措施炼油装置管式炉的节能措施比一般工业炉要灵活得多，因为它所加热的工艺介质在

10、经过 后续设备完成蒸馏或其它加工过程之后，产品需要冷却到一定温度才能送出装置。冷的原料 和热的产品之间往往要进行复杂的热交换。一个装置内常常不只一台管式炉，另外还有各种 其它设备，它们之间在热能利用方面往往是可以互补的。这就有可能也有必要首先把管式炉 同整个装置结合在一起，全面考虑和优化，以便采取综合节能措施。3.1优化换热流程，降低管式炉热负荷炼油装置的特点是管式炉的热负荷随换热流程的不同而改变。优化换热流程，降低管式 炉热负荷，是减少燃料消耗，降低装置能耗最直接、最有效的措施。以常压炉为例，在上个 世纪七十年代以前，原油入炉温度（换热终温）仅220r左右。那时建一套250万吨/年处 理量的

11、常减压装置，就需要一台48.3MW的常压炉，而现在经过换热流程的优化，建一套1000 万吨/年处理量的常减压装置，常压炉的热负荷只需要72.6MW。那个年代末，第一轮节能 改造首先就是优化换热流程，原油换热终温（即常压炉入口温度）从220r提高到280290C， 常压炉热负荷几乎减少了一半，取得了显著成果。新近设计的一台800万吨/年常减压装置 常压炉，由于采用了优化换热流程，炉入口温度293C，出口温度360C，热负荷仅58.1MW； 又采用了空气预热器，燃烧空气被预热到273C，燃料（标油）消耗仅5314kg/h。如果不优 化换热流程，入口温度仅220C，出口条件和空气预热温度不变，则常压

12、炉热负荷为103.7MW， 燃料（标油）消耗高达9641kg/h。假定燃料油（标油）1400元/吨，优化换热流程后一年 可节省燃料费5089万元。由此可见，优化换热流程带来的节能效果和经济效益有多大。3.2管式炉与其它设备之间联合回收余热炼油装置的产品有一些是要经过空冷才能送出装置的。如果将这些空气冷却器出来的热 空气收集起来供给炉子作燃烧空气，就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。新建的 炼油装置，只要条件许可，一般都采取这种节能措施。常见的是用热油式空气预热器代替空 冷器，将原来空冷的油品引入热油式空气预热器，冷却后送出装置。被加热的空气供给炉子 作燃烧空气。如果油品提供的热量不多，也

13、可将这种热油式空气预热器作为暖风器使用。空 气自环境温度预热到一定温度（例如6080C ）后，再进入烟气余热回收设备，这不仅回 收了热能，还使空气进入余热回收系统的温度升高，解决了余热回收设备冷端的低温露点腐 蚀问题，一举两得，何乐而不为。这一点对于北方，特别是冬季寒冷的东北和西北更为有利。3.3提高加热炉热效率热效率是衡量管式炉先进性的一个重要指标。它关系着石油化工装置能耗的高低。上个 世纪七十年代以前，管式炉的热效率仅60%75%。那个年代的末期，一场世界性的能源危 机促使各种节能措施纷纷上马，从那时以来，管式炉的热效率一再得到提高，现在大中型管 式炉的热效率一般都在85%93%之间。四、

14、常、减压炉提高热效率的措施提高加热炉热效率的措施有：降低排烟温度，降低过剩空气系数，减少不完全燃烧损失， 减少散热损失等。这可用简化的热效率反平衡表达式描述：门=G - q - q - q )x 100%式中门一加热炉热效率；q 1排烟损失占加热炉总供热的比值，排烟温度和过剩空气系数的函数；q 2不完全燃烧损失占加热炉总供热的比值；q 3散热损失占加热炉总供热的比值。4.1降低排烟温度以减少排烟损失从上式可以看出，减少排烟损失就可以提高热效率。值得指出的是，排烟损失在管式炉 的热损失中占有极大的比例。当炉子热效率较高(例如 90%)时，排烟损失占总损失的 70%-80%；当炉子热效率较低(例如

15、70%)时，排烟损失占总损失的比例高达90%以上。降低排烟温度和降低过剩空气系数都能减少排烟损失。降低排烟温度的主要措施有以下几种：(1) 减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。这项措施涉及到一次投资和运转费用的权衡问题，应该由详细的技术经济比较来决定。 末端温差大，一次投资少，但管式炉热效率低，运转费用高；末端温差小，一次投资大，热 效率高，运转费用低。从前燃料油价格较低时，末端温差一般在150C-200C之间。现在燃 料油价格较高，末端温差取50C-100C比较适宜。新设计的大型常减压炉，末端温差一般 在50C左右。(2) 将需要加热的低温介质如锅炉给水等引入对流室末端。当然，这必须在有需要加热的低温介质时才是可行的。在常减压装置中，可以把管式炉 的对流室作为换热器，加入换热流程中一并优化，将一部分冷油料引入对流室末端