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1、第三讲炼油装置管式炉,一、对炼油装置管式炉的基本要求二、选择加热炉时应基础数据三、炼油管式炉的特殊性和重要性四、炼油装置各种常见的管式炉,一、对炼油装置管式炉的基本要求,(1)全面满足炼油工艺的要求，例如热负荷、压降、加热均匀性等；(2)技术先进可靠，经济合理，并应能满足长周期、安全、平稳、运行的要求；(3)结构紧凑、占地面积少、投资省；,(4)热效率高，操作费用低；(5)操作方便、安全可靠、操作弹性大；(6)使用寿命长、检修维护方便；(7)满足环保要求，大气污染和噪声污染应符合国家和地方法规的规定。,二、选择加热炉应用的基础数据,(1)原料的流量、吸热量(热负荷)和出人口条件温度、压力、汽化
2、率等；(2)原料的理化性质：密度、粘度、管程和反应热等；(3)燃料种类燃料气、燃料油或油气混烧，烧油时的雾化剂种类等；(4)燃料性质：组成、密度、粘度、热值等，烧油时还应有雾化剂的性质如温度和压力等；,(5)生产和检修的特殊要求，如工况变化情况、油膜最高温度限制、介质在炉管内的停留时间、最大允许压降、注水(汽)口和烧焦口位置等；(6)建厂地区的气象和地质资料，如风力、地震、场地土及冬季计算温度等；(7)环境保护、职业安全卫生及其他要求等。,三、炼油管式炉的特殊性和重要性,与炼油装置中的其他设备相比，管式炉的特殊性在于直接火焰加热；与一般工业炉相 比，管式炉的盘管要承受高温、高压和介质腐蚀；与锅
3、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、易结焦和腐蚀性较强的油和气。这些就是炼油装置管式 炉的主要特点。,管式炉内的热传递是通过炉管管壁进行的。由于需要足够的传热温差，加上内膜热阻、焦垢层热阻、管壁金属热阻和各种受热不均匀性的作用，管壁金属温度一般要比管内介质高几十到一百多度。这是与一般设备完全不同的。再者，炉管直接与火焰接触，任何泄漏都可能造成 爆炸或火灾，这也是非见火设备不能相比的。,加热型管式炉的炉管壁温在400-650之间，而加热一反应型管式炉(制氢转化炉)的管壁金属温度常常在850-1000范围内。管式炉盘管承受的工作压力低的如蒸馏炉，一般是 1 3MPa，
4、高的如高压加氢炉，可高达18 20MPa。,炼油管式炉炉管内的介质大都是原油、馏分油、溶剂、氢气等。在高温下油和溶剂极易 裂解、析碳，严重时则结焦。结焦后管壁温度增加，而裂解和结焦又相应加剧，如此形成恶性循环，从而影响产品品质，缩短运转周期，甚至烧穿炉管。油、溶剂和氢气等一旦穿出炉管，火灾和爆炸就在所难免。因此，从设计和操作两方面保证炉管受热均匀，防止局部过 热，避免介质裂解和结结垢，既是保证和提高产品品质的关键，也是保证管式炉长周期、平 稳、安全运转的关键。,炉管内的工艺介质大都具有腐蚀性，诸如硫腐蚀、酸腐蚀、氢腐蚀、氢加硫化氢腐蚀等等，在管式炉内均有不同程度的存在。炉管外的烟气有高温硫一钒
5、腐蚀和低温露点腐蚀等。因此，在炉管选材和运行监控中对腐蚀问题均应予以充分的重视。,炼油管式炉的重要性,炼油管式炉的重要性表现在其能耗、基建投资和污染问题在炼油装置中都占有相当重要 的地位。管式炉的燃料消耗在炼油装置总能耗中占有相当大的比例：少则20%30%，多则80%90%，,能耗比例,管式炉的基建投资占有相当大的份额。加热型管式炉的工程费占装置工程费的比例较小，加热一反应型管式炉占的比例则较大,工程费比例,管式炉各部分工程费比例,四、炼油装置各种常见的管式炉,1、热载体炉2、蒸馏炉3、残渣油加热炉4、加氢炉5、润滑油加工炉6、气体加热炉,1、热载体炉,当加热要求均匀缓和，严格控制和调节加热温
6、度时，常采用间接热源加热的方法。这种方法的加热设备和用热设备是分开的，中间由一种热载体的循环来传递热量。加热热载体的加热炉叫热载体炉。,石油化工常用的热载体有联苯类和热油类，联苯类主要是二苯混合物。它是联苯和联苯 醚组成的低共熔共沸混合物，亦称道生(DOWTHERH），其加热炉也称“联苯炉”或“道生炉”。热油类主要是石油产品或副产品经加工制得，导热油如透平油、四线脱蜡油、芳烃三线 油、常压三线油、YD导热油等，其加热炉亦称热油炉。,热载体炉的最大特点是流量大、温升小。塔底重沸炉也具有这一特点，并且某些塔底重沸炉如芳烃联合装置中的二甲苯塔底重沸炉，其被加热介质还兼作热载体，因此，将这类管式炉也并
7、入热载体炉一类。纯粹的热载体炉通常不气化，与之相比，重沸炉的主要特点是一 般都有较大的气化率，甚至高达50%-70%。,二苯混合物具有水的某些特性，因此早期的联苯炉都类似于锅炉，如火管式联苯炉、水管式联苯炉。但石化行业用的联苯炉基本上还是管式炉。如圆筒炉、立管或卧管式立炉和箱 式炉。十多年前出现了一种结构型式较为特殊的多层螺旋盘管式联苯炉一般盘管层数为二 至四层，多为三层，其管心距接近于炉管外径，彼此紧密相联、分层放置。其中最内一层一半管面受辐射传热，另一半管面受对流传热，其余各层均受对流传热。,这种炉子微正压操 作，结构紧凑，体积小，耗用金属材料及占地面积亦少。这种炉子一般都要采用“燃烧器控
8、管系统”这样高水平的自动化控制系统。炼油装置用热载体炉的炉型选择原则与蒸馏炉一样，当热负荷不大于30MW时，一般选用辐射-对流型圆筒炉；当热负荷大于30MW时，则选用立管或卧管的立式炉和箱式炉。,石油化工常用的热载体，无论是二苯混合物，还是导热油，在高温下都会分解。(1)辐射管平均热强度不宜过高，且应核算其最大峰值的油膜温度不应超过表所列的最高使用温度。表中YD300、YD325和YD340是国内的三种导热油牌号。辐射管平均热强度:对于立管一般不大于31500W/m2，对于卧管一般不大36000W/m2。,热载体的最高使用温度,2、蒸馏炉,蒸馏炉包括原油蒸馏装置的常压炉、减压炉以及后续加工装置
9、的常压和减压分馏塔进料加热炉。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。,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。一些后续加工装置的产品品质要求较高如重油加氢装置的常、减压分馏塔进料加热炉，也要求采用卧管炉。,减压蒸馏炉的汽化段炉管，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
10、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 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。,3、残渣油加热炉,这类加热炉包括延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉等均属于加热重质油料的管式 炉。其特点为管内油料相对密度大(一般均在0.9以上)、粘度高、易裂解、管内壁容易结焦。为保证加热炉能长周期运行，一般均在辐射管内注入水或蒸汽以提高管内流速。在焦化炉和减粘炉内除加热外，炉管内还有裂解反应，加热型炉子复杂得多。,由于延迟焦化炉和沥青加热炉操作条件较为苛刻，应选择水平
11、管立式炉或单排卧管双面辐射立式炉，而减粘炉由于操作温度相对较低，可选用圆筒炉。当采用单排卧管双面辐射炉 时，不仅能改善传热的均匀性，还能缩短油料在炉内的停留时间，因此新设计的焦化炉大都采用这种炉型。,4、加氢炉,加氢装置反应器进料加热炉，一般简称为加氢反应炉或加氢炉。加氢装置常常还有其他加热炉，如分馏塔进料加热炉，但这些炉子与前面所述的蒸馏炉大同小异，没有别的特殊要求，这里就不再叙述。,按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢炉和中、低压加氢炉两大类。操作压力在 10MPa以上的一般叫做高压加氢炉，如减压渣油加氢(VRDS)炉、常压重油加氢(ARDS)炉、加氢裂化炉、润滑油异构化加氢脱蜡炉、润滑油
12、加氢精制炉、润滑油加氢降凝炉等。操作压力在10MPa以下的一般叫做中、低压加氢炉，如石脑油预加氢炉，柴油临氢降凝炉，煤油、柴油加氢精制炉、润滑油临氢降凝炉和润滑油加氢精制炉等。,4、重整炉,“重整”是使烃类分子重新排列成新分子结构的工艺过程；在催化剂的作用下，环烷烃芳烃或异构烷烃，同时副产部分氢气。原料进入装置后，首先要经过预处理系统进行加工处理，除去有害的杂质分离出重整所需的合格原料，然后进入重整反应系统。重整反应是吸热反应，其所需的热量由加热炉提供。因此在装置中常常可以见到一个庞大的炉群，预处理部分和重整反应部分通常共有八台加热炉。,预处理部分的加热炉有预加氢进料加热炉、预分馏塔底重沸炉、
13、汽提塔底重沸炉、脱戊 烷塔底重沸炉等，一般为炼油厂常用的对流一辐射型圆筒炉，没有太特别的地方，不用 细述。重整反应器进料加热炉一般叫做“重整炉”。重整炉的主要特点是被加热介质为轻质油加氢气，操作压力低、温度高、体积流量大，允许压降小。,5、润滑油加工炉,润滑油加工的老三套装置是酮苯脱蜡、糠醛（或酚）精制、白土精制。在这些装置使用的 加热炉统一称为润滑油加工炉，它们的共同特点是要求低热强度，以避免油品裂解，确保润 滑油具有优良的品质。另外各装置的加热炉还有自身的特点，如糠醛很容易结焦，因此糠醛 炉的盘管应是逐级扩径的，以便将显热及时转变成潜热。保证任意点处被加热介质的温度值不超过糠醛的分解温度(
14、230)。,又如白土炉和管内油品中含有相当数量的固体白土，为避 免白土沉淀堵塞管路，除管内流速应不低于1m/s以外，还应将盘管设计成没有急拐弯的形状，例如螺旋管。而另一方面，白土炉的流速也不宜太快，太快了白土固体颗粒对炉管的磨损就会加剧。润滑油加工炉的操作温度和压力均不高，一般也没有腐蚀。因此一般都选碳钢炉管。,6、气体加热炉,气体加热炉的主要特点是炉管内的被加热介质不是油品，而是气体，如氮气、空气和过热蒸汽管。这些气体的内膜传热系数很小，在同样的热强度下，管壁温度要高得多。反之，如果管材相同，则其允许的热强度要低得多。,气体加热炉的炉型主要按其热负荷来选择，20MW以下的一般都选用圆筒炉。热负荷更大时，一般选用箱式炉。气体加热炉，要求采用较高的流速，如100200m/s。,
