工業(yè)爐在石油化工領(lǐng)域的使用及發(fā)展情況

1、工業(yè)爐在石油化工領(lǐng)域的使用及發(fā)展情況工業(yè)爐是石油化工裝置中常見(jiàn)的生產(chǎn)工藝過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備。如煉油及石油化工裝置管式加熱爐、轉(zhuǎn)化爐、裂解爐；合成氨裝置高溫加熱、高溫反應(yīng)的以煤為原料的氣化爐或以燃?xì)鉃樵系囊欢无D(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐等。這些工業(yè)爐類(lèi)設(shè)備的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工工期長(zhǎng)，工藝條件要求嚴(yán)格，工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高。工業(yè)爐的類(lèi)型很多，而且結(jié)構(gòu)多樣。本調(diào)研報(bào)告簡(jiǎn)要敘述石油化工常見(jiàn)幾種工業(yè)爐工作原理、結(jié)構(gòu)型式、所用材料及初步設(shè)計(jì)概算的編制。一、工業(yè)爐知識(shí)簡(jiǎn)介工業(yè)爐是在工業(yè)生產(chǎn)中，利用燃料燃燒或電能轉(zhuǎn)化的熱量，將物料或工件加熱的熱工設(shè)備。(一) 工業(yè)爐在生產(chǎn)工藝過(guò)程中的作用在石油化工生產(chǎn)工藝過(guò)程中，介質(zhì)

2、(物料)的化學(xué)反應(yīng)較為復(fù)雜，如石油烴類(lèi)的裂解過(guò)程，除裂解反應(yīng)外，還伴隨著脫氫、異構(gòu)化、環(huán)化、縮合、迭合等反應(yīng)的發(fā)生。按其不同的工藝性能要求，工業(yè)爐在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中的作用可歸納如下：1加熱介質(zhì)，使其達(dá)到所需要的溫度后以滿(mǎn)足下一工藝過(guò)程的需要，發(fā)生物理變化和相態(tài)轉(zhuǎn)變（由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)）。一般稱(chēng)為純加熱用加熱爐。2加熱某種介質(zhì)，使其達(dá)到化學(xué)反應(yīng)所需的溫度，或者在觸媒的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。一般稱(chēng)為加熱反應(yīng)用加熱爐。(二) 工業(yè)爐的分類(lèi)石油化工行業(yè)工業(yè)爐的類(lèi)型較多，按其外型結(jié)構(gòu)特征及加熱工藝過(guò)程不同可劃分為五大類(lèi)：1管式加熱爐按形狀分為圓筒爐、立式爐、箱型爐。管式爐爐體一般由鋼架及筒體（或箱體）組成，

3、爐內(nèi)襯有耐火材料和隔熱材料，還有爐管系統(tǒng)、爐配件和煙囪等部分。根據(jù)其受熱形式有純輻射式和輻射-對(duì)流式。管式加熱爐是石油化工行業(yè)最常用的爐型，以后各節(jié)主要圍繞管式加熱爐展開(kāi)介紹。2立式反應(yīng)爐這類(lèi)爐的爐體基本上是受壓容器，如甲烷化爐、中（低）溫變換爐、氣化爐、二段轉(zhuǎn)化爐等；另一部分類(lèi)似平頂(底)或錐形頂(底)的常壓容器，如沸騰爐、蓄熱爐、煤氣發(fā)生爐等，爐體多數(shù)均有復(fù)雜的內(nèi)件和襯耐火材料，催化劑填料等。3臥式旋轉(zhuǎn)反應(yīng)爐爐體呈臥式旋轉(zhuǎn)筒體，內(nèi)部裝有螺旋輸運(yùn)器或加熱爐管，外部有傳動(dòng)及減速裝置，如HF旋轉(zhuǎn)反應(yīng)爐等。4帶傳動(dòng)、升降投料裝置的反應(yīng)爐這類(lèi)爐設(shè)備類(lèi)似容器，但外部有投料提升裝置，爐內(nèi)有內(nèi)襯或砌筑耐火

4、和隔熱材料，如電熱爐等。5其他工業(yè)爐焚燒爐： 用于廢氣、廢液、廢渣的焚燒。將其中有害物質(zhì)經(jīng)焚燒轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)排出。如污泥焚燒爐、硫磺回收裝置焚燒爐。干燥爐：用于干燥工藝物料。熱載體爐：塑料廠用的較多。(三) 工業(yè)爐常用材料工業(yè)爐通常都是由金屬和非金屬材料制造、安裝、砌筑而成。對(duì)于由金屬殼體或鋼架、爐管、各種配件組合的爐體結(jié)構(gòu)，要求能承受相當(dāng)高的溫度、各種介質(zhì)的腐蝕以及承受一定的壓力和荷載，其中，尤以爐管為著。工業(yè)爐使用的金屬材料種類(lèi)很多，常用的有普通碳鋼、各種耐高溫合金鋼及不銹鋼。此外，對(duì)構(gòu)成工業(yè)爐實(shí)體的內(nèi)襯耐火材料、隔熱保溫材料種類(lèi)也很多。有耐火磚、不定型耐火材料、耐火纖維、纖維可塑料、巖棉

5、板、微孔硅酸鈣制品等。二、石油化工裝置常用工業(yè)爐(一) 管式加熱爐管式加熱爐是屬于提供熱源的火焰加熱設(shè)備，作用是將通過(guò)爐管中的介質(zhì)加熱到所需溫度，然后進(jìn)入下一段工藝過(guò)程，又稱(chēng)之為管式爐。1管式加熱爐的工作原理管式加熱爐由輻射室、對(duì)流室和煙囪組成，輻射室和對(duì)流室內(nèi)均裝有爐管，煙囪內(nèi)裝有擋板。燃料經(jīng)過(guò)噴嘴在輻射室燃燒，產(chǎn)生的高溫火焰以輻射傳熱方式，將大部分熱量傳給輻射室爐管內(nèi)流動(dòng)著的介質(zhì)，溫度降低后的高溫?zé)煔庠龠M(jìn)入對(duì)流室，以對(duì)流方式繼續(xù)將部分熱量傳給對(duì)流室爐管內(nèi)流動(dòng)著的介質(zhì)，降溫后的煙氣最終進(jìn)入煙道，通過(guò)煙囪排入大氣。介質(zhì)的流向一般是先經(jīng)過(guò)對(duì)流室爐管，再經(jīng)過(guò)輻射室的爐管。其介質(zhì)在流動(dòng)過(guò)程中不斷吸入

6、高溫?zé)煔饨?jīng)爐管壁傳來(lái)的熱量，逐步升高到所需要的溫度成為高溫介質(zhì)流出。管式加熱爐的流程見(jiàn)圖1。為了綜合利用能源常在對(duì)流室和煙道與爐體部分增設(shè)余熱回收系統(tǒng)，或加熱空氣或加熱水、水蒸汽，生成蒸汽或過(guò)熱蒸汽，供生產(chǎn)使用。圖1 加熱流程圖2管式加熱爐的類(lèi)型常見(jiàn)的管式爐中，有圓筒加熱爐和立式加熱爐。爐體外形分為立式圓筒形和立式長(zhǎng)方形、箱型，而老式斜頂形加熱爐在煉油裝置中已很少采用。圓筒式加熱爐又稱(chēng)圓筒立式加熱爐，其爐型見(jiàn)圖2。圖中（a）型是一種純輻射型圓筒加熱爐，只有輻射室，沒(méi)有對(duì)流室，噴嘴設(shè)在底部向上安裝，爐管直立沿爐墻布置。這種加熱爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，其熱效較低。圖中（b）型是輻射對(duì)流型圓筒加熱爐，在

7、爐體上部設(shè)有水平方向布置的對(duì)流室，底部為輻射室，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。圖2 圓筒式加熱爐圖立式加熱爐分為臥管立式加熱爐和立管立式加熱爐，這兩種加熱爐的示意見(jiàn)圖3（a）、圖3（b）。立式加熱爐高度通常為寬度的23倍，爐內(nèi)呈長(zhǎng)方形，又稱(chēng)立方式型爐，由型鋼組成的立柱支撐。立式加熱爐的結(jié)構(gòu)分上、中、下三部分，上部分為煙囪，內(nèi)設(shè)擋板調(diào)節(jié)氣流和風(fēng)量，中部為對(duì)流室，下部為輻射室。 圖3 立式加熱爐 噴嘴在爐底向上放置或側(cè)壁水平放置，輻射爐管沿爐墻呈臥式或立式排列，對(duì)流段爐管均為臥式安裝，用管板支撐。3特殊類(lèi)型加熱爐由于采用技術(shù)不同，有些裝置的立式方型爐爐管及燃燒器的位置與常見(jiàn)爐型不同。如重整裝置四合一爐，管系為正U型

8、上面2個(gè)集合管，或倒U型下面2個(gè)集合管。集合管材質(zhì)1 1/4Cr1/2Mo, 15CrMo,Cr5Mo,形狀為直管,爐管材質(zhì)Cr9Mo。燃燒器有設(shè)置在爐墻側(cè)面，或設(shè)置在爐底部。加氫裂化裝置設(shè)計(jì)的爐型有爐管放在中間，采用雙面輻射方式，支撐架為HK-40的離心澆注管。以下介紹幾種不同于一般管式加熱爐結(jié)構(gòu)的爐型。(1)重整裝置四合一爐：該四個(gè)重整進(jìn)料加熱爐的輻射室是四個(gè)完全獨(dú)立的在一個(gè)箱體鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的立式爐，用來(lái)分別加熱重整進(jìn)料介質(zhì)。介質(zhì)出爐溫度為500C左右，爐內(nèi)煙氣溫度為800900C，見(jiàn)圖4。圖4催化重整爐圖(2)制氫裝置轉(zhuǎn)化爐與其他加熱爐不同之處是爐管里裝有催化劑，制氫反應(yīng)過(guò)程在爐管內(nèi)完成。爐

9、內(nèi)溫度較高，達(dá)到1000C，反應(yīng)介質(zhì)出口溫度為800C左右，此爐有兩種型式：一種是立式長(zhǎng)方形爐，燃燒器側(cè)面安裝；另一種是大型的立式箱型爐，燃燒器頂置，對(duì)流室另設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，爐型見(jiàn)圖5。圖5制氫轉(zhuǎn)化爐圖(3) 裂解爐，主要以石油餾分為原料，進(jìn)行熱裂解生產(chǎn)烯烴，其結(jié)構(gòu)特征為：立管加熱裂解爐。管式裂解爐為立式鋼架結(jié)構(gòu)爐體，爐墻砌筑耐火材料和隔熱材料，爐管為立式懸掛變徑管，幾種不同管徑組合成一組，爐底有油氣聯(lián)合噴嘴；對(duì)流室在頂部，為臥式盤(pán)管，預(yù)熱原料或燃料等。裂解爐是乙烯裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，結(jié)構(gòu)龐大（30萬(wàn)t/a乙烯十一臺(tái)裂解爐總重4100t）。過(guò)去我國(guó)乙烯裝置中的裂解爐大部分是從國(guó)外引進(jìn)，其結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)管式裂解爐相類(lèi)似，工藝流程及各種技術(shù)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)同類(lèi)爐子水平相近或略高，見(jiàn)圖6。(二) 化學(xué)反應(yīng)爐由于石油化工生產(chǎn)面較廣，專(zhuān)業(yè)眾多，除上述常用爐類(lèi)設(shè)備外，尚有一些加熱、化學(xué)反應(yīng)爐設(shè)備，如合成氨裝置中的二段轉(zhuǎn)化爐、蓄熱爐、開(kāi)工加熱爐、甲烷化爐，氣化爐等。這些爐類(lèi)設(shè)備主要用于石油化工裝置中原料氣的進(jìn)一步加熱、轉(zhuǎn)化、變換分離及固體焚燒等一系列化學(xué)反應(yīng)。它們的共同特征是