加熱爐的布置及管道設(shè)計(jì)

夏雪，楚海強(qiáng)

加熱爐的布置及管道設(shè)計(jì)

夏雪1，楚海強(qiáng)2

（1. 北京石油化工工程有限公司，北京 100107； 2. 北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100083）

結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求及實(shí)際配管設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，以某加氫項(xiàng)目中的加熱爐為例，介紹加熱爐的布置及管道設(shè)計(jì)。加熱爐一般布置在裝置的邊緣，和相關(guān)反應(yīng)器宜集中布置，布置時(shí)充分考慮加熱爐進(jìn)、出管口連接轉(zhuǎn)油線的柔性，加熱爐和反應(yīng)器可布置在爐前管廊的同側(cè)或異側(cè)。加熱爐爐管的進(jìn)出口管道，應(yīng)保持各路流量均勻，燃料管道、滅火蒸汽管道、管道支吊架等應(yīng)統(tǒng)一考慮，注意不要與加熱爐結(jié)構(gòu)圈梁以及梯子碰撞。

加熱爐；布置；配管；轉(zhuǎn)油線

加熱爐是石油化工裝置的主要設(shè)備之一，作為一種供熱設(shè)備，將爐管中通過的物料加熱至所需溫度，然后進(jìn)入下一工藝設(shè)備進(jìn)行分餾、裂解或反應(yīng)等。熱源為燃料氣或燃料油在爐膛內(nèi)燃燒釋放的熱量。加熱爐由輻射段和對(duì)流段組成，在輻射段內(nèi)，高溫?zé)煔庵饕暂椛涞姆绞綄崃總鬟f給輻射段盤管，煙氣上升進(jìn)入對(duì)流段，以對(duì)流的方式將熱量傳遞給對(duì)流段盤管。

1 加熱爐的布置

加熱爐的布置宜符合以下幾個(gè)要求[1]：

（1）明火加熱爐宜集中布置在裝置的邊緣，且宜位于可燃?xì)怏w、液化烴和甲B、乙A類設(shè)備全年最小風(fēng)頻的下風(fēng)側(cè)，布置在邊緣節(jié)約占地，方便檢修；

（2）兩座加熱爐凈距不宜小于3 m，與檢修馬路邊緣凈距不應(yīng)小于3 m，臥管加熱爐在抽出爐管一側(cè)應(yīng)留出檢修場(chǎng)地，長(zhǎng)度不應(yīng)小于爐管長(zhǎng)加2 m，幾座加熱爐宜中心線對(duì)齊成排布置，條件允許可盡量合用一個(gè)煙囪；

（3）加熱爐與其附屬燃料氣分液罐、燃料氣加熱器的間距不應(yīng)小于6 m，除工藝有特殊要求外，燃料氣總管切斷閥距離爐子至少15 m，滅火蒸汽總管切斷閥距離爐子至少7.5 m，為了阻止火焰蔓延，燃料氣管道上需設(shè)置阻火器（通常為干式），其距噴嘴距離不應(yīng)大于12 m。

明火加熱爐與露天布置的液化烴設(shè)備或甲類氣體壓縮機(jī)之間防火間距不應(yīng)小于22.5 m，當(dāng)在加熱爐與設(shè)備之間設(shè)置不燃燒材料實(shí)體墻時(shí)，其防火間距可減小，但不得小于15 m。實(shí)體墻的高度不宜小于3 m，距加熱爐間距不宜大于5 m，實(shí)體墻的長(zhǎng)度應(yīng)滿足由露天布置的液化烴設(shè)備或甲類氣體壓縮機(jī)經(jīng)實(shí)體墻至加熱爐的折線距離不小于22.5 m。并能防止可燃?xì)怏w竄入爐體[2]。

減壓蒸餾塔與其加熱爐的防火間距，應(yīng)按轉(zhuǎn)油線的工藝設(shè)計(jì)的最小長(zhǎng)度確定，該管道生產(chǎn)要求散熱少、壓降小，管道過長(zhǎng)或過短都對(duì)蒸餾效果不利，故不受防火間距限制。

加熱爐與反應(yīng)器間距不宜小于4.5 m，從加熱爐到反應(yīng)器的轉(zhuǎn)油線一般屬高溫、高壓、大管徑管道，材料上往往需要選用比較昂貴的不銹鋼。在減少溫降、壓降，節(jié)約成本，滿足管道柔性、防火間距的前提下，加熱爐與反應(yīng)器宜集中布置。設(shè)備布置時(shí)充分考慮加熱爐進(jìn)、出管口連接轉(zhuǎn)油線的柔性，加熱爐和反應(yīng)器可布置在爐前管廊的同側(cè)或異側(cè)。圖1為加熱爐和反應(yīng)器布置在爐前管廊同側(cè)，圖2為加熱爐和反應(yīng)器布置在爐前管廊異側(cè)。

2 加熱爐的管道布置

2.1 加熱爐爐管的進(jìn)口管道

加熱爐爐管的進(jìn)口管道，應(yīng)保持各路流量均勻；對(duì)于全液相進(jìn)口管道，一般各路都設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)各路流量，否則應(yīng)對(duì)稱布置管道。氣液兩相的進(jìn)口管道，必須對(duì)稱布置，以保持各路壓降相同[3]。帶調(diào)節(jié)閥的進(jìn)口管線如圖3所示，由于管線溫度高，熱脹量大，在靠近入口的平臺(tái)上設(shè)置彈簧支架。

圖1 某加氫裝置加熱爐與反應(yīng)器同側(cè)布置

圖2 加熱爐與反應(yīng)器異側(cè)布置

加氫精制、加氫裂化的加熱爐進(jìn)口管道的介質(zhì)為原料與氫氣的兩相流，易震動(dòng)，當(dāng)兩路（或多路）進(jìn)料時(shí)，為保證兩路流量分配均勻、減少震動(dòng)，在分支前應(yīng)有20~25倍公稱直徑的直管段，并至少有2 m的高差，以某柴油加氫降凝裝置為例，管道布置如圖4所示，在爐前管廊上設(shè)置彈簧支架。

圖3 帶流量調(diào)節(jié)的加熱爐入口管線

圖4 加氫裝置加熱爐入口管線

2.2 加熱爐爐管的出口管道

加熱爐的出口轉(zhuǎn)油線一般設(shè)有調(diào)節(jié)閥控制，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)稱布置，以使每路流量和壓降一致，如圖5所示。

圖5 加熱爐出口管線

出口管道的柔性應(yīng)利用管道自然補(bǔ)償熱膨脹；出口轉(zhuǎn)油線應(yīng)符合PID的要求，如有閥門、法蘭和儀表，應(yīng)設(shè)置平臺(tái)梯子；為了減少壓降和溫降，在滿足應(yīng)力要求的前提下，應(yīng)盡量減少管線長(zhǎng)度和彎頭；由于爐出口至塔這段管線是兩相流動(dòng)，容易產(chǎn)生震動(dòng)，應(yīng)設(shè)置好支架；應(yīng)盡量避免出現(xiàn)低點(diǎn)；轉(zhuǎn)油線總管應(yīng)盡量避免盲腸，否則，應(yīng)考慮吹掃；當(dāng)總管直徑太大時(shí)，應(yīng)考慮加人孔及平臺(tái)、梯子。

對(duì)于大管徑管道，彈簧支吊架數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)支架時(shí)要考慮其穩(wěn)定性，可以做成彈簧箱的形式，由于管道受熱膨脹尤其是出口轉(zhuǎn)油線即有軸向位移也可能有橫向位移，一般在彈簧頂板上與管托之間加聚四氟乙烯滑板降低摩擦，以滿足要求。

3 加熱爐燃料系統(tǒng)管線

燃料系統(tǒng)管線包括燃料氣、燃料油、燃料油返回和霧化蒸汽管線，除工藝有特殊要求外，燃料總管上的緊急切斷閥應(yīng)設(shè)在距加熱爐爐體15 m以外。加熱爐燃料氣調(diào)節(jié)閥前的管道壓力等于或小于0.4 MPa(表)且無低壓自動(dòng)保護(hù)儀表時(shí)，應(yīng)在每個(gè)燃料氣調(diào)節(jié)閥與加熱爐之間設(shè)置阻火器，阻火器宜水平安裝并盡可能靠近加熱爐的噴嘴，與燃燒器不宜大于12 m。

去各燃燒器的燃料氣及長(zhǎng)明燈支管必須從總管上部接出，當(dāng)加熱爐爐底設(shè)計(jì)有看火門的情況下，可將燃料氣，長(zhǎng)明燈的一個(gè)閥門裝在平臺(tái)上方，如圖6所示，另一個(gè)閥門安裝在爐子底部，靠近加熱爐底部看火門；當(dāng)加熱爐只在爐壁設(shè)置看火門的情況下，連接到燃料器和長(zhǎng)明燈上的兩個(gè)閥門都安裝在爐平臺(tái)以上。

圖6 加熱爐燃料氣及長(zhǎng)明燈管線

4 加熱爐蒸汽管道

與加熱爐本身相連接的蒸汽管道有：霧化蒸汽管道、爐體滅火蒸汽管道；與加熱爐本身不連接的蒸汽管道有：消防蒸汽、吹掃蒸汽和管道伴熱蒸汽等管道。蒸汽分配管宜布置地面上，距加熱爐爐體不宜小于7.5 m，以便安全操作[4]。加熱爐的爐膛滅火蒸汽獨(dú)立設(shè)置分配管，不做其他用途，從蒸汽分配管上引出的滅火蒸汽管道的切斷閥前應(yīng)保溫，切斷閥后距離地面2.1 m范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)防燙，其余管段可不保溫，并在切斷閥下游緊靠切斷閥設(shè)置排液孔，加熱爐滅火蒸汽圈管布置在加熱爐爐底平臺(tái)以上2.5 m處，與燃料氣總管同一標(biāo)高，滅火蒸汽分支管從總管頂部引出至爐體滅火管口，如圖7所示。

圖7 加熱爐滅火蒸汽管線

5 結(jié)論

（1）加熱爐在石油化工裝置中占有舉足輕重的位置，加熱爐進(jìn)出口管線管徑大、溫度高，在設(shè)計(jì)平面布置時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮轉(zhuǎn)油線的走向及支撐，以使設(shè)計(jì)最優(yōu)化。

（2）加熱爐的布置及管道設(shè)計(jì)以規(guī)范為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目進(jìn)行，加熱爐進(jìn)出口管線為應(yīng)力管線，進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算設(shè)置合適的支吊架。

（3）加料爐的燃料系統(tǒng)管線及爐體滅火蒸汽管線統(tǒng)籌考慮，一般燃料氣，長(zhǎng)明燈及滅火蒸汽圈管布置在加熱爐統(tǒng)一高度，分支管頂部引出。

[1] SH3011-2011石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國石化出版社，2011．

[2] GB50160-2008 石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S]．北京：中國計(jì)劃出版社，2009．

[3] SH3012-2011石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國石化出版社，2011．

[4] 張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)，設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]．北京：中國石化出版社，2009：163-167.

Equipment Layout and Piping Design of the Heating Furnace

1,2

（1. Beijing Petrochemical Engineering Co., Ltd., Beijing 100107, China；s2. DWELL Company Limited, Beijing 100083, China）

Combined with specification requirements and matters needing attention in actual piping design, taking the furnacein a hydrogenation project as an example,equipment layout and piping design of the heating furnacewere introduced. The furnaceis generally placed on the edge of the unit andcan be arranged on the same side or either side of the piping rack with reactors. The piping flexibility of furnace inlet and outlet pipelines is fully considered under equipment layout to make sure the equal flow of each branch. The fuel pipe, smothering steam pipe and the support should be considered as a whole, and cannot collide with the furnace structure and ladders.

furnace; equipment layout; piping design; transfer line

2017-09-15

夏雪（1986-），女，回族，工程師，碩士，山東德州人，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)，從事石油化工方面的管道設(shè)計(jì)工作。

TQ 052

A

1004-0935（2017）11-1106-05