工藝加熱爐看火孔節(jié)能新技術(shù)綜述及建議

黃 雙，何新民

（中國石油獨山子石化分公司，新疆獨山子 833699）

0 引言

裂解爐、制氫轉(zhuǎn)化爐、焦化爐、常壓爐等工藝加熱爐是石化企業(yè)生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵設備，屬于企業(yè)能耗大戶，看火孔是所有加熱爐不可或缺的部件，對監(jiān)控調(diào)整加熱爐運行至關(guān)重要。某廠近十年紅外熱成像監(jiān)測表明，看火孔是加熱爐超溫最普遍最嚴重的部位，SH/T 3036—2012《一般煉油裝置用火焰加熱爐》規(guī)定輻射段外壁溫度不得高于82 ℃（表1）?？椿鹂讓?jié)能減排、提質(zhì)增效影響較大，看火孔節(jié)能技術(shù)包括兩方面，一是降低熱傳導帶來的直接熱能損失；二是強化密封效果，減少冷空氣竄入，提高空氣預熱對排煙熱能的利用。

表1 某廠裂解爐2020 年10 月15 日超溫概況

現(xiàn)有看火孔一般作為一套完整的部件安裝在加熱爐輻射段外壁，大都具有2 道或3 道密封面：第1 道是看火孔蓋內(nèi)端面與看火孔基座的密封；看火孔蓋內(nèi)側(cè)有凸出于內(nèi)端面的長方體形狀襯里凸臺，凸臺與基座內(nèi)的襯里形成第2 道密封；部分長方體凸臺上又有楔形凸臺，與爐體上的方形孔道形成第3 道密封（圖1）。

圖1 具有三道密封面的看火孔

1 看火孔超溫原因分析

由于材料、制作工藝、使用管理等多方面原因造成看火孔超溫嚴重、節(jié)能效果差，主要有以下6 種情況：①焦化爐、常壓爐使用的看火孔密封不嚴，需要借助彈簧增強第1 道密封面的密封效果（圖2）；②部分裂解爐看火孔蓋與其內(nèi)襯里不是緊密配合，也未固定，僅靠耐火氈塞縫，高溫煙氣易串至看火孔蓋內(nèi)側(cè)，使看火孔蓋溫度升高（圖3）；③部分裂解爐楔形凸臺與爐體上的方形孔道間隙過大（圖4，間隙達到8～12 mm）；④由于基座上的內(nèi)襯施工粗糙，裂解爐看火孔蓋上的內(nèi)襯里第2 道密封面與基座無法緊密貼合，密封效果達不到設計要求（圖5）；⑤由于基座上的內(nèi)襯為耐火氈，裂解爐看火孔蓋上的內(nèi)襯里第2 道密封面與基座無法緊密貼合，密封效果達不到設計要求（圖6）；⑥使用管理方面的原因使看火孔蓋上的內(nèi)襯里損壞、基座和方形孔道損壞沒有得到及時修補。

圖2 使用彈簧增強密封的看火孔

圖3 看火孔蓋上的內(nèi)襯里未固定

圖5 基座第2 道密封面不平整

圖6 基座第2 道密封面為耐火氈

2 國內(nèi)看火孔節(jié)能新技術(shù)綜述

2.1 專利文獻

文獻［1］～［7］屬于專利文獻，分別介紹一種典型的看火孔節(jié)能技術(shù)措施，有的專利是幾種技術(shù)措施的組合。

（1）軟質(zhì)襯里的低表溫看火門 蓋[1]，主要技術(shù)手段是改善看火孔蓋內(nèi)襯里隔熱性能。看火孔蓋內(nèi)襯里包含若干層內(nèi)層軟質(zhì)低導熱保溫層和若干層外層軟質(zhì)低導熱保溫層，通過內(nèi)藏細徑保溫釘、內(nèi)藏細徑保溫釘鎖緊件、外露細徑保溫釘和外露細徑保溫釘鎖緊件固定，外露細徑保溫釘和內(nèi)藏細徑保溫釘無直接接觸，消除了保溫釘熱橋式傳熱導致的表面溫度局部高溫現(xiàn)象，可以保證絕熱保溫效果，優(yōu)點是外表測量溫度降至50 ℃以下，不破壞原有看火門整體結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，便于控制保證看火孔襯里質(zhì)量。

（2）一種具有高度密封性的節(jié)能型看火門結(jié)構(gòu)[2]，主要技術(shù)手段是設置多道密封面。與看火孔蓋固定的看火孔塞與看火孔磚組件之間采用梯臺形密封，梯臺級數(shù)為至少1 級，包括1 級、2級、3 級……n 級，使用連桿鉸軸組件實現(xiàn)多軸多轉(zhuǎn)動自由度，除了可以繞軸轉(zhuǎn)動提供良好觀測視野外，還可以垂直爐墻平移，可將看火孔塞與看火孔基座各道密封面的間歇降至最小。梯臺級數(shù)受制于制作施工工藝，實踐中未見到3級及以上的報道。

（3）自密封節(jié)能可泄壓型看火門[3]，主要技術(shù)手段是依靠重力或鎖緊部件強化第1密封面?？椿鹂谆虏康耐怀鲩L度大于上部的突出長度而呈傾斜狀，看火門蓋能夠憑借自重貼合在看火孔基座上，提高密封效果。乙烯二聯(lián)合裝置應用有帶獨立于看火孔蓋的手柄，可以鎖緊看火孔蓋。

（4）一種加熱爐節(jié)能看火門[4]，主要技術(shù)手段是優(yōu)化第2密封面。技術(shù)手段是在看火孔基座上設置帶斜度第2 密封面，看火孔蓋內(nèi)襯里帶有同樣斜度相互貼合，目的是減小看火孔蓋內(nèi)襯里與看火孔基座之間的間隙，從而減小爐壁對空氣的散熱損失，可減少加熱爐內(nèi)的露點腐蝕現(xiàn)象，減少爐管等金屬件的高溫氧化情況，延長爐管等金屬件的使用壽命。由于第2 道密封設置于看火孔基座上，優(yōu)于常見的設置于爐體上的第2 道密封。但制造工藝難度增大，看火孔基座尺寸增大。

（5）一種加熱爐及其看火門[5]，主要技術(shù)手段是多連桿機構(gòu)改進楔形密封。通過固定支座的連接端與滑槽之間的運動實現(xiàn)了活動門相對于固定支座的平移和轉(zhuǎn)動，可以改楔形凸臺為長方體外形，降低凸臺與爐體上的方形孔道的間隙。平移和轉(zhuǎn)動部分可參考對比文獻［2］所述連桿鉸軸組件，楔形密封就是前文所述第2道密封。該發(fā)明及類似發(fā)明連桿機構(gòu)復雜，制造成本比全為鑄造件的常見看火孔高。

（6）一種加熱設備及其密閉式低散熱看火門[6]，主要技術(shù)手段是采用耐高溫玻璃制成的透鏡?？椿鹂谆O有耐高溫玻璃，使得空氣無法從看火門處進入加熱設備，降低了加熱設備的過剩空氣系數(shù)，提高了加熱設備的加熱效率。耐高溫玻璃可耐1200 ℃甚至1700 ℃，但玻璃是加熱爐熱輻射的不透明體，看火孔安裝耐高溫玻璃后，無法應用紅外點溫儀和紅外熱成像儀對爐管、爐膛進行監(jiān)測；加熱爐熱輻射透明體又是可見光的不透明體，這類看火孔要么只能肉眼觀測，要么只能紅外觀測，還伴隨爐內(nèi)粉塵影響透視效果的問題。

（7）一種低散熱節(jié)能型看火門[7]，主要技術(shù)手段是在看火孔爐內(nèi)側(cè)增設密封塊。在看火孔爐內(nèi)側(cè)增設密封塊，通過鋼絲繩和傳動機構(gòu)實現(xiàn)和看火孔蓋同開同閉，可以使看火門表面溫度不超過60 ℃。如果傳動機構(gòu)運轉(zhuǎn)良好，其隔熱節(jié)能效果肯定優(yōu)于前述所有技術(shù)手段。該傳動機構(gòu)復雜，增加成本，鋼絲繩和傳動機構(gòu)在裂解爐內(nèi)1100 ℃高溫下的性能都會影響該專利的實用性。

2.2 期刊文獻

文獻［8］、［9］為期刊文獻，分別介紹看火孔襯里不停工前提下的在線修復技術(shù)。文獻［10］介紹一種新型看火孔的應用案例。

（1）山鋼股份萊蕪分公司焦化廠吳宏斌[8]報告，可在現(xiàn)場對看火孔泡沫石棉灌漿或者陶瓷焊補，修補襯里。

（2）太鋼集團臨汾鋼鐵有限公司焦化廠安全科左春生[9]介紹，用泥料人工抹補襯里，或用壓縮空氣為動力的噴漿機將內(nèi)含 20%～40% 水分的泥漿噴補爐墻。

（3）天津石化陳德明[10]報告，應用一種新型看火孔后，看火孔外壁溫度降低20 ℃左右。

（4）江蘇華電揚州發(fā)電有限公司李建和[11]提出，看火孔漏風增加燃料損耗的計算方法。

3 改造建議

專利技術(shù)中，文獻［1］介紹的軟質(zhì)襯里不破壞原有看火門整體結(jié)構(gòu)，外表測量溫度可降至50 ℃以下，不停工即可改造；文獻［2］的多級密封面實用意義不大；文獻［3］的增強看火孔蓋密封已在獨山子石化分公司有應用；文獻［4］介紹的帶斜度第二密封面可有效降低散熱，但需要停工改造；文獻［5］和［7］傳動機構(gòu)復雜難以應用；文獻［6］介紹的耐高溫玻璃雖可降低散熱，但不再能夠通過該看火孔使用紅外熱成像監(jiān)測爐管爐膛溫度場。

建議優(yōu)先采用文獻［1］介紹的軟質(zhì)襯里專利技術(shù)，根據(jù)停工檢修時間，部分采用文獻［4］介紹的帶斜度第2 密封面專利技術(shù)，綜合對比優(yōu)劣；建議采用期刊文獻［8］和［9］介紹的襯里不停工在線修復技術(shù)，及時修補內(nèi)襯里損壞、基座和方形孔道損壞，提高看火孔密封效果。

采用專利技術(shù)應用新型看火孔和期刊文獻介紹的襯里修補技術(shù)，可以有效降低看火孔表面溫度，滿足標準SH/T 3036—2012 的要求，既達到節(jié)能減排、提質(zhì)增效的目標，又可以減少因冷空氣竄入對加熱爐運行和溫度場分布帶來的不利影響。