常減壓蒸餾裝置加熱爐能效提升改造

劉 巍

（武漢金中工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223）

加熱爐是石油化工廠與煉油廠常見設(shè)備，常減壓蒸餾裝置中的加熱爐是重要的供熱設(shè)備［1，2］，也是常減壓蒸餾裝置能耗最高的設(shè)備之一。在裝置運行過程中，分析熱效率過低的原因，采取有效的能效提升措施，從而提高加熱爐的熱效率，同時降低對環(huán)境造成的影響［3～6］，是降低加熱爐運行成本，提高經(jīng)濟效益和社會效益的有效途徑。

1 裝置運行現(xiàn)狀

南陽某煉油廠常減壓蒸餾裝置常壓爐、減壓爐于1992 年建成投運，承擔著裝置進行原油分餾處理的加熱任務(wù)，2 個爐均為圓筒型管式加熱爐，其中，常壓爐設(shè)計熱效率為86%，減壓爐設(shè)計熱效率為81%，均以燃油為燃料。

為利用煙氣余熱，2009 年8 月，該煉油廠新增空氣預(yù)熱器1 臺，2 爐共用，配套1 臺鼓風機和1 臺引風機。2021 年7 月，根據(jù)政府環(huán)保要求，煉油廠更換了2臺加熱爐燃燒器，將原來的油氣混燒方式改為單獨燒天然氣方式，同時對爐膛爐管外壁進行了清灰，對加熱爐對流室積灰進行了化學清洗，更換了空氣預(yù)熱器部分失效熱管，取得了一定成效，加熱爐排煙溫度由原來的260 ℃降到140℃，加熱爐熱效率有所提高，但仍存在4個主要問題。

（1）排煙溫度仍較高；

（2）加熱爐外壁溫度高；

（3）爐體漏風較大；

（4）加熱爐效率長期維持在88%。

針對以上的問題，2022 年8 月，煉油廠對加熱爐系統(tǒng)進行一系列能效提升改造［7］，包括空氣預(yù)熱器改造；加熱爐襯里改造；防爆門、看火門、彎頭箱門更換。

2 空氣預(yù)熱器改造

該裝置2臺加熱爐采用聯(lián)合余熱回收系統(tǒng)，通過共用的地面自立混凝土煙囪排放煙氣。此次改造在原熱管空氣預(yù)熱器上部增加雙流程擾流子預(yù)熱器，預(yù)熱器煙氣入口及落地煙道上的開口往上移動5 m，預(yù)熱器空氣出口抬高5 m。

擾流子空預(yù)器是在普通管式空預(yù)器的基礎(chǔ)上加以改進發(fā)展的新型空氣預(yù)熱器。主要是在換熱管內(nèi)增設(shè)了擾流片，增加管內(nèi)流動擾動，提高管內(nèi)換熱系數(shù)［8,9］。

此次增設(shè)的擾流子空預(yù)器，換熱管水平布置，管內(nèi)走空氣，管內(nèi)布置擾流子，可以提高空氣側(cè)換熱系數(shù)。殼側(cè)走煙氣，便于清灰。高溫段采用擾流子空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)可以徹底解決熱管的超溫失效、爆管等缺陷。

3 加熱爐襯里改造

根據(jù)現(xiàn)場勘查，加熱爐內(nèi)部襯里裂縫較多，導致熱量損失嚴重。為改善輻射室的傳熱狀況，提高輻射爐膛傳熱能力，降低輻射頂煙氣溫度和爐外壁溫度，減少散熱損失，結(jié)合常壓爐、減壓爐爐壁紅外線檢測結(jié)果，需要對爐壁的內(nèi)襯進行更換。

復(fù)合襯里在常減壓加熱爐上的應(yīng)用效果顯著，此次改造將爐壁以及輻射段頂部已破損的襯里進行清理，更換為復(fù)合襯里。改造完成后，加熱爐外壁溫度、散熱量明顯下降，爐內(nèi)隔熱效果明顯改善，從而提高了熱效率，并且更加具有穩(wěn)定性［10］。同時，復(fù)合襯里兼具經(jīng)濟、安全，施工相對簡單的特點［11，12］。

新的爐襯里結(jié)構(gòu)采用了雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，底層50 mm厚陶纖棉粘貼+外層高溫紅外復(fù)合涂料。

改造要達到的主要技術(shù)指標有2項。

（1）平均爐外壁溫度≤60 ℃（27.5 ℃、無風）；

（2）計算體系外壁散熱損失≤3%。

4 防爆門、看火門、彎頭箱門更換

4.1 新型防爆門模塊

安全泄壓隔熱模塊采用新型無機保溫材料，體積密度為0.27 g/cm3，常溫下的耐壓強度不大于0.1 MPa，重燒線變化-1.85%（900 ℃×24 h），內(nèi)部中空格塊結(jié)構(gòu)設(shè)計增強隔熱性能及保證爆破后瞬間解體。

安全泄壓隔熱模塊采用顆粒壓鑄整體成型，確保加熱爐在發(fā)生閃爆時，安全泄壓隔熱模塊瞬間破碎成小塊及細小顆粒，防爆門能正常打開保證加熱爐安全性。安全泄壓隔熱模塊超長運行使用不出現(xiàn)粉化，避免防爆門四周漏風、超溫等影響加熱爐熱效率的情況出現(xiàn)。

4.2 新型節(jié)能看火門

節(jié)能型看火門鋼結(jié)構(gòu)外敷1 層新型輕質(zhì)耐磨澆筑耐火材料，新型輕質(zhì)耐磨澆筑耐火材料導熱系數(shù)＜0.2 W/（m·k），有效隔離開高溫區(qū)與鋼結(jié)構(gòu)熱傳導。

門蓋內(nèi)層采用納米材料作為內(nèi)層保溫，外層保溫為新型輕質(zhì)耐磨澆筑耐火材料。通過看火門楔形保溫與邊框的配合方式來達到密封空氣的目的，并且采用快壓閥做為門蓋的鎖緊裝置，操作便捷，鎖緊性能好。節(jié)能型看火門已經(jīng)成功進行節(jié)能改造，減小了門蓋與底座之間的縫隙，避免了嚴重漏風現(xiàn)象的發(fā)生，減小了煙氣氧含量，提高了加熱爐熱效率［13］。

新型節(jié)能看火門主要有4個特點。

（1）防止漏風。阻止冷空氣由看火門縫隙進入爐內(nèi)，降低了加熱爐的氧含量，對提高加熱爐熱效率有很好效果；

（2）降低熱損?？椿痖T表面及邊框爐壁的溫度可達到40 ℃，大幅減小散熱損耗；

（3）操作簡便?？椿痖T開關(guān)動作簡單，門蓋關(guān)閉后用快壓閥鎖緊；

（4）使用期長。門蓋內(nèi)采用新型輕質(zhì)耐磨襯里耐火材料，不易墜落及斷裂，且熱傳導率低。

4.3 彎頭箱門陶纖噴涂

此次改造采用1種新型彎頭箱，主要用于解決現(xiàn)有的管式加熱爐對流室彎頭箱采用陶瓷纖維作為彎頭密封件所存在的不能完全消除漏風現(xiàn)象的問題。設(shè)于彎頭箱內(nèi)部的彎頭密封件包括密封模塊和密封塊。每個密封模塊帶有1 個與彎頭的形狀相適應(yīng)、可以容納1個彎頭的腔體。每個彎頭上加戴1 個密封模塊，各密封模塊之間緊密貼合，并密封連接于管板上。

5 改造效果

為比較加熱爐改造前與改造后能效提升效果，該煉油廠對加熱爐相關(guān)工藝指標進行了測試，結(jié)果見表1。

表1 加熱爐改造前與改造后工藝指標對比

經(jīng)過加熱爐能效提升改造，綜合運行熱效率為93.48%，達到了標準限定值（≥87%），加熱爐運行良好。

（1）排煙處氧含量從改造前10.31%降低到4.67%，排煙溫度從146.1 ℃降低到107.1 ℃，排煙熱損失從8.40%降低到4.21%；

（2）加熱爐平均外表面溫度從59.8 ℃降低到44.7 ℃，爐體散熱損失從4.04%降低到2.27%。

綜合考慮以上2方面原因，此次加熱爐綜合運行熱效率比維修改造前提高了5.55%～6.55%，建議持續(xù)保持，確保加熱爐在該生產(chǎn)運行參數(shù)的工況下運行。

6 結(jié)束語

通過對煉油廠常減壓蒸餾裝置常壓爐、減壓爐進行一系列能效提升改造，有效提高了加熱爐熱效率，降低了排煙溫度和爐體表面溫度，達到預(yù)期的節(jié)能效果。

在空氣預(yù)熱器的選型過程中，煙氣側(cè)出口溫度控制在低于110 ℃，主要考慮煙氣中硫化氫對煙氣管道的露點腐蝕問題。對于大型加熱爐系統(tǒng)，可通過使用繞流子換熱器進一步降低排煙溫度至90 ℃，煙氣側(cè)管道考慮內(nèi)襯玻璃鋼或其它材料解決露點腐蝕問題，從而進一步提高加熱爐效率。