關于真空相變加熱爐運行故障的探討和分析

牛有慶

大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司慶哈輸油大隊 163000

引言

傳統的加熱爐加熱均勻、運行比較穩定，因此被廣泛應用于油氣集輸工程中，如管式加熱爐、水套加熱爐、火筒加熱爐等。近年來，能源形勢趨于緊張，換熱設備向著高效率、低能耗的方向快速發展。傳統的管式爐和水套爐盛水量大、升溫速度慢、整體尺寸大、消耗鋼材量大、制造成本高、能量耗費高，正被新一代高效能的加熱設備逐步淘汰掉。一方面，隨著相變傳熱理論和相變傳熱技術的發展進步而發展起來的真空相變加熱爐，在排除設備運行中的安全隱患方面和解決傳統加熱爐運行中存在的不穩定性現象方面取得了極大成功；另一方面，相變加熱爐在加工制造、生產運行成本和熱效率方面與傳統加熱爐相比更具優越性?；谝陨蟽瀯?，真空相變加熱爐被廣泛應用到油氣田集輸工程中。

一、真空相變加熱爐的主要結構和工作機理

1.真空相變加熱爐的結構

圖1 真空相變加熱爐的結構圖[1]

真空相變加熱爐主要由爐體、煙囪、煙箱、換熱盤管、爐膛、操作間、燃燒器煙管、回煙室、防爆門等十部分組成，具體結構如圖1所示。

2.工作機理

真空相變加熱爐采用相變換熱技術實現熱量的傳遞。將加熱爐殼體內的封閉空間分為兩部分：一部分是氣化空間，用于盛放吸熱介質，如水；另一部分是相變空間，熱媒在此實現換熱。通過燃料的燃燒加熱氣化空間里的水，使水蒸發轉化為水蒸汽成為熱媒介，飽和的水蒸汽上升，與溫度較低的換熱管在相變空間接觸，放出熱量凝結成水，水蒸汽凝結放出的氣化潛熱通過換熱管壁傳遞給換熱盤管內的被加熱介質，冷凝后的液態水重新回到氣化空間，這種蒸發、冷凝過程往復進行，熱量將被不斷的傳輸給換熱管內的被加熱介質，完成相變換熱過程。

二、加熱爐運行中的故障分析

真空相變加熱爐在運行過程中的故障主要有以下幾種：

1.爐體缺水問題

對于經常在較大負荷、各項運行參數調整過大狀態下工作的加熱爐，一旦出現脫水器不穩定，流量減少或不走液情況，加熱爐溫度會急劇升高，造成爐內水急劇汽化，爐腔內壓力急劇增大，引起真空閥動作，大量水蒸汽從爐腔內逃脫，易造成缺水事故發生。

2.煙囪及煙箱內腐蝕問題

冬季是煙囪及煙箱腐蝕問題的多發期。冬季氣溫較低，加熱爐效率較高，排煙溫度較低，使得隨煙氣排出的水蒸汽在煙囪內冷凝，冷凝后的液態水順著煙囪壁面流回到煙囪根部煙箱內。由于煙囪根部及煙箱內溫度相對較高，高溫下對液體腐蝕有利，隨時間的延長會造成煙箱內部的嚴重腐蝕，縮短真空相變加熱爐的使用壽命。

3.燃燒器不能正常點火問題

造成燃燒器不能正常點火故障的原因大體分三方面：一、使用不潔凈燃油和燃油沉積都容易引起燃油濾清器堵死現象。一旦發生濾清器堵死故障，就會導致燃油管路不暢通，達不到燃油的點火壓力，使燃燒器出現不正常點火故障。二、高壓油泵在長期的運行過程中會出現機械磨損，也會使得高壓油泵不能噴出足夠壓力的燃油，從而使燃燒器不能正常點燃。三、當有空氣混入燃油管道時，引起燃油系統供油不足，從而使燃燒器不能正常點火。

4.加熱爐煙管堵塞問題

真空相變加熱爐為了達到較高的燃燒效率，排煙速度會比較慢，增加了煙氣中的煙塵吸附在煙管管壁上的可能性，容易造成煙管堵塞。加熱爐煙管一旦堵塞就會造成燃氣消耗過大，爐效率降低，同時表現為煙囪冒黑煙、防爆門串煙現象。

5.燃燒器故障

燃燒器作為真空相變加熱爐的核心部件，它長期處在高溫的工作狀態，容易造成燃燒頭、穩焰盤、探針等的燒損，點火管腐蝕，高壓接頭漏電問題。另外，使用未經處理的濕氣，容易造成電磁閥的損壞，引起燃燒器故障。

三、真空相變加熱爐運行故障處理方法

針對真空相變加熱爐出現的一般運行故障，根據實際生產情況給出相應的處理方案，對真空相變加熱爐的正常運行和日常維護具有指導作用。

1.通過加強檢查巡視力度，一旦發現溫度高出允許范圍，立即手動停爐；通過定期檢查維護確保真空閥的密封性；通過及時給爐殼補充水，使爐殼內水位保持在規定液位內等方法解決加熱爐過度汽化導致的爐體缺水問題。

2.通過改變加熱爐煙囪的位置解決因水蒸汽冷凝回流造成的煙囪根部及煙箱腐蝕故障。傳統加熱爐煙囪一般安放在加熱爐煙箱的頂部與煙箱連通，回流的冷凝水流回煙箱造成腐蝕?，F將煙囪跨接在加熱爐的旁邊，冷凝水回流時從煙囪底部排出，有效解決了煙囪根部和煙箱腐蝕問題，在減少大修費用的同時延長加熱爐的使用壽命。

3.對于燃燒器不能正常點火問題，解決方案有定期清洗燃油濾清器的濾網，一般使用燃油泡洗和氣吹相結合的清洗方法。出現高壓油泵磨損時可以通過調大調壓閥設定壓力的方法解決，解決不了時則需要更換油泵。最后，點火過程中放氣可有效解決空氣混入燃油管路引起的燃燒器故障。

4.對于煙管堵塞問題，可以通過定期用煙管疏通工具進行清理。另外，也可以通過調大燃燒器的進風量的方法實現對煙管的清掃。

5.燃燒器是相變加熱爐的核心部件，為保證正常運行需進行重點維護。換季保養時要對燃燒器進行重點檢修，檢修從以下幾方面進行：（1）檢查電磁閥是否有虎溝或堵塞情況，風氣配比裝置能否正常運轉；（2）檢查燃燒頭、穩焰盤、探針在長期高溫下的燒損情況和點火管腐蝕的腐蝕情況；（3）對燃燒器的高壓接頭、點火用電極和變壓器等部位進行著重檢查，保證正常工作。

四、真空相變加熱爐的定期維護

1、真空相變加熱爐在運行一段時間后，應對其進行排空處理，否則可能會出現被加熱工質溫度達不到工藝要求的情況。

2、對燃燒器進行定期檢查，著重檢查燃燒器內的高壓油泵的磨損情況。

3、定期清理燃油濾清器的濾網，防止濾網堵塞引起燃燒器故障。

4、定期檢查壓力、溫度儀表是否正常顯示，各儀表閥門是否密封良好等。

5、一年檢查一次煙箱對流受熱面的積灰和保溫情況。

結束語

真空相變加熱爐在傳統加熱爐的基礎上應用相變換熱技術，有效地克服了傳統加熱爐在效率和經濟性等方面存在的不足，符合油田油氣集輸生產中節能、高效的發展理念。在自動化控制方面與傳統加熱爐相比有很大改進，同時真空加熱爐具有高效、經濟、熱效率高、安全可靠等優點，大量的工程運用證實相變換熱技術在未來有更廣闊的發展前景。

[1]武喜懷，武婧文.對真空相變加熱爐運行故障的探討和分析[J].內蒙古石油化工，2013（13）.

[2]楊洪升等.相變換熱技術在油氣集輸加熱設備中的應用[J].石油工程建設,2005（12）.

[3]王運成.真空相變加熱爐事故分析及預防處理[J].大科技，2010（9）.

[4]張志英，陳國巖.相變換熱熱水鍋爐[J].工業鍋爐，2013（11）.