QC方法在加熱爐改造設計中的應用

黃林　常一舟

摘要：文章介紹的QC質量控制方法，遵循PDCA循環，通過設定目標、目標可行性分析、原因分析、要因確認、制定對策、效果檢查、節能效果及社會效益、結語等，在加熱爐的改造設計中得到了成功應用，最終達到了通過設計改造提高加熱爐熱效率的目的。

關鍵詞：QC小組；加熱爐；改造設計；熱效率；PDCA循環 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG307 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

蘭州寰球工程公司加熱爐設計QC小組是攻關型小組，該小組創立的主要任務是圍繞設計實踐，開展QC活動，解決加熱爐改造設計項目中提高熱效率遇到的各種難題。

1 選題理由

2012年，公司設計院受蘭州石化公司煉油廠潤滑油生產裝置加熱爐節能改造項目委托，進行22單元圓筒形加熱爐的改造設計，要求盡可能提高該加熱爐熱效率，達到節能改造的目的。加熱爐效率是衡量加熱爐先進性的一個重要指標，加熱爐效率低會導致裝置能耗增加。該加熱爐2011年平均熱效率僅達到83.7%。因此，如何優化設計，提高加熱爐熱效率遂成為一項重要攻關

課題。

2 設定目標

22單元加熱爐熱效率當前值83.7%，設定目標值83.7%。

3 目標可行性分析

2012年3月，QC小組成員到蘭州石化公司煉油廠潤滑油生產裝置采集22單元加熱爐數據，對2011年1～12月的爐效率進行統計，結果顯示2011年的加熱爐效率平均值僅達到83.7%。小組成員采集同類裝置23單元圓筒形加熱爐效率進行對比，該加熱爐熱效率平均值達到88.3%。與23單元加熱爐進行對比，二者均為溶劑精制裝置加熱爐。小組成員查數據發現，兩臺加熱爐爐管內介質均為精制液，且熱負荷一樣，都是13376MJ/h。因此從設備自身情況看，22單元圓筒形加熱爐的熱效率應當能夠提高。另外，QC攻關小組成員均有較高文化水平，從事設計工作多年，有豐富的設計經驗，從設計能力上考慮，提高該加熱爐熱效率可行。

4 原因分析

為了找出22單元加熱爐熱效率低的原因，小組成員采用“頭腦風暴法”，多方面分析，歸納出l2條可能存在的原因（圖1）。

1 襯里材質不合適 設計爐體襯里 爐體外壁溫度≤60℃ 1.小組比對各類襯里性能參數，設計合適的襯里結構；

2.車間確認襯里施工時間。 加熱爐現場 2012.10

2 余熱利用率低 利用煙氣對入爐空氣預熱 排煙溫度降低至160℃ 1.小組對煙氣余熱回收裝置進行設計討論，確定余熱回收部分設計方案；

2.車間確認余熱回收裝置施工時間。 車間會議室 2012.10

3 燃燒器性能低 用新型燃燒器取代舊燃燒器 熱負荷達到13376MJ/h 1.設計新型燃燒器選擇方案；

2.聯系車間確定燃燒器更換時間。 加熱爐現場 2012.10

4 儀表有故障 更換新的煙氣氧分析儀表 排煙氧含量約3.1mol% 1.對煙氣氧分析儀表重新選型；

與車間確定儀表更換時間。 加熱爐現場 2012.10

6 對策實施

6.1 新設計爐體襯里

原加熱爐600×600方形普鋁纖維爐襯材料[1]不滿足爐膛溫度要求，襯里損壞嚴重，爐體外壁溫度指標不合格，散熱損失較大，設計小組決定對爐襯結構進行了重新設計：輻射室選用兩層25mm厚的陶瓷纖維板作為背襯，外層使用含厚150mm的鋯陶瓷纖維模塊并用錨固件固定。爐底采用200mm厚的1200kg/m3的輕質澆注料和65mm規格的耐火磚。對流室襯里采用輕質澆注料襯里，輔以陶瓷纖維毯作為耐火填充材料。小組成員對爐體外壁溫度分三批次進行數據采集，結果均達到了60℃控制指標要求。

6.2 利用煙氣熱量對入爐空氣進行預熱

通過對加熱爐進行熱工測試，依據SY/T6381-2008《加熱爐熱工測定》，對煙氣成分進行分析，計算出加熱爐排煙的露點為125℃。根據該加熱爐的實際運行記錄，加熱爐排煙溫度在218℃～230℃，為了充分保證加熱爐不產生露點腐蝕，選擇空氣預熱器出口煙氣溫度在140℃。經分析研究，選擇了目前國際上比較先進的高效熱管換熱器，安裝在加熱爐對流室上方與煙囪底座之間。增加余熱回收裝置以后，加熱爐余熱得到了充分利用，最終排煙溫度平均值達到了155℃，達到了工藝要求小于160℃的指標。

6.3 用新型燃燒器取代舊燃燒器

舊燃燒器噴頭孔道堵塞嚴重，不能滿足生產要求。核算加熱爐熱負荷13376MJ/h的工藝指標，選用高效低氮氧化物氣體燃燒器，采用煙氣再循環技術[3]將溫度已降低的煙氣再循環與燃燒空氣混合，通過降低氧濃度和火焰溫度來降低NO2的生成。燃燒器設計更換后，計算加熱爐熱負荷數據，燃燒器的燃料量為0.1373kg/s，燃料氣低熱值為29598kJ/kg，燃燒器可提供的最大熱負荷為14629MJ/h，大于加熱爐熱負荷指標值13376MJ/h。

6.4 更換新的煙氣氧分析儀表

煙氣氧分析儀表數據是反映燃燒是否完全的重要判斷依據，通過對煙氣氧分析儀表進行重新選型，更換后可對整個運行周期排煙氧氣含量在線檢測，方便隨時了解加熱爐的燃燒狀況、熱效率和環保指標。煙氣氧分析儀更換后，截至目前未出現過故障，兩次儀表校驗均合格。對加熱爐排煙氧含量檢查，六次測量平均值約為3.1mol%，符合控制要求，達到了預期效果。

7 效果檢查

經過小組成員的共同努力，各項措施全面完成。考察對策實施前后加熱爐熱效率的變化，小組統計改造后的加熱爐熱效率，2013年熱效率年均值達到了88.2%，超過了目標值，比改造前平均提高了4.5%。

8 節能效果及社會效益

潤滑油生產裝置22單元加熱爐原運行指標：有效熱負荷13376MJ/h；排煙溫度218℃～230℃；排煙氧含量4.6mol%；熱效率83.7%；瓦斯氣年耗量4700噸。改造設計后的指標：有效熱負荷13376MJ/h；排煙溫度≤160℃；排煙氧含量3.1mol%；熱效率88.2%；瓦斯氣年耗量4500噸，每年可節省燃料量4700-4500=200噸瓦斯氣/年。燃料節約率：（4700-4500）÷4700×100%=4.26%，節能效果顯著。采取活動措施后，加熱爐熱效率得以提高，加熱爐煙氣排放減少，減少了大氣污染，確保了裝置安全平穩運行，改造設計得到用戶的充分肯定。

9 結語

經過小組成員的共同努力，QC活動已經結束，整個過程成功實現了四項改進，最終加熱爐熱效率得到提高，但并不表示達到了最高，小組成員將認真總結本次活動經驗，搞好數據分析，為以后的攻關打好基礎，進行下個PDCA循環，以求取得新的突破。

參考文獻

[1] 錢家麟，于遵宏，尹朝曦，李文輝，王蘭田，等.管式加熱爐（第二版）[M].北京：中國石化出版社，2003.

[2] 加熱爐熱工測定（SY/T6381-2008）.

[3] 譚寧，李根先，周紅梅，郭曉群.加熱爐熱效率的影響因素及對策[J].河南石油，2003，17（z1）.

[4] 趙增強，陳寶宏，司艷霞，徐洪濤.常壓裝置加熱爐節能改造[J].河南化工，2011，（28）.

作者簡介：黃林（1989-），男，四川南充人，蘭州寰球工程公司助理工程師，研究方向：化工壓力容器及加熱爐等設備設計。

（責任編輯：秦遜玉）