管式加熱爐檢修中的新技術應用

張鵬

摘 要：根據《Q/SY GD0091-2013 直接式加熱爐操作維護修理規程》，管式加熱爐的大修理周期為6年或者運行小時間隔36000h。本文以中石油管道公司混油裝置管式加熱爐2012年檢修為例，介紹了加熱爐修理的一般內容，綜述了修理過程中采取的多項新技術。通過新設備和新技術的應用，大大降低了能耗，提高了熱效率。

關鍵詞：管式加熱爐；燃燒器；制氮機；煙道擋板；吹灰系統

1 概述

鄭州分公司鄭州站位于蘭鄭長成品油管道的中間站，用于收集上游管道下載的混油，設有1套年處理量10萬噸的混油處理裝置。此裝置采用管式加熱爐直接加熱原料油，提供熱量。保證加熱爐高效安全經濟運行，是本裝置的重要目標。

管式加熱爐采用直接受火加熱的方式，被加熱介質在爐管內流動，燃料在加熱爐爐膛內燃燒，產生高溫煙氣。高溫煙氣在輻射室爐膛內通過輻射傳熱和在對流室內通過對流傳熱將煙氣中的熱量傳遞給對流段爐管內的被加熱介質，將被加熱介質加熱到所要求的溫度后出裝置，換熱后的煙氣通過煙囪排入大氣中。

2 管式加熱爐組成和參數簡介

混油處理裝置加熱爐設計負荷1.6MW，介質流量130m3/h，采用圓筒形輻射對流型螺旋管立式加熱爐，介質從對流頂部入爐，經對流換熱后在爐內轉輻射室再次加熱，最后從爐底出爐。對流頂部設有熱管式空氣預熱器用以回收煙氣中的余熱，煙囪自立于爐頂。爐管材料選用304不銹鋼（輻射室）和碳鋼（對流室），加熱爐鋼結構主要用材為Q235—B。計算熱效率89%。

本裝置加熱爐本體有四個部分組成：燃燒系統、爐管系統、爐墻系統和爐架系統。附屬系統包括氮氣滅火系統、吹灰供氣系統以及儀表自動控制系統等。

①燃燒系統，包括燃燒器、燃料管線及煙道。本裝置采用燃油燃燒器，燃料油為輕柴油。

②爐管系統，輻射室爐管材料304不銹鋼，對流室材料為碳鋼。爐管內壁要承受高溫高壓、腐蝕作用，管外還承受高溫煙氣沖刷、氧化作用。

③爐墻系統，包括爐子四壁、爐頂、爐底等，要求絕熱好，散熱小，爐襯采用輕質耐火澆注料。

④爐架系統，即加熱爐的鋼結構。

3 加熱爐運行存在問題

①老式燃燒器采用人工點火方式，無法遠控操作，自動化程度低。

②燃燒器火焰容易偏燒、發散，（機械）霧化不良。爐膛內爐管結焦，積灰嚴重。甲、乙爐管出爐溫度差值大，最大為12℃。

③煙囪擋板手動控制，控制手柄引到地面。煙道擋板實際開度無明確指示。

④加熱爐熱效率低，燃料油單耗大。

⑤氮氣滅火系統滲漏嚴重，采用氮氣瓶充裝補氣方式，給操作人員帶來極大不便。

4 加熱爐維修維護內容介紹

根據加熱爐檢修規程，加熱爐運行滿6年后，進入到大修周期。大修理的主要標志是加熱爐本體的更換，包括兩側爐墻、全部爐頂，爐管、彎頭，煙囪，爐管鋼結構和爐頂蓋板。大修理的范圍包含了加熱爐一般修理的全部內容。

加熱爐運行滿3年，需進行一般修理。修理范圍包含且不限于以下內容：輻射室，對流室，天圓地方和煙囪，燃燒系統，吹灰系統，氮氣滅火系統，機泵，梯子、平臺，燃料油系統，儀表自控系統等。

鄭州站混油處理裝置加熱爐于2012年底進行了投運后的首次檢修。針對加熱爐存在的上述問題，檢修過程應用了多項新技術，引入了煙道擋板電動執行器，威索燃燒器，制氮機一體撬座等多臺新設備。

5 加熱爐維修中新技術的應用

5.1 輻射室噴砂除銹和更換保溫層，提高換熱效率

原加熱爐長時間運行，燃燒火焰長期偏燒，并且燃料油為柴油，造成輻射室內爐管表面大量結焦、結垢。對爐體和爐管進行等級為Sa 2.5級的噴砂除銹，減小了設備傳熱熱阻，有效提高了換熱效率。爐體噴砂除銹后噴涂高溫防腐涂料，有著良好的粘附性。

輻射室內前后墻和筒體部分保溫層更換。由于爐內煙氣長期對保溫層沖蝕破壞會將保溫釘上的保溫塊損壞，這樣爐內熱量會通過保溫釘傳至加熱爐的筒體而影響整個爐子的熱效率。采用新型保溫材料，固定結實且保溫支架不會露出保溫層，保溫效果好。

5.2 更換煙道擋板執行器

原煙道擋板為手動控制，手動執行器的合金擋板軸承因長期高溫氧化腐蝕銹死，開關困難?？刂剖直挥跔t底，只能通過爐底的閥位指示器進行開關，往往造成執行器開關過度卡死。

新執行器，一是將合金鋼擋板軸承改為浸金屬石墨軸承，這種新材料軸承不僅具有石墨的耐高溫特性，通過浸金屬進一步提高了石墨軸承的耐磨性和強度；二是采用了帶過載保護的新型智能一體化角行程電動執行機構，大扭矩電機比老式的機構具有更佳的動力性和操控性，并且過載保護功能可以避免因煙道擋板意外卡死而損壞設備。

5.3 燃燒系統修理

舊式的燃燒器能耗高，采用人工點火方式，無法遠控操作，故障率高，并且維修無配件。采用新型的德國威索燃燒器，為全自動比例式調節機械霧化燃燒器，可實現全自動控制。通過表1，可以看出新型燃燒器在點火方式和燃料油單耗方面都有很大提高。

表1 新舊燃燒器對比表

[＼&燃燒器類型＼&點火方式＼&處理每噸混油燃料油消耗量（Kg）＼&2012年加熱爐檢修前＼&COM-OP燃燒器＼&人工點火（2人配合）＼&12.0（2012年8月）＼&2012年加熱爐檢修后＼&威索WK4080＼&遠控/就地一鍵點火＼&8.9（2012年12月）＼&＼&＼&＼&＼&]

新型燃燒器具有優化的燃燒過程：燃料油進入到燃燒器后，首先在預熱器/燃油泵中加熱/加壓，經過噴嘴的霧化作用和在爐膛中吸熱汽化后，與膛內空氣混合形成燃氣混合物，當加熱到燃點時，開始燃燒。當人工給出啟爐指令后，燃燒器的點火程序由西門子程序控制器啟動并控制。

新型燃燒器具有完善的安全保護功能，當檢測到燃油泵、助燃風機、冷卻風機、燃油壓力的狀態出現異常時，自動熄火停爐。

5.4 吹灰系統修理

吹灰系統由吹灰器、吹灰管及相連管線組成，安裝在對流室側方。對流室積灰嚴重后將增加傳熱熱阻，降低加熱爐效率，增加煙氣流動阻力，并且排煙溫度升高，影響加熱爐的出力與安全運行。

本項目加熱爐采用2套WQD-Ⅱ型氣動旋轉式吹灰機。通過吹灰控制器可對吹灰時間、吹灰次數、啟動方式進行調整。檢修過程中還可根據需要，對電磁閥、吹灰器進行解體和清理保養。

5.5 氮氣滅火系統修理

舊式加熱爐采用5m3的氮氣罐提供穩定氣源，氮氣罐定期需要外接氮氣瓶補充氮氣。從氮氣瓶到氮氣罐到加熱爐爐膛的氣路，管線螺紋接口過多，再加上高壓儲氣，管線很容易發生漏氣，系統無法正常投用，存在嚴重安全隱患，并加大了維護人員的工作量和維護成本。分析氮氣滅火系統泄漏的主要原因為：

①原國產電磁閥和手動閥使用一段時間后，動作不靈活、封閉不嚴；

②氮氣瓶長時間使用后瓶嘴和接頭產生磨損，高壓部分密封不嚴，造成高壓氣瓶存不住氣，人員開關高壓氮氣瓶存在安全風險；

③戶外氮氣管路絲扣連接的部位經過四季環境溫度變化，熱脹冷縮導致密封不嚴；

新修理后的加熱爐，采用制氮機一體撬座。

①氮氣滅火系統組成：空氣壓縮機—空氣緩沖罐—冷凍式干燥機—過濾器組—制氮裝置—氮氣緩沖罐構成。

②制氮裝置采用變壓吸附原理：利用碳分子篩（CMS）在一定的壓力下對空氣中不同成分的吸收率不同來分離氮氣。

③采用1臺5m3氮氣儲罐（儲氣工作壓力0.8MPa），替代現場的高壓氮氣瓶組儲氣，解決高壓氮氣瓶存不住氣、漏點多的問題。

④選用可靠性高的進口不銹鋼電磁閥，解決原國產電磁閥長時間使用動作不靈活密封不嚴問題。用可靠性高的進口不銹鋼焊接球閥代替國產手動閥，減少了原管路螺紋連接和法蘭連接時泄漏點多的問題。

5.6 儀表自控系統修理

舊式的儀表自控系統通過加熱爐前的一個配電柜進行啟停爐操作，不能調節火焰大小，一旦加熱爐發生火災有極大的安全隱患。新采用的儀表自控系統，具有如下功能：

①就地一鍵啟/停爐功能：爐前配置一個就地柜，實現燃燒器啟動/停止，同時利用比調儀調節燃燒器負荷。

②遠程一鍵啟/停爐功能：值班室配置一個儀表柜，可以接受爐控和站控的啟動/停止，同時具有遠程設定出爐溫度設定值功能。

③聯鎖停爐保護功能：控制系統對加熱爐關鍵參數進行實時采集，一旦有參數超過報警值，系統會自動聯鎖停爐，保證加熱爐處于較為安全的狀態。本加熱爐設有爐膛溫度高、排煙溫度高、出爐溫度高等多項聯鎖停爐保護。

④熄火保護功能：加熱爐熄火后，能否及時發現是加熱爐最重要的功能之一。熄火后若不能及時發現，燃料會繼續噴進爐內發生爆炸。本控制系統具備熄火自動保護，一旦在點火或運行時發生熄火，系統都會立即自動關斷燃料閥，并發出聲光報警信號。

⑤通訊功能：威索燃燒器具有支持MODBUS RTU通訊協議的RS485/232物理口的通訊功能。通過在燃燒器與上位機之間進行數據傳送，可使得遠控值班人員全面了解加熱爐運行參數和報警信息。

6 結語

通過以上一系列檢修措施，基本解決了加熱爐安全隱患高、自動化程度低，能耗高和熱效率低的問題。隨著煉油技術的發展和管理水平的提高，加熱爐還需在以下方面取得進展：

①改進燃燒控制系統，使得燃料燃燒狀況、煙道擋板的開度、爐膛溫度、排煙溫度等集中管理，優化操作，最大限度的提高加熱爐熱效率。

②充分利用對流室加熱混合油，最大化利用煙氣中的余熱預熱助燃空氣，優化工藝流程，降低排煙溫度。

③應用經濟實惠、重量輕、體積小、隔熱效果好的保溫材料。降低加熱爐外壁溫度，減少熱量損失。

④提高運行人員素質和管理水平，定期對加熱爐和附屬設備進行維護。

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