加熱爐火管燒損原因技術探討

牛洪凱(大慶油田第八采油廠規劃設計研究所，黑龍江大慶163514)

0 引言

加熱爐是將燃料內蘊藏的熱量，經過燃燒釋放，把被加熱介質加熱到能滿足油田生產需要的一種耗能設備[1]。全廠在用加熱爐共228 臺，火管燒損是合一裝置、火筒爐及水套爐使用過程中常見的問題，尤其以合一裝置最為嚴重。2007年至今，全廠加熱爐煙火管大修及更換共27 臺，表現形式通常為火管近火焰處的鼓包變形、甚至穿孔，給加熱爐安全運行帶來極大的隱患。目前我廠火管燒損情況數量相對較多，并呈上升趨勢。選取某轉油站2#四合一火管燒損事故進行分析，確定加熱爐火管燒損的原因。

1 火管燒損原因技術分析

1.1 煙氣冷熱分層

加熱爐在工作過程中熱煙氣分布在火筒的上半部分，冷煙氣分布在火筒的下半部分，煙氣在向外漂浮排除的過程中，造成火管過了耐火磚處存在一個溫度場最高點，從而使火管表面受熱熱度不均勻易鼓包變形，火管的熱場中越靠上部分，溫度越高。

1.2 介質冷熱分層

由于火筒外介質流向是從加熱爐的底部進入，加熱爐內介質冷熱分層，上部介質溫度最高，下部介質溫度最低，造成火管外壁表面溫度不均勻易變形。

1.3 加熱介質受熱不均

加熱爐的火管與煙管之間的最短距離為15-20CM（3 點），兩只火管之間的中心距離為20cm（2點），火管距離加熱爐外部殼體最短距離為30～32cm（1點），因此在加熱爐火管與煙管之間的介質要受到兩部分的溫度場加熱，2只火管之間的介質也是要受到2 個火管的溫度場加熱，但其溫度低于上半部的介質，而加熱爐火筒最低處與殼體之間的換熱只有火筒一側的溫度場換熱，因此介質在加熱爐內的溫度場也是上部高下部低。

1.4 鋼板發生蠕變

加熱爐提火和降火時造成耐火磚內部隔熱或蓄熱,鋼板溫度差較大，當提火時耐火磚內鋼板還沒有溫度，其前端20～30cm 及其以外的鋼板已經存在較高的溫度了，隨著溫度的穩定運行，耐火磚內外鋼板的溫度達到一致，當降火時，耐火磚內的鋼板溫度還沒有下降時，其前端20～30cm 及其以外的鋼板已經大幅度的降溫，這樣就造成了耐火磚前端上部最高點20～30cm處的鋼板發生蠕變，鋼板長期在冷熱溫度變化劇烈的狀態下運行失去熱應力，加之加熱爐內存在一定壓力及介質的重力、鋼板的重力均為向下，所以造成了火筒鋼板“鼓包”方向向下。有時因鋼板的蠕變分布不均還造成其他位置的鼓包，但大多數會出現在上午10點鐘到下午2點鐘之間，而個別火筒下部鼓包是由結於結垢嚴重造成的。

1.5 加熱介質較差

由于我廠采出液中鈣、鎂鹽類離子含量較高，在加熱爐的受熱面上，在高熱負荷的作用下相互發生化學反應，就形成復雜的硅酸鹽垢。與鋼材相比，水垢的導熱系數很小。

碳酸鹽垢的導熱系數只有鋼材的1/10～1/100，相當于在煙、火管外增加一層保溫層，結垢造成管材的局部過熱產生的二次應力使爐管鼓包變形，某F站2#四合一火管結垢最厚處達到4mm；結垢不均勻產生的供氧濃差電池造成垢下腐蝕，從而進一步加大爐管穿孔的風險。

1.6 焊道影響溫度場

在對加熱爐緊急實施維修時，對爐管損壞部位所采用的維修方法是進行“挖補”,在火管上打了一個“補丁”，而這個補丁的邊緣與原火管上鋼板所連接的焊縫是由人工利用焊條進行焊接的，人為因素會造成焊縫的薄厚質量不同，也就會造成新舊鋼板的溫度場不同,“試壓”與“探傷”只是短期測試行為，個別修好后的加熱爐在運行一段時間后,還會再次出現鼓包損壞或是焊縫再次裂開，這是由于焊縫質量差造成的。

1.7 高負荷運行

某F 站外產能新投油井逐年增加，2014 年新投油井30 口，處理量增加330 m3/d，為保證新投產油井正常運行，將站內摻水溫度由去年同期的65℃提高至74℃，造成某F 站四合一負荷加重。

1.8 燃燒器法蘭變形

某F站2#四合一2012年更換燃燒器，固定燃燒器的法蘭未更換。由于燃燒的伴生氣含水較大，存在爆燃現象，造成燃燒器經常打槍（回火）。高溫回火使法蘭變形，造成燃燒器偏心，風機吹落耐火磚、吹倒擋火墻，火焰直接舔舐火筒內壁，形成鼓包。

1.9 細煙管無法清淤

某F站2#四合一為微正壓加熱爐，該爐型設計時側重提高加熱爐的熱效率，在實際運行中由于加熱段細煙管較多，內部空間狹小，清淤困難，造成火管及煙管外結淤嚴重。該四合一連續2年未清淤，將燒損的火管進行更換時，對四合一爐內進行了清淤，現場共清理淤泥約15m3（500多袋），淤泥量大。目前全廠微正壓加熱爐共16臺。

2 火管燒損對策措施

2.1 加裝爐管高溫監測裝置

近幾年我廠陸續在加熱爐爐管上安裝高溫監測裝置來預防因加熱爐局部過熱而產生的安全隱患。該裝置監測點為6個，安裝在距耐火磚約300mm爐管管壁，當溫度超過設定值時，超溫報警裝置會自動發出報警信號，同時設有超溫自動降負荷控制系統，當爐管壁超溫時，通過調節閥自動降負荷，保證爐管安全運行。

2.2 調整耐火磚長度

常規水驅加熱爐的耐火磚長度為1.8m，火焰高溫區為1.5m處，不需要增加耐火磚長度，耐火磚過長會降低傳熱效率。個別轉油站為保證站外油井冬季生產，提溫提火加大了燃燒器火焰長度，火焰越過耐火磚直接舔舐火管壁，長期運行導致火管鼓包變形。在滿足加熱負荷的前提下，根據燃燒器的火焰長度（1.9～2.4m）可增加個別加熱爐耐火磚長度（1.8～2.5m)，避免火焰直接舔舐火筒壁。

2.3 加熱爐安裝燃氣輻射管

針對部分負荷較高，提溫困難無法加長耐火磚長度的加熱爐，可加裝燃氣輻射管。燃氣輻射管是將燃料和燃燒產物向爐內的傳熱過程完全封閉在“馬弗管”內的一種燃燒裝置，包括燃燒器和馬弗管兩部分，馬弗管一端與燃燒器相連并貫穿爐膛，另一端與煙道相連，燃燒焰流沿馬弗管流向煙道，并通過管壁向爐內輻射傳熱[2]。

2.4 取消擋火墻

現場發現，某F 站2#四合一火管內擋火墻已倒塌，造成火焰向上偏燒火管壁。設計院設計的燃燒器，投產時都配有擋火墻，擋火墻可二次燃燒剩余燃氣，提高燃燒效率。近幾年新更換的燃燒器均可將煙氣的過剩空氣系數維持在1.05～1.15 范圍之間，保證燃料和空氣充分混合燃燒，擋火墻失去原有作用，可取消。[1]

3 結語

通過對某F站2#四合一火管燒損原因的分析，結合我廠加熱爐運行狀況，針對四合一燒損可采取有效措施進行預防及治理，保障加熱爐安全高效運行。下一步需針對全廠加熱爐做以下工作：

一是對全廠加熱爐檢查燃燒道（耐火磚）有無錯位、脫落、倒塌，檢查耐火泥是否脫落，對投產年限較長的加熱爐耐火磚進行更換，拆除4臺加熱爐的擋火墻。

二是更換老化變形燃燒器封頭法蘭。對全廠加熱爐燃燒器法蘭進行調查，燃燒器封頭法蘭變形易造成燃燒器偏心燃燒，火焰長期舔舐火筒壁形成鼓包變形，需及時更換。

三是加強加熱爐清淤除垢。定期清除設備內部淤積物，對煙火管外壁進行除垢。

四是加強崗位工人加熱爐培訓，使工人會判斷加熱爐燃燒效果，提前發現隱患。

（1）根據儀表指示判斷：加熱爐出口溫度應在規定溫度的±5℃范圍內。在規定范圍內為正常，發生溫度超范圍波動則為不正常。

（2）根據加熱爐火焰判斷：火焰燃燒應達到短火焰、齊火苗、火焰明亮、燃燒完全。燒氣時火焰呈淡藍色，煙囪看不見冒煙。凡不符合這些標準時為不正常現象。

（3）根據加熱爐聲音判斷：加熱爐響聲一直均勻不變，是加熱爐正常運行；當響聲突然停止，是加熱爐熄滅，或是停電或燃料中斷等原因造成；當響聲無規則，時高時低，是燃燒器調節不當，進爐介質變化或燃燒量變化等原因造成。