热效率及运行安全-资料课件

影响加热炉热效率的参数及其控制影响加热炉热效率的参数及其控制热效率是衡量加效率是衡量加热炉炉设计和运行管理先和运行管理先进性的一个重要指性的一个重要指标。它关系着石油化工装置乃至全厂能耗的高低。因此，加热炉的设计和运行管理部门都必须十分关注其热效率，以避免浪费能源，影响经济效益；同时，也不能盲目追求过高的热效率，使得一次投资过高或尾部换热面低温露点腐蚀和粘灰堵塞，影响长周期安全运转。-1 1-提高加热炉热效率的意义提高加热炉热效率的意义 加热炉的燃料消耗在炼油装置能耗中占有相当大的比例：加热炉的燃料消耗在炼油装置能耗中占有相当大的比例：少则少则20%-30%20%-30%，多则，多则80%-90%80%-90%。因此，提高加热炉的热。因此，提高加热炉的热效率，减少燃料消耗，对降低装置和全厂能耗具有十效率，减少燃料消耗，对降低装置和全厂能耗具有十分重要的意义。分重要的意义。-2-热平衡热平衡热平衡是计算加热炉热效率的基础，也是考察加热炉体系热能分布、流向和利用水平的重要手段。国标GB2587热设备能量平衡通则规定了热平衡的通式和各参数选取的基本原则。根据这个通则，对于连续操作的加热炉，在稳定状态下有下列关系式：单位时间的输入能量=单位时间的输出能量 QGG=QYX+QSS 式中 QGG-单位时间的供给能量，MW；QYX-单位时间的有效能量，MW；QSS-单位时间的损失能量，MW。进行加热炉热平衡时，值得注意的是正确划定热平衡的体系平衡的体系和确定热平衡的基准温度基准温度。热平衡体系的划分热平衡体系的划分 热平衡体系是为进行热平衡计算而划分的范围热平衡体系是为进行热平衡计算而划分的范围。体系划分的范围不同，热平衡计算所包括的项目也不同，在此基础上计算的热效率也不相同。只有对加热炉体系划分的范围作出明确规定，才能使各炉的热效率具有相互比较的共同基础。体系范围的划定主要取决于评价对象、测示目的和要求。国标GB2587规定划分体系范围时，应该考虑整个体系的收入和支出项目尽可能的少，同时所有项目的测量应是简单可行的。循环使用的能量和本体系中回收使用的能量应力求包括在体系范围之内，这样可以减少测量项目，提高测试精度。根据这些原则，对于有余热回收系统的加热炉，应将各种空气预热器和烟气余热锅炉等划分在体系范围之内。-4-热平衡的基准温度热平衡的基准温度 热平衡的基准温度是其各项热焓计算的起始温度热焓计算的起始温度。基准温度不同，热焓值也不相同。世界各国采用的热平衡基准温度不尽相同，如0、15.6（60）、20、25、大气温度等。其中采用15.6（60）的较多。国标GB2587规定原则上以环境温度（如外界空气温度）为基准。若采用其他温度基准时应予以说明。这种规定比较符合实际，适用于对运转中的加热炉进行实际考核。但是，环境温度是随时间和地区而变化的，用于炉子设计或对全国同类炉子进行热效率比较时，就会产生困难。因此，还是以某一固定的温度为基准温度较为方便。SH/T3036一般炼油装置火焰加热炉规定热平衡的基准温度为1515。-5-热效率计算通式热效率计算通式 国标GB2588设备热效率计算通则规定的热效率是指为达到规定的加热目的，供给能量被有效利用程度在数量上的表示。即有效能量占供给能量的百分数加热炉热效率计算公式加热炉热效率计算公式 加热炉的输入能量除燃料燃烧的发热量，燃料、空气和雾化蒸汽带入的显热外，还有通、引风机和吹灰器等所用的电能和蒸汽。这些电能和蒸汽一般都不转换成有效能而转换成由于摩擦等造成的能量损失。按前述热效率通式，供给能量和损失能量中均应加上这些电能和蒸汽。由此计算的热效率实际上是“能效率能效率”。它全面地表示了加热炉所有供给能量的利用程度，是是一项综合性的技术经济指标。它对改革生产工艺，提高设备制造水平，改善管理和降低产品成本等具有重要意义。但是，习惯上的热效率是用来表示加热炉体系中参与热交换过程的热能利用程度。它便于计算燃料消耗，是衡量加热炉燃料利用状况的一项重要指标。从这个意义上说，它也可以叫做“燃料效率燃料效率”。又有总热效率和净热效率之分。按SH/T3036附录G的定义，总热效率总热效率是按燃料高发热量计算的热效率，一般不用。净热效率是表示燃料低发热量的利用程度，通常所说的加热炉热效率就是净热效率净热效率。SH/T3045给出了管式炉热效率的详细计算方法，下面介绍简化计算法：式中-热效率，%B-燃料量，kg/S Qe-总热负荷（总吸热量），kW QL-燃料低发热量（低热值），kJ/kg燃料 Qf-燃料显热，kJ/kg燃料（基准温度15）Qa-空气显热，kJ/kg燃料（基准温度15）Qm-雾化蒸汽显热，kJ/kg燃料,雾化蒸汽的基准焓取雾化蒸汽的基准焓取2530kJ/kg2530kJ/kg，雾化蒸汽带入的显热为蒸汽热焓与基准焓之差。r-散热损失占燃料低发热量的百分率，一般取1.5%2.5%。当用于估算、或空气不预热以及燃烧空气为燃气轮机高温尾气等情况下，可认为r是散热损失占总供给热量的百分数，也就可以按(3)式的后半部分计算：qs-排烟损失，kJ/kg燃料，包括烟气离开热平衡体系带走的显热和不完全燃烧的化学热。由于加热炉的燃烧都比较完全，一般不计不完全燃烧损失。在现场难以进行详细计算时，可根据过剩空气系数和排烟温度从下图查得排烟损失与燃料低发热量之比S求出：操作中的热效率测定操作中的热效率测定 操作中的热效率测定最好是用正平衡计算，但是，被加热介质的出入口温度和流量一般测不准，尤其是炉出口汽化率很难测准，由此造成总吸热量计算不准，热效率计算也就不准确。也正因为如此，SH/T3036附录G仅考虑用反平衡法测定操作中的加热炉热效率，而将加热介质测得的数据仅作为参考和对比用。该附录给出了一套进行必要的测试和报告结果的完整步骤和方法。由于篇幅太长，就不详细介绍了。车间工作的工程师常常需要了解加热炉的运行热效率。最好的办法是安装在线热效率仪，或购置便携式热效率仪。当这些仪表都没有时，可在测得排烟温度和氧含量的情况下用(3)式和上图进行估算。这时需根据干基烟气分析结果用下式计算过剩空气系数：提高加热炉热效率的途径提高加热炉热效率的途径 提高加热炉热效率的目的是为了节能，而炼油装置加热炉的节能措施比一般工业炉要灵活得多，因为它所加热的工艺介质在经过后续设备完成蒸馏或其它加工过程之后，产品需要冷却到一定温度才能送出装置。冷的原料和热的产品之间往往要进行复杂的热交换。一个装置内常常不只一台加热炉，另外还有各种其它设备，它们之间在热能利用方面往往是可以互补的。这就有可能也有必要首先把管式炉同整个装置结合在一起，全面考虑和优化，以便采取综合节能措施。优化换热流程，降低加热炉热负荷优化换热流程，降低加热炉热负荷炼油装置的特点是加热炉的热负荷随换热流程的不同而改变。优化换热流程，降低加热炉热负荷，是减少燃料消耗，降低装置能耗最直接、最有效的措施。以常减压装置的常压炉为例，在上个世纪七十年代以前，原油入炉温度（换热终温）仅220左右。那时建一套250万吨年处理量的常减压装置，就需要一台48.3MW的常压炉，而现在经过换热流程的优化，原油入炉温度高的可达300，建一套1000万吨年处理量的常减压装置，常压炉的热负荷只需要72.6MW。加热炉之间及加热炉与其它设备之间联合回收余热加热炉之间及加热炉与其它设备之间联合回收余热加氢装置的反应炉，由于炉管材质昂贵，又要减少压降等原因，常常采用纯辐射的单排管双面辐射炉型，排烟温度高达700-800。该装置一般还有重沸炉或分馏炉，其介质入炉温度不高，通常采用对流-辐射炉型。它们之间应该采取联合回收余热的方案。对于小炉群，例如重整装置预处理部分的管式炉，就单个炉子而言，由于其热负荷不大，单独上一套余热回收系统并不经济，但将这些小炉子的烟气集中起来上一套余热回收系统则是合理的。新建的重整装置都是这样处理的。国外还有把全厂炉子的烟气集中进行余热回收再通过高烟囱统一排放的例子。炼油装置的产品有一些是要经过空冷才能送出装置的。如果将这些空气冷却器出来的热空气收集起来供给炉子作燃烧空气，就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。降低排烟温度以减少排烟损失降低排烟温度以减少排烟损失 从前面（3）式可以看出，减少排烟损失就可以提高热效率。值得指出的是，排烟损失在加热炉的热损失中占有极大的比例。降低排烟温度的主要措施有以下几种：(1)(1)减小末端温差减小末端温差-减小排烟温度与介质入对流室温度之差。减小排烟温度与介质入对流室温度之差。这项措施涉及到一次投资和运转费用的权衡问题，应该由详细的技术经济比较来决定。从前燃料油价格较低时，末端温差一般在150-200之间。现在燃料油价格较高，末端温差取40-60比较适宜。(2)(2)将需要加将需要加热的低温介的低温介质引入引入对流室末端。流室末端。常减压装置中，可以把加热炉的对流室作为换热器，加入换热流程中一并优化，将一部分冷油料引入对流室末端，而将另一部分需要换热的热油品用来预热空气。冷进料-热油预热空气的节能方案就是根据这个思路开发出来的。对于热载体炉，可以将一部分热载体先进入热油式空气预热器将空气预热而自己被冷却后再进入对流室末端，即构成所谓开式循环热载体空气预热系统。(3)(3)采用各种空气预热器以预热空气采用各种空气预热器以预热空气 与前述两种措施相比，采用空气预热器由烟气直接预热空气的优点在于它自成体系，不受工艺流程的约束。在加热炉其它参数不变的情况下，空气预热温度每提高20，炉子热效率约提高一个百分点。值得指出的是，随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施来降低NOX，则对环保是不利的。另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器过大的变形等问题，除非改变燃烧器结构和材质，一般空气预热温度300左右。用烟气预热空气是加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法，也是最常用的方法。用烟气预热空气是加热炉回收烟气余热的各种方案，后面将详细叙述。(4)采用烟气余热锅炉以发生蒸汽。采用烟气余热锅炉以发生蒸汽。有些加热炉如连续重整的四合一重整炉，热负荷很大，为了减少压降又不能在对流室排炉管，只能将对流室作为烟气余热锅炉。再如制氢装置的转化炉，其转化反应只能在辐射室的转化管内进行，热负荷相当大，烟气出辐射室的温度也比一般加热炉高得多，对流室仅靠预热原料气远不能将烟气温度降下来，也只能采用烟气余热锅炉。最近设计的煤炼油的煤浆炉只有辐射室，烟气热量只能靠余热锅炉回收。大型化的加氢反应炉也是一样。虽然一般炼油厂并不缺少蒸汽，但对于这样的炉子也只能采用余热锅炉来回收烟气余热，产生的蒸汽并入管网，使得全厂蒸汽过剩，只能停掉一些蒸汽锅炉来平衡。让这些炉子少产或不产蒸汽，是设计者多年来追求的目标。后面将要介绍的“蓄热式高温空气贫氧燃烧技术”如果应用到炼油管式炉上，前述问题可能得到解决，实现少产或不产蒸汽的目标。利用烟气余热预热空气利用烟气余热预热空气 利用烟气余热预热空气的方案很多，可分为用烟气直接预热空气和间接预热空气两大类。n烟气烟气间接接预热空气空气烟气间接预热空气的方案有工艺分支物流预热空气、冷进料-热油预热空气、开式循环或闭式循环热载体预热空气、热管预热空气等等。当加热炉的被加热介质（工艺物流）进炉温度较高时，即使减小了对流室末端温差，排烟温度仍很高。这时可分出一部分工艺物流先进入热油式空气预热器预热空气，分支物流降温后再进入对流室末端，使排烟温度降低。这就是工艺分支物流预热空气的方案。冷进料-热油预热空气方案是将一部分管式炉的进料在换热流程中少换热，在较低温度下进入对流室尾部，使排烟温度降低，而换热流程中多出来的热量用来预热燃烧空气。此方案除具有上述工艺分支物流预热空气方案的优点外，还可以将炉子和空气预热器列入换热流程，统一优化，尽可能的降低装置能耗。热载体预热空气方案是用液相的热载体先到对流室尾部取热，以降低排烟温度，然后再到热油式空气预热器中将燃烧空气加热。冷却后的热载体再进入对流室尾部，如此循环将烟气的余热间接预热空气。这种方式称为闭式循环。开式循环热载体预热空气的方案流程与工艺分支物流预热空气方案类似，在热载体炉和塔底重沸炉上采用这种方案最方便也最适宜。热管是一种高效的传热元件。早在上世纪四十年代热管的概念就已提出，直到六十年代，由于宇宙航行的需要，热管才在宇航技术中得以应用。此后发展很快，七十年代热管就已广泛应用于电子、机械、石油、化工等行业。从那时起，国内石油化工加热炉上就开始使用热管式空气预热器来回收烟气余热，并迅速得到推广，到目前的止估计已有数百台在运行中。它与管式和回转式等其它空气预热器相比，具有体积小、质量轻、效率高、不易受低温露点腐蚀等优点。另外，它还具有烟气直接预热空气方案的自成系统，与其它工艺过程无关的优点。这些就是它被迅速推广和应用的原因。n烟气直接烟气直接预热空气空气烟气直接预热空气的方案就是不用中间介质，烟气直接通过空气预热器换热面将热量传递给空气。它虽然有气-气传热效果差的缺点，但它自成系统，与其它工艺过程无关，当余热回收系统出故障时，不会影响整个工艺过程。因此，它不仅在石油化工管式炉上，也在其它各行各业的工业炉上得到广泛使用。烟气直接预热空气所用的空气预热器有很多种，按其换热特点可分为间壁式和蓄热式。间壁式空气预热器是指烟气将热量连续不断地通过固体壁传给空气的预热器，如管式（钢管、铸铁管、玻璃管、搪瓷管等）空气预热器、板式空气预热器、喷流式空气预热器、套管式空气预热器等等。对于管式空气预热器来说，为了强化管外传热，可采用钉头管、高频焊翅片管、挤制螺纹管、挤制翅片管、铸铁翅片（钉头）管等；还可采用扰流子、钎焊式纵向翅片或铸造内翅片（钉头）等来强化管内传热。强化传热的方式很多，例如喷流式空气预热器，当空气采用喷流时空气侧膜系数增大，烟气喷流时烟气侧膜系数增加等。由于喷流的压降较大，一般只在空气侧采用喷流。蓄热式空气预热器是指换热面本身为蓄热体，从冲刷它的烟气吸热，之后再向冲刷它的空气放热的预热器。有蓄热体固定不动周期性切换风-烟道和蓄热体自身旋转不切换风-烟道两种方式。前者冶金行业的热风炉是其典型，后面将要介绍的蓄热式燃烧器也属于前者。回转式空气预热器则属于后者。蓄热式的最大优点在于其不怕低温露点腐蚀和积灰。它的冷端可采用非金属材料或搪瓷材料，也可设计成方便拆换的抽屉式，且可采用高压水冲洗积灰。最大缺点是空气有一部分（约1015%）必然会窜入烟气侧，即所谓固有漏风。另外其换向阀或转子维护较难。蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介蓄热式高温空气贫氧燃烧技术简介 前面所述各种烟气预热空气的方案都要受许多因素的限制。例如，随着空气预热温度的升高，燃烧产物中的氮氧化物NOX增加，于环保不利，也就是说受环保要求的限制；空气预热温度还受预热器材料性能的限制，否则材料升级，投资增加；对于热管式空气预热器来说，空气预热温度要受热管工质临界温度的限制等等。另一方面，换热面温度要受露点温度的限制，如果该温度降到烟气露点温度以下，露点腐蚀和积存难以清除的粘灰将不可避免，甚至危及余热回收系统的正常运行。蓄热式空气预热器可以克服这些缺点。最古老的蓄热式空气预热器是冶金行业的热风炉。它由两个或多个热风塔（罐）和切换阀组成，分组相互切换交替使用。塔内壁由耐火材料砌筑，塔内堆放耐火砖-蓄热体。高温烟气通过时，耐火砖将热量蓄积起来，烟气降温后排空；冷空气通过时，耐火砖将其加热送入炉内供燃烧用。对于烧油、烧气或烧煤粉的炉子来说，如果将蓄热体小型化、精细化，置于燃烧器的空气入口处并使之交替工作，即可构成燃烧器与蓄热式空气预热器一体化的蓄热式燃烧器。这种方案提出来已经许多年了，由于其NOX和换向阀自控等问题，一直未能推广。现代的蓄热式高温空气贫氧燃烧技术就是近几年在此基础上开发出来的：贫氧燃烧使NOX大大降低，新型耐磨密封材料的研制和电脑程控保证了换向阀能长周期安全灵活运行。蓄热式高温空气贫氧燃烧技术的工作原理如图所示。常温空气由鼓风机送入，在通过燃烧器蓄热体时被迅速加热至高温，温度可高到仅比炉膛烟气温度低100左右。如此高温的空气喷入炉膛时将卷吸烟气形成贫氧的高温气流，在这股气流附近喷入燃料气或雾化的燃料油，燃料在贫氧（2%-20%）的气流中燃烧有两个特点：一是因为贫氧，燃烧产物中的NOX大大减少；二是因为燃料不是直接喷入含氧气流中，燃料分子与氧分子只有经扩散碰撞时随遇燃烧，没有明显的火焰边界。与此同时，靠引风机通过另一侧的燃烧器将烟气吸出，热烟气将热量传递给蓄热体而降温后经换向阀、引风机和烟囱排入大气。换向阀按一定的频率切换，使两侧的燃烧器在蓄热和放热的状态下交替工作。蓄热式燃烧器及其相连的烟风道内表面均衬有隔热耐火材料，以保证外壁温度在100以下。蓄热体也用耐高温的陶瓷制品，呈球状或蜂窝状。蓄热体一般采用抽屉式组装，以便在炉子运行中拆换清洗。换向阀的切换周期应根据排烟温度和蓄热体的蓄热量来决定，一般是几十秒到几百秒。排烟温度通常在150左右，如果换向阀采用耐低温露点腐蚀的材料，排烟温度还可降低。值得注意的是，每次切换先排入烟囱的是空气，然后是烟气-空气混合物，最后才是烟气（即固有漏风）。排烟热损失应按切换初-终状态的全过程平均温度和平均氧含量来计算。因此，切换周期越长，排烟损失越小，热效率越高。选用高效的蓄热体，就可采用较长的切换周期，提高热效率。蓄热式高温空气贫氧燃烧技术现在已逐渐完善，国内冶金行业已有几十台钢坯加热炉使用了这种技术，化工行业的烧碱炉上也开始使用，石油化工行业尚未使用。国外除在冶金行业使用外，已开始在石油化工管式炉（如制氢转化炉）上进行试验。石油化工管式炉如果采用这种技术，至少有以下优点：管式炉变成了传热强度很高的纯辐射型炉，取消了传热强度较低的对流室，可节省大量价格昂贵的炉管。由于没有明确的火焰，整个炉膛温度非常均匀，如果炉管布置得当，热强度沿炉管周向和纵向的不均匀系数可降得很低，甚至接近于1。因此其平均热强度可以很高，甚至接近允许的最高热强度。这是现有管式炉不可能实现的，可以使炉管数量（传热面积）减到最小。排烟温度可以降到最低，当转向阀和引风机采用耐低温露点腐蚀材料时，可降到烟气露点温度以下，从而得到最高的热效率。对于工艺要求仅需要纯辐射的管式炉，如制氢转化炉、连续重整炉和加氢炉等，采用这种技术特别适宜，因为这些炉子的对流室大都用来发生蒸汽，而石油化工厂本来并不缺少蒸汽。就制氢转化炉来说，为了减少它的产汽量，多年来不知采取了多少措施，开发了若干技术，真可谓费尽心机，却收效不大。如果采用这项技术，问题将迎刃而解。当然，要将蓄热式高温空气贫氧燃烧技术移植到石油化工管式炉上来，还有许多工作要做。首先，石油化工管式炉完全不同于冶金炉，它的管内被加热的是易燃、易爆、易裂解甚至结焦的烃类介质，有的管内还有催化剂，要进行化学反应，如果处理不当，后果是十分严重的。其次，管式炉的热量是通过管壁传递的，由于各种因素的限制，通过管子表面的热流强度不可能太高，因此炉膛温度要比冶金炉低得多，应用这项技术有什么难处，尚需通过试验来解决。再者，石油化工管式炉的管壁温度大多数都较低，一般是300-400，这些低温的炉管在炉膛内对燃烧过程有何影响等等，都需要进行试验研究。蓄热式高温空气贫氧燃烧技术原理图-26-提高热效率应注意的相关问题提高热效率应注意的相关问题n降低排烟温度的限制降低排烟温度的限制(1)随着排烟温度的降低，运行费用降低，一次投资增加，应根据经济评价确定经济合理的末端温差。(2)降低排烟温度在技术方面受烟气露点的限制，见图。n降低炉外壁温度的限制降低炉外壁温度的限制(1)炉外壁温度降到多少才是合理的？这要通过技术经济分析才能决定。(2)现行规范规定“在环境温度27，无风条件下，炉外壁温度80”是比较合理的。n环保方面的限制环保方面的限制随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施来降低NOX，则对环保是不利的。燃料中硫的质量分数热效率的日常管理热效率的日常管理n管好燃料管好燃料主要是管好燃料中的硫和硫化氢n管好管好“三门一板三门一板”n经常定期监测，最好是在线监测经常定期监测，最好是在线监测目前用氧化锆监测辐射段出口氧含量，用引风机后的烟气温度监测排烟温度，进而估算热效率是不准确的。应该是在测温的部位同时进行烟气全分析。n定期除灰定期除灰n检修时清洗所有换热面检修时清洗所有换热面加热炉运行的安全保障系统为确保加热炉运行和开停工安全，设置相应的仪表检测、控制和联锁系统是十分必要的。仪表检测、控制和联锁系统的复杂程度取决于下列因素。确定仪表控制系统复杂程度的原则时，除综合考虑这些因素外，还应考虑工程投资费用。n工艺过程的类型及被加热介质的性质n加热炉的类型及其热负荷和尺寸的大小n燃料的种类及其供应的可靠性n加热炉的操作范围n工艺过程对上、下游装置的影响度和工艺过程危险性分析温度的检测与控制n被加热介质的温度被加热介质的温度n炉膛（辐射段）温度炉膛（辐射段）温度n对流段温度对流段温度n烟道气温度烟道气温度n炉管表面温度炉管表面温度n燃料温度燃料温度n空气预热器温度空气预热器温度n被加热介质的温度被加热介质的温度只有多部位测量被加热介质的温度，才能比较正确评价加热炉的性能。炉管总入口、对流段至辐射段之间每路的过渡段、加热炉每路出口、炉管总出口这些部位都应设有测量元件并在控制室内有温度指示。加热炉支路出口温度控制的常规方法是在入口支路上都安装各自的流量变送器和控制阀，用炉出口汇合后的温度来调节加热炉的燃料量。这种调节方法，只能将加热炉总出口温度保持在规定的范围内，而各支路的出口温度会有变化，某一路炉管有可能局部过热而结焦。为了改善和克服这种情况，对于多流路易结焦或总出口温度大于350的加热炉推荐采用支路均衡控制。其调节方法为：保持通过加热炉的总流量一定，而允许支路流量有变化；各支路的出口温度自动与炉总出口温度比较，通过公式计算自动调节各支路的进料流量，维持各支路的温度均衡。温度控制器应同时兼有正常控制、开工、停工和除焦全量程功能。凡设有温度控制点的加热炉出口总管还应单独设置高温报警。高温报警测温元件应安装在与温控热电偶距离不大于450mm范围内。附：非单相流防止偏流的措施附：非单相流防止偏流的措施n有汽化的加热炉（减压炉）有汽化的加热炉（减压炉）入炉前为纯液采取分支流控，汽化后只允许扩径，不允许增加管程数，每管程只允许单一流路。n气液两相流加氢炉（炉前混氢的加氢炉）气液两相流加氢炉（炉前混氢的加氢炉）除保证各管程水力学对称外，还应保证各管程热力学均衡，最好是每管程一个炉膛，单独控制。n纯气相特多管程加热炉（重整炉）纯气相特多管程加热炉（重整炉）注意集合管的走向，集合管流通截面积与各分支流通截面积之和的关系。n制氢转化炉制氢转化炉-炉管内有催化剂炉管内有催化剂装催化剂后，测量各转化管压降，各路压降编差应不超过5%。n炉膛（辐射段）温度炉膛（辐射段）温度测量辐射区的温度是用来指导燃烧控制以避免炉管和炉膛超温。炉膛温度控制，其实质是加热炉的燃烧控制，在常规的控制系统中，可将加热炉的炉膛温度作为副参数，被加热介质的总出口温度为主参数构成与燃料油、燃料气阀门的温度串级调节回路。n对流段温度对流段温度对流段温度测量的目的是监测加热炉的热效率。n烟道气温度烟道气温度烟道气温度对于评价整个加热炉的性能十分重要。温度的异常升高表示炉管可能破裂、对流室大量积灰或预热器效率下降；温度低于露点，会对烟道造成严重的腐蚀。n炉管表面温度炉管表面温度测量炉管表面温度主要是用来提示由于炉管结焦或炉管内的流量降低导致的炉管超温。对有可能结焦的加热炉，应在每路炉出口两到三根炉管上设置炉管表面温度测量，同时应考虑在结焦区域分布多个热电偶。n燃料温度燃料温度测量燃料气的温度是用来补偿流量测量数据从而得到更高精度的燃料气量。燃料油温度的要求是根据燃烧器所要求的燃料油的粘度而定。油温过低会致使火焰燃烧不好，油温过高会引起燃烧器烧嘴结焦。n空气预热器温度空气预热器温度当使用空气预热器时，应测量空气和热介质的进出口温度，以便评价空气预热器的性能和保持热介质和空气的温度高于露点，以防止冷端腐蚀。压力检测与控制压力检测与控制 n设置压力表或压力变送器的部位：设置压力表或压力变送器的部位：炉管总入口 每路入口阀下游炉管总出口 对有气化的炉子在对流转辐射的每路转油线上 n炉膛压力控制炉膛压力控制 炉膛压力控制系统应控制炉膛压力保持在设计范围，并避免炉膛超压。强制通风或自然通风的加热炉炉膛压力可通过烟道气调节挡板来控制。当加热炉有引风机时，应用炉膛压力自动控制引风机的调节挡板开度，保持炉膛压力：或用炉膛压力控制来调节引风机的转速（变频调速）。如果使用空气预热器，炉膛压力控制要考虑燃料和燃烧空气能维持稳定的操作状态。当预热器、引风机出现故障或停用时，应自动或手动切换到烟道气的调节挡板以控制炉膛压力。流量检测与控制 n进料总流量进料总流量 n流量指示的要求流量指示的要求 n防止炉管超温的保护措施防止炉管超温的保护措施 n燃烧空气流量燃烧空气流量n燃烧控制系统燃烧控制系统 n进料总流量进料总流量加热炉都应设有工艺进料总流量计，若在工艺进料入口处为两相流，其流量分布和测量的设计要由工艺工程师决定。如果在加热炉入口管线上设有安全阀，总进料流量计应设于该安全阀的下游。n流量指示的要求流量指示的要求液相或气液两相的加热炉，每路宜设置流量测量并在控制室指示。每路都应设置低流量报警或联锁。对可能结焦的加热炉，每路都应设置流量自动控制。n防止炉管超温的保护措施防止炉管超温的保护措施在多路加热炉中，如果在每路上设置了流量调节阀，为防止被加热介质的流量低而引起炉管超温要采取下列保护措施：在调节阀上应设置一个最小流量的机械限位。在执行器的动力源或信号故障的情况下，控制阀应为故障开，或处于保持状态然后滑移到打开的位置。n燃烧空气流量燃烧空气流量强制通风加热炉的燃烧空气流量是关键的参数，但通常不易测得，直接的测量方法是在强制通风的管道上，设置基本的测量元件，如文丘里管、均速管或阿牛巴等。n燃烧控制系统燃烧控制系统强制通风的加热炉，可以设置空气/燃料比例调节系统，通过空气和燃料流量的测定来实现比例调节，一般还需用炉膛氧含量分析来较正。燃气加热炉除了控制燃烧速率，还要维持最小的烧嘴压力，可通过设定燃气流量控制器的输出或燃气控制阀的最小机械限位来达到。燃料气的压力变动时，可通过压力、流量、热值等来对流量进行补偿。如果燃料气压力超过烧嘴的最大允许压力，应使用燃气压力调节器以免过度燃烧和熄火。燃油加热炉通常有蒸汽雾化系统，使用蒸汽雾化时，要控制燃料和蒸汽之间的差压。蒸汽系统需要保持稳定的蒸汽压力。油气联合燃烧加热炉需要通过运算将燃料气流量加入到燃料油流量中，操作人员可通过比例控制来调整相对的燃料气和燃料油量。分析分析 n烟道气组成烟道气组成 n 氧氧 n一氧化碳一氧化碳 n烟气混浊度烟气混浊度 n硫氧化物硫氧化物 n 氮氧化物氮氧化物 n可燃物可燃物 n燃料气发热量燃料气发热量 n烟道气组成烟道气组成通过烟道气分析，来控制燃烧效率和监测烟道气的组成，取样点应布置在每个燃烧室的出口（辐射段上）和对流段的出口来分析烟道气的组成。n氧氧为了准确测量燃烧质量，取样点应尽可能接近完全燃烧点，一般设在辐射段的出口，以减小空气泄漏的影响。为得到烟气中氧的比例通常用氧化锆分析仪，这种分析仪也可用来记录、显示、报警和控制，当用作控制时，需设上限和下限。在分析仪出故障时，要通入最大量的空气确保安全燃烧。n一氧化碳一氧化碳测量一氧化碳(CO)的目的是用来显示和控制燃烧的完全性，通常含量是百万分之几，测量时应考虑不完全燃烧的燃料气的存在，CO的测量可作为氧含量测量的补充，还可用来平衡多个燃烧器的燃烧。n烟气混浊度烟气混浊度在一些装置中需要测量烟气混浊度，主要是检测烟道气的光学透射比。要采取措施来保持光源和探测器镜头的清洁。n硫氧化物硫氧化物根据当地环保机构的要求，分析排放烟气中的硫氧化物含量。n氮氧化物氮氧化物根据当地环保机构的要求，分析排放烟气中的氮氧化物含量。n可燃物可燃物测量排放烟气中的可燃物，用于监测炉子效率。n燃料气发热量燃料气发热量燃料气发热量的变化范围比较大，通常用热值仪、比重计、气相色谱来进行测量。当测量的燃料气中含有大量浓度可变的隋性气体时，则不宜采用比重计。烟道气仪表烟道气仪表 n热电偶或温度计套管的检测部位热电偶或温度计套管的检测部位 n真空表或负压变送器的检测部位真空表或负压变送器的检测部位 n取样与分析取样与分析 n烟道挡板烟道挡板 n热电偶或温度计套管的检测部位热电偶或温度计套管的检测部位烟道挡板下方的烟囱中在桥墙（辐射段至对流段的过渡段）上。当条件允许时，热电偶应安装在炉顶（辐射室顶）没有遮蔽管的地方。n真空表或负压变送器的检测部位真空表或负压变送器的检测部位桥墙（过渡段）烟囱或烟道调节挡板下游烟囱或烟道调节挡板上游 炉底侧壁 n取样与分析取样与分析在烟囱挡板和过渡段靠近烟气分析仪的地方要设置供人工取样用的接管。如采用空气预热器，则要求对预热器上下游烟气管道中的烟气进行取样分析。可使用氧气可燃气体分析仪对烟囱中的烟气进行分析。对于单独燃烧控制的多室加热炉，应在靠近每个辐射室的顶部和联合烟道内设置氧气可燃气体分析仪。n烟道挡板烟道挡板 每个烟囱都应带有调节挡板，该调节挡板可通过手动操作并用机械方法使其锁定在工作位置。每个遥控操作的烟囱调节挡板都应带有一个位置变送器，该变送器应直接连到挡板上或执行机构连接件上。位置指示信号要传送到安装在地面上的就地指示仪表上，同时还要传送到控制室去。烟道挡板的执行机构应可以在10秒内将挡板打开到全开位置，在失去仪表风或控制信号的情况下处于“故障开”的位置。燃料油系统燃料油系统 n一般要求一般要求 n 燃料油罐燃料油罐 n泵前过滤器及供油泵泵前过滤器及供油泵 n加热器加热器 n一般要求一般要求供给加热炉的每种主要燃料，应在控制室有温度、压力及流量指示 所有主要燃料系统和点火系统的压力都应带有高压和低压报警，压力测量应安装在燃料控制阀的下游。加热炉的每个燃料总管上还应安装压力表。对于使用雾化蒸汽的加热炉燃料系统，以及闪点低于或等于38 的燃料系统，应在雾化蒸汽控制阀的下游采取如下措施：差压低或压力低联锁，使相关的主燃料切断阀关闭；独立的压力或差压低报警。进入燃料油系统的燃料油，设置流量计量，回流管设流量计量。燃料油系统需有回油管。回油管设在最末一个燃料油支管之后，其始端设一个调节阀控制燃料油的压力及回油量。回油管应在距工业炉15米外设置切断阀，或设遥控切断阀。n燃料油罐燃料油罐在燃料油罐上设置液位测量、燃料油温度指示、高低液位及高低油温报警。n泵前过滤器及供油泵泵前过滤器及供油泵泵前过滤器应设置过滤器的压差指示及报警，根据压差决定泵及过滤器的切换。泵出口设置压力指示、低压报警及低压联锁。燃料油系统的压力需严格控制，压力波动应小于10。n加热器加热器 可根据燃料油的粘度情况考虑是否设置加热器。为了保护加热器，可视燃料油系统情况设置安全措施（控制阀或安全阀）。加热器应使用蒸汽（或与其它介质换热）加热燃料油，燃料油的温度可通过控制加热器的蒸汽（或与其它介质换热）的流量进行调节。燃料气系统燃料气系统 n仪表控制仪表控制 n气化器气化器 n过热器过热器 n混气罐或分液罐混气罐或分液罐 n供气管道供气管道 n仪表控制仪表控制每一股进入燃料气系统的“接收管道”上，设有流量指示（应接入DCS系统），同时测量温度和压力，可用温度和压力校正所测得的流量值。第二气源为液相燃料时，在测量流量的同时应测量温度，可用温度校正测得的流量值。n气化器气化器第二气源为液化石油气或混合C4馏分等液相燃料时，必须设置气化器使之气化。采用气化器的液位控制液相物料的进料流量；用气化器的出口压力控制热媒的流量，气化器的顶部装有压力表及安全阀等。n过热器过热器为避免在混气罐和“供气管道”中产生凝液，在气化器的下游宜设置过热器，以低压水蒸汽为热媒，对燃料气进行过热。热媒的流量用过热器的出口温度来控制。n混气罐或分液罐混气罐或分液罐 多于一股气源的燃料气系统应设置混气罐，采用混气罐的出口压力，控制第二气源的流量。主燃料气供给系统中每个混气罐都应带有优先级别的高液位报警。n供气管道供气管道 在“总管”上测量燃料气的压力、温度和分析发热量（可设取样口取样）。在控制阀的下游设置就地压力表和压力低低限报警。在压力达低低值时，联锁关闭“总管”或“主管”上的遥控切断阀。燃烧保护系统燃烧保护系统 n应在控制室和加热炉就地盘上设接紧急开关或按钮，用于关闭所有燃料和长明灯气体保护系统的阀门。n在保护系统中的所有主燃料和长明灯系统的阀门在失去驱动介质时要关闭。n与保护系统相关的挡板在地面上要有手动复位。n对于单个燃烧器的加热炉，应提供火焰监测器对火焰进行连续监测,如紫外（UV）或红外（IR）传感器或火焰离子棒，紫外或红外传感器应为自检测型。n 对有一个以上燃烧器和连续长明灯的加热炉，每个长明灯应设置一个火焰离子棒，这些离子棒应与联锁系统连接，设置有关的报警、逻辑和联锁保护功能。n在加热炉开车期间，当长明灯系统的切断阀位于“开”的位置，而且监测到有大于等于50%的长明灯未被点燃时，火焰离子棒应引发关闭所有主燃料保护系统阀门。n控制室内要有公共报警，当检测到一个或一个以上长明灯熄火应报警。报警应有“重复闪亮”特征，当第一个长明灯熄灭后报警，随后其它长明灯熄灭时可再次报警。n现场仪表盘上应为每个长明灯提供单独的指示器。n提供“表决关”开关，使操作员在加热炉稳定操作时解除长明灯表决系统。n提供“表决开”开关，可以手动激活表决系统。n当所有主燃料气阀关闭时，长明灯表决系统应处于开启状态，以便在主燃料气阀门再次打开时要求有50以上长明灯是点燃的。n 现场盘上应对常明灯表决逻辑提供一个带锁的旁路开关。报警和停车系统报警和停车系统 目的是确保加热炉的安全操作、开停车。这些系目的是确保加热炉的安全操作、开停车。这些系统的复杂程度由以下几方面决定：统的复杂程度由以下几方面决定：a a）工艺过程类型和炉子的类型及尺寸；工艺过程类型和炉子的类型及尺寸；b）使用的燃料和燃料供应的可靠性；使用的燃料和燃料供应的可靠性；c c）长明灯保护系统的类型和可靠性；长明灯保护系统的类型和可靠性；d d）操作范围；操作范围；e e）过程危险性分析。过程危险性分析。n一般要求一般要求n开车顺序开车顺序n手动停车手动停车n燃料压力低燃料压力低n燃料压力高燃料压力高n长明灯燃料气压力低长明灯燃料气压力低n燃料油温度低燃料油温度低n烟道气温度高或低烟道气温度高或低n熄火熄火n被加热介质温度高被加热介质温度高n炉管表面温度高炉管表面温度高n通风高或低（抽力大或通风高或低（抽力大或小）小）n炉膛压力高炉膛压力高n炉膛压力低炉膛压力低n烟道可燃物含量高烟道可燃物含量高n被加热介质流量低被加热介质流量低n有余热回收的烟道挡板有余热回收的烟道挡板n一般要求一般要求每个装置应研究故障时报警和停车系统的可靠性和可用性。当出现超限或不安全状态时应报警，并及时采取正确的措施，在产生危险状态的情况下建议自动停车。自动停车系统必须允许炉子的启动不受停车设施的妨碍。在开车、测试或维修期间，如果停车系统设施必须临时设为旁路时，应在旁路处为操作人员设置可见指示或报警。为确保人身和设备安全，应严格注意停车设施的安装及电力和仪表风的供应。当电力和仪表风不足时，过程控制系统和安全停车系统应当在全范围内在安全的模式下操作。所有的停车阀门必须保持在安全位置，直到电动或手动功能重新复位。用于自然和强制通风火焰加热炉的报警和停车汇总表详见表1和表2。n开车顺序开车顺序确保风机或吹扫设施联锁可靠。确保所用燃料的联锁可靠。确保吹扫时空气的压力足够和打开所有挡板联锁，若提供流量连锁，清扫的空气流量不少于装置连续运行时空气最大流量的50%。若使用雾化介质吹扫炉膛时，则应确保雾化介质联锁可靠。确保主燃料和长明灯系统的安全切断阀处于关的位置。确保在加热炉中没有火苗。启动风机或吹扫设施（如蒸汽）。推荐清扫时间不少于5分钟或5倍加热炉的容积量，取二者中的最大值操作。将控制设置到非自动点火位置。确保燃料气和燃料控制阀在非点火位置。在所有燃烧停止后，重新点燃之前需重新吹扫。n手动停车手动停车应提供手动停车，切断最后关闭设施（燃料和长明灯系统），不管控制系统是否正常，机械或手动停车都可操作。建议使用硬手动停车。n燃料压力低燃料压力低如果燃料压力低到不稳定燃烧点时，启动报警。在燃料管线安装中，低压检测元件通常设在燃料调节阀的下游，来监测低压和非正常燃烧。如果在调节阀下游的燃料压力低于产生稳定火焰所需的压力，且炉子未装可靠的长明灯系统时，就要自动切断燃料。加热炉有两种燃料时，若两种燃料压力都低时应停车；但如果其中一个燃料有足够的压力产生稳定的火焰，则没必要切断另一个低压的燃料。n燃料压力高燃料压力高当燃料压力过高时，可能导致火焰喷出或过度燃烧。此时燃料调节阀下游的压力检测元件，测得的压力高信号用来警示操作人员燃烧器可能出现故障。如果燃料压力高出稳定火焰的允许值，应自动切断。n长明灯燃料气压力低长明灯燃料气压力低长明灯保护系统的燃料气应与主要燃料气分开，独立成为一种可靠的来源。在长明灯保护系统燃料气压力低到不能维持其稳定的火焰时应提前报警，并关闭长明灯系统的安全切断阀。压力检测元件应安装在长明灯系统的压力调节阀的下游，如果检测到主燃料气压力低和长明灯系统的压力低，应切断主要燃料。n燃料油温度低燃料油温度低当燃料油温度低于不适于雾化的安全点或者温度低到凝点，就应启动报警。n烟道气温度高或低烟道气温度高或低烟道气温度高时应报警，主要帮助检测加热炉泄漏和空气预热器的损坏和不正常的操作状态。烟道气温度低时应报警，如果烟道气温度低于露点，会产生酸性气凝液的腐蚀。n熄火熄火点火系统设计应使火焰中断、熄灭的可能性降到最低，最好的措施是提供可靠的燃料系统、可靠的长明灯系统、可靠的燃烧压力控制。在没有可靠的长明灯燃料气来源或有其它可能熄火的环境时应提供火焰检测。当规定的检测数量显示熄火时，应报警并自动切断燃料。在意外熄火后，禁止自动点火。安装火焰检测，应考虑以下功能。离子火焰检测器对火焰是否存在送出开关信号。对于具有多个燃烧室和长明灯系统的加热炉，离子棒可用来显示长明灯火焰熄灭。熄火时阻止燃料进入加热炉，直到重新点燃长明灯，在此期间，这些火焰离子棒可用作联锁系统的测量元件。大多数火焰检测器有一个固有的滞后时间，一般为1 4秒。火焰检测器通常与长明灯系统和燃料系统联锁，以便同时检测。火焰检测仪的电源应稳定，应使用不间断电源（UPS）。对于多个燃烧器单独火焰检测时，在其中任一燃烧器熄火后，应单独切断此燃烧器的燃料。否则，应切断整个炉子的燃料。n被加热介质温度高被加热介质温度高被加热介质温度高时，可能导致事故，需提供报警，测量点应设置在温度最高处。n炉管表面温度高炉管表面温度高炉管表面温度高应报警以免炉管过热损坏。n通风高或低（抽力大或小）通风高或低（抽力大或小）在自然通风装置中，通风低即产生正压时，应报警，因为通风低时可能导致回火；当通风高可能造成不正常燃烧时，也应报警。n炉膛压力高炉膛压力高炉膛压力高时，考虑压力报警和联锁。n炉膛压力低炉膛压力低炉膛压力低，可能对炉膛造成损坏时，报警。n烟道可燃物含量高烟道可燃物含量高说明燃烧不完全，或燃烧器已完全熄灭。为防止后燃或尾部爆燃，甚至爆炸，应报警，甚至停车。n被加热介质流量低被加热介质流量低被加热介质的流量低会导致炉管的过热，从而加速结焦和炉管破损。n有余热回收的烟道挡板有余热回收的烟道挡板对强制通风的加热炉，当鼓风机断电时，联锁引风机断电和烟道挡板自动打开至100开度（若几个炉子共用余热回收系统，则这几个炉子的烟道挡板都要同时打开）改成自然通风。当引风机断电，则鼓风机也要断电，联锁烟道挡板自动打开，自然通风门也自动打开，改为自然通风操作。强制通风加热炉的附加要求强制通风加热炉的附加要求 n鼓风式加热炉应有另外的预报警切断鼓风式加热炉应有另外的预报警切断n带预热器和引风机的加热炉应有补充切带预热器和引风机的加热炉应有补充切断和报警断和报警 n引风机故障情况下的操作顺序引风机故障情况下的操作顺序 n鼓风式加热炉应有另外的预报警切断鼓风式加热炉应有另外的预报警切断低燃烧空气流量。判断鼓风机是否中断，首选方法是测量风机的转速。不需要预报警。炉膛压力高。如果高炉膛压力持续1015秒以上时，炉膛压力高信号将切断所有主燃料和长明灯，当压力高于设定值时长明灯火焰会不稳定。如果没有规定用其它设施允许加热炉回复到自然通风操作，当鼓风机中断或燃烧空气低时，应切断所有主燃料。如果长明灯空气和主燃烧空气来自同一供应源，则也应同时切断长明灯。如果业主同意对带自然通风式烧嘴的强制通风加热炉使用空气自然通风门，排风门应在鼓风机中断或燃烧空气流量低时打开。自然通风门应有打开位置的监测，如果自然通风门在打开命令10秒钟内不能打开，所有主燃料应切断。当长明灯燃料气体压力低联锁时、主燃料压力低联锁时或任何火焰检测器联锁时鼓风机不应停车。n带预热器和引风机的加热炉应有补充切断和报带预热器和引风机的加热炉应有补充切断和报警警进预热器的烟气温度过高应报警和切断，即通过打开烟道气挡板和停引风机使烟气走旁路。在引风机入口烟道上设烟道气高温报警和切断，高温切断应停引风机并打开旁通烟道气挡板。炉膛压力高联锁，应先打开烟道挡板。如果炉膛压力高持续超过1015秒，应切断所有燃料。n引风机故障情况下的操作顺序引风机故障情况下的操作顺序在引风机联轴节侧的转速传感器检测到引风机故障的情况下，应按顺序采取以下行动。引风机故障报警（不需要预报警）。旁通烟道挡板应打开。在强制通风的加热炉中如果也设计了可自然通风的烧嘴，但在强制通风管道上又没有设可自然通风的手段，则当引风机故障时，加热炉应停车。表1.自然通风火焰加热炉的报警和停车汇总表 续表1续表1表表1 1注：注：A-典型的报警停车时间（秒）B-全部燃料气（主燃料）阀门关闭C-全部燃料油（主燃料）关闭D-长明灯系统燃料气关闭（可靠或不可靠）就地盘报警F-预报警CCR优先1G-报警CCR优先2 (1)所有停车的检测器应有优先1的预报警。在本表中与停车的检测器有关的报警均为停车报警。(2)所有报警应遵循相关规定的报警管理策略。(3)除非保护系统（SIS）可在控制中心显示第一事故报警，否则应在就地盘上提供第一事故报警的确认显示。(4)仅当主燃料阀关闭后再关闭长明灯。(5)可靠长明灯气源应符合所有下列条件：a)该气源应独立于主燃料气管网，因此可以避免由于电源故障、仪表风故障或因疏忽造成的阀门关闭等意外事故之一所造成的气源同时中断。b)开车时可用。c)经气化器气化后的液化石油气不考虑作为可靠的长明灯气源。表2注：A-典型报警停车时间B全部燃料气（主燃料）阀门关闭C-关闭所有燃料气阀门（主燃料）D-关闭所有液体燃料阀门（主燃料）E-关闭所有长明灯气阀门（可靠或不可靠）F-关闭引风机G-打开旁通挡板（空气预热器/引风机）H-打开自然通风门I-报警-就地盘 J-预报警CCR 优先1K-报警CCR 优先2表中注与表1相同。docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu 更多精品资源请访问更多精品资源请访问