炼化企业加热炉吹灰除灰技术综述

解红军曾庆峰刘富余

（1.北京中油建设项目劳动安全卫生预评价有限公司；2.中国石油天然气股份有限公司规划总院）

炼化企业加热炉吹灰除灰技术综述

解红军1曾庆峰2刘富余2

（1.北京中油建设项目劳动安全卫生预评价有限公司；2.中国石油天然气股份有限公司规划总院）

加热炉是炼化企业主要的耗能设备。炉管积灰结垢是加热炉运行过程中的常见现象，清除炉管积灰，可以改善加热介质的换热效果，提高加热炉效率。文中从技术原理、技术特点、适用范围、应用效果等方面，对目前炼化企业常用的几种加热炉炉管清灰技术进行了分析，并指出在实际应用中，应根据加热炉炉型、积灰特点、技术的节能效果及经济性进行选择。

加热炉 热效率 清除积灰 吹灰器

加热炉是炼化企业主要的加热设备，其作用是将油料（或其他介质）加热至工艺所需要的温度。加热炉几乎参与了石油加工的各类工艺过程，其燃料消耗占炼化企业能耗总量的比重较大，是主要的耗能设备之一。因此，提高加热炉热效率，减少燃料消耗，对于降低炼化企业能耗，提高企业经济效益具有重要意义。

由于燃料在燃烧过程中会产生烟气、烟尘，并不断被吸附，炉管积灰结垢是加热炉运行过程中的常见现象，其结果是排烟温度上升，热效率下降、设备腐蚀或损坏。目前，炼化企业一般采用机械清灰和化学药剂清灰方式对加热炉炉管进行清灰。其中，在加热炉正常运行情况下，对流段炉管一般通过蒸汽、声波、激波等机械清灰方式，辐射炉管一般通过清灰剂清灰；在停工检修期间，辐射室炉管主要采用机械清灰方式清灰，而对流室内的炉管一般情况下（烧燃料气）仅进行蒸汽吹扫和表层炉管清扫，对于积灰严重的对流室，需采用化学清洗及干冰清洗等方式清灰。

1 蒸汽吹灰技术

蒸汽吹灰作为一种传统的吹灰方式，是利用从吹灰器喷口高速喷出的具有一定压力和干度的蒸汽，对积灰的受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。该技术优点是蒸汽来源比较充分，对受热面的积灰清除和降低排烟温度都有一定效果，特别是对结渣性强、灰熔点低的积灰和粘灰较为有效，一般适用于低硫燃料的加热炉。

该技术长期以来在炼化企业加热炉上得到了广泛的应用，但随着吹灰技术的发展以及我国加工原油品质的下降和加工深度的提高，加热炉投烧的渣油灰分增加，炉管结垢情况愈加严重，蒸汽吹灰技术存在的问题逐渐暴露出来。具体表现在：运行频次高，造成烟气湿度大，易形成粘性积灰；尾部预热器处因温度低，露点腐蚀加重，灰干后易结焦堵塞烟道；吹灰能耗高，吹灰有效作用范围受限，运行成本高；吹灰器伸缩部分易发生弯曲变形，造成卡杆，维护工作量较大。近年来，蒸汽吹灰技术正逐渐被其他吹灰技术所替代[1]。

2 声波吹灰技术

声波吹灰技术是通过将声波吹灰器产生的声波置入积灰区域，利用声波的能量作用使空气分子与粉尘粒子反复振荡，阻止粉尘粒子之间的结合以及在炉管表面的沉积，并在烟气流的冲刷和粉尘之间的碰撞作用下，保持悬浮流动状态，从而脱离炉管表面，达到除灰的目的。

声波吹灰器主要由发生器、喇叭、自动控制器等组成。发生器多数装在密闭本体空间内，噪声强度在一定程度得到了降低；源动力通常为空气。声波吹灰器作用大小与所使用的声波频率（频率在人体听觉频率范围内，对人体无明显危害）及强度有关，作用半径与声波波长成正比。另外，由于声波的反射、透射和绕射的作用，无论声源安装于什么位置以及方向如何，声波均能对角落、边缘、缝隙处灰尘颗粒产生作用，有效防止灰尘沉积。

由声波吹灰技术的原理可以看出该技术对积灰的有效清除范围广，吹灰不留死角，结构简单，启停操作方便，运行可靠，维修工作量少，故障率低，运行费用少，但能量偏小，对于粘结性积灰、坚硬灰垢等无法清除。该技术比较适用于对燃料性质较好、特别是燃料气加热炉形成的积灰的清除。

目前，声波吹灰技术已经广泛应用于炼化企业加热炉，取得了较好的效果。例如中国石化天津石化2008年在连续重整装置加热炉应用声波吹灰等系列节能技术后，加热炉排烟温度降低了42℃，热效率得到了明显提高[2]；中国石油辽阳石化2009年在聚酯装置加热炉投用声波吹灰技术后，加热炉排烟温度下降约10℃，进炉空气温度上升约5℃。

3 激波吹灰技术

激波是一种传播速度大于声波的剧烈的压缩波，其强度与速度有关。经过激波的急剧的压缩作用，空气压力和温度都会有较大幅度的提高。一道4倍声速的激波所造成的空气参数脉动峰值比140 d B声波引起的峰值要高10000倍。足够强的激波会引起积灰从炉管壁脱离。

激波吹灰技术（亦称脉冲吹灰技术）是20世纪80年代末由前苏联引进至我国的一种在线吹灰技术。它是通过制造可控制的燃料爆轰，产生一道强度可控的超音速冲击波（激波），利用激波对加热炉内积灰面的冲击作用，实现破损、剥离积灰的目的[3]。

激波吹灰技术原理为：可燃气体（通常是乙炔、天然气或瓦斯气等）在特殊结构混配点火装置中与空气混合，被高能点火器点燃，产生爆燃，使火焰锋面后的燃烧气体瞬时形成压缩波，经火焰导管迅速传至激波发生器，点燃其中的混合可燃气体，爆燃气体受罐体内特殊结构的调制瞬间产生冲击波。当冲击波作用于积灰表面时，其动能和声能将对积灰粒子产生冲击和加速扰动作用，使之与受热面炉管表面分离，从而脱落。通过对两种气体的浓度配比和能量积蓄的控制，生成不同形式和不同强度的冲击波，可完成不同类型积灰的清除。

激波吹灰技术目前在国内炼化装置加热炉得到了一定程度的应用，在一定程度上改善了加热炉运行状况，降低了加热炉排烟温度，提高了热效率，节省燃料消耗、提高了经济效益（一般投资回收期不到1年），但在实际应用中发现，对个别加热炉衬里造成了一定程度的损坏。

总之，激波吹灰技术作为蒸汽吹灰等传统吹灰技术的替代技术，它具有一些无法比拟的优点：吹灰效果好、维护工作量小等等。随着激波吹灰技术的日益成熟，将具有越来越广阔的应用前景。

4 清灰剂

清灰剂按其性质分为两大类，即氧化型清灰剂和还原型清灰剂，炼化加热炉常用还原型清灰剂进行清灰。还原型清灰剂是以铵盐和硝酸盐为主要成分、以添加剂为辅助成分、按照一定比例配置的化学药剂。

将化学药剂喷入正在燃烧的炉膛内，铵盐分解为碱性氧化物、氧气等成分，碱性氧化物与烟气中的酸性气体反应,生成质脆、无粘性的无机盐,进而阻止酸性气被吸附到炉管受热面上腐蚀设备；氧气可以促进燃料完全燃烧，减少CO、SOx及固体碳的生成。熔融的硝酸盐一方面可与管壁上的硬质灰垢形成低共熔点混合物，另一方面与硫、碳发生反应，产生微爆作用，形成冲击波，使灰垢脱落。

清灰剂可以实现辐射室炉管积灰的在线清除，提高加热炉运行效率，但容易在对流室及后续设备上造成松散的灰垢沉积，同时操作不当易对加热炉衬里造成损坏。在实际操作时，要根据灰垢成分选择相应的清灰剂，并根据清灰效果对用量进行调整，尽量减少清灰剂在炉壁上微爆，以降低清灰成本。

目前，清灰剂已经在炼化行业常减压、二甲苯等装置的加热炉上应用，对于延长炼化加热炉运行周期、提高热效率、降低能耗发挥了积极作用。例如，中国石化洛阳石化芳烃联合装置二甲苯加热炉上应用了CH-2型清灰剂后，在装置负荷稳定不变的情况下，加热炉炉膛温度降低了80℃，排烟温度降低了13℃，较好的实现了加热炉在不停工条件下的在线清灰，并使加热炉运行周期延长半年，月节约燃料约216t，节能降耗效果显著[4]；中国石油抚顺石化烷基苯装置加热炉应用了新型的清灰剂和激波吹灰技术后，加热炉炉膛温度大大降低，解决了炉膛温度过高的技术瓶颈，实现了加热炉的安全平稳运行，提高了热效率，降低了燃料单耗，减少了硫化物、氮氧化物等污染物的排放，对于一台热负荷为418×104k J/h的工艺炉而已，每年可降低燃料消耗费用500万元，经济效益显著[5]。

5 化学清洗技术

化学清洗是对加热炉停工期间对流段炉管表面污垢进行清除的方式之一。该技术是利用以活性剂、螯合剂、油分散剂、预膜钝化剂等为主要成分的清洗剂的润湿、渗透、乳化、分散性能，通过预清洗、清洗、冲洗等工艺，使污垢分散于清洗液中，达到清除的目的。

化学清洗技术除垢率高，无死角，清洗工期短（一般只需2d时间），对辐射段、对流段炉墙炉衬无损伤，清洗费用相对较低，清洗剂对环境无污染，但对铁锈腐蚀物清除效果不好，同时由于污垢一般呈酸性，且含有少量硫化物，清洗液应排放至污水处理厂。综合考虑除垢效果、成本及施工周期，该项技术比较适用于大型加热炉炉管表面污垢的清除。

目前该技术已在中国石化、中国石油等10余家炼化企业100多台加热炉上进行了应用，除垢效果较为理想，提高了加热炉效率，延长了炉管的使用寿命。例如，中国石油乌鲁木齐石化常减压装置加热炉应用化学清洗技术后，烟道气出口温度降低30℃，加热炉热效率提高了2%以上，节能降耗效果显著[6]；某石化企业乙烯裂解炉应用化学清洗技术后，排烟温度降低了11℃，对流段烟气阻力明显降低，风机转速减少了30 r/min，节约燃料气268.37k g/h，每年可降低燃料消耗费用257.6万元，节能效果和经济效益显著[7]。

6 干冰清洗技术

干冰清洗技术是利用在压缩空气驱动下喷射至炉管外表面的极低温（-78.5℃）干冰颗粒（直径3mm左右）与污垢的热量交换作用，使污垢冷冻至脆化、爆裂状态，当干冰颗粒进入污垢缝隙后，随即升华，体积膨胀至800倍左右，由于干冰和污垢两种具有不同膨胀系数的物质的膨胀量不同，两者迅速分离，同时加上干冰颗粒的磨削、冲击及压缩空气的吹扫、剪切作用，实现清除污垢的目的。

该技术为非破坏性除污（干冰颗粒硬度低,对金属表面磨损小），除垢效果好，对加热炉衬里不产生损坏；结构简单，安装方便，清洗介质无毒，对人体无危害，可避免员工处于危险工作环境中；清洗后无介质残留，不产生二次废料污染。该技术适用于清洗有机物类污垢，不适合清洗金属表面氧化物类污垢，同时费用较高。

目前，该技术在哈尔滨石化、福建炼化、金陵石化等装置上应用，取得了较好的效果，除垢率达到85%～95%[8-9]。

7 结论

从以上分析可以看出，目前常用的加热炉在线清灰技术主要有蒸汽吹灰、声波吹灰、激波吹灰和清灰剂，常用的停工除灰方式除机械除灰和水洗外，主要有化学清洗和干冰清洗。各类技术由于技术原理、特点不同，适用范围有所区别，在实际应用中，应结合加热炉炉型、积灰特点及技术的节能效果、经济性进行选择。

1）蒸汽吹灰技术适用于低硫燃料加热炉对流段炉管的清灰。

2）激波吹灰适用于烧燃料油、燃料气加热炉的对流段炉管的清灰。

3）声波吹灰适用于烧燃料气加热炉的对流段炉管的清灰。

4）清灰剂适用于烧燃料油加热炉辐射室炉管。

5）化学清洗适用于停工期间烧燃料油、燃料气加热炉辐射段及对流段炉管的清灰。

6）干冰清洗适用于停工期间烧燃料油、燃料气加热炉辐射段及对流段炉管的清灰。

[1]解光奎.加热炉管积灰分析及烟灰处理剂的在线应用[J].石油化工设备技术,2012,33(4):23-25．

[2]钱广华.声波吹灰技术在重整加热炉对流段的应用分析[J].石油石化节能与减排,2011,1(7):25-27．

[3]黄文斌.燃气激波吹灰技术在炼油装置的应用[J].通用机械,2007(Z):97-100．

[4]白云川.芳烃加热炉在线清灰技术的工业应用[J].石油化工安全环保技术,2009,25(2):9-11．

[5]郭永成.清灰先进技术在工艺加热炉上的应用[J].化工进展,2009,28(Z):404-406.

[6]谭敏,田永生.采用先进炉管清洗工艺,提高加热炉热效率[J].石油化工腐蚀与防护,2008,25(4):23-24．

[7]姜建平,左理胜,路远明.加热炉对流段炉管外表面污垢清除技术[J].清洗世界,2011,27(1):1-4．

[8]郑华东,林欲晓.管式加热炉炉管的干冰清洗[J].石油化工设备技术,2004,25(4):49-54．

[9]葛传碾.干冰清洗在石化常减压加热炉炉管清灰技术的应用[J].清洗世界,2005,21(5):12-15．

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.002

解红军，高级工程师，1991年毕业于南京大学（应用化学专业），E-mail：xiehongjun@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀区志新西路，100083。

2012-09-20）