关于真空相变加热炉运行故障的探讨和分析

牛有庆

大庆油田有限责任公司储运销售分公司庆哈输油大队 163000

引言

传统的加热炉加热均匀、运行比较稳定，因此被广泛应用于油气集输工程中，如管式加热炉、水套加热炉、火筒加热炉等。近年来，能源形势趋于紧张，换热设备向着高效率、低能耗的方向快速发展。传统的管式炉和水套炉盛水量大、升温速度慢、整体尺寸大、消耗钢材量大、制造成本高、能量耗费高，正被新一代高效能的加热设备逐步淘汰掉。一方面，随着相变传热理论和相变传热技术的发展进步而发展起来的真空相变加热炉，在排除设备运行中的安全隐患方面和解决传统加热炉运行中存在的不稳定性现象方面取得了极大成功；另一方面，相变加热炉在加工制造、生产运行成本和热效率方面与传统加热炉相比更具优越性。基于以上优势，真空相变加热炉被广泛应用到油气田集输工程中。

一、真空相变加热炉的主要结构和工作机理

1.真空相变加热炉的结构

图1 真空相变加热炉的结构图[1]

真空相变加热炉主要由炉体、烟囱、烟箱、换热盘管、炉膛、操作间、燃烧器烟管、回烟室、防爆门等十部分组成，具体结构如图1所示。

2.工作机理

真空相变加热炉采用相变换热技术实现热量的传递。将加热炉壳体内的封闭空间分为两部分：一部分是气化空间，用于盛放吸热介质，如水；另一部分是相变空间，热媒在此实现换热。通过燃料的燃烧加热气化空间里的水，使水蒸发转化为水蒸汽成为热媒介，饱和的水蒸汽上升，与温度较低的换热管在相变空间接触，放出热量凝结成水，水蒸汽凝结放出的气化潜热通过换热管壁传递给换热盘管内的被加热介质，冷凝后的液态水重新回到气化空间，这种蒸发、冷凝过程往复进行，热量将被不断的传输给换热管内的被加热介质，完成相变换热过程。

二、加热炉运行中的故障分析

真空相变加热炉在运行过程中的故障主要有以下几种：

1.炉体缺水问题

对于经常在较大负荷、各项运行参数调整过大状态下工作的加热炉，一旦出现脱水器不稳定，流量减少或不走液情况，加热炉温度会急剧升高，造成炉内水急剧汽化，炉腔内压力急剧增大，引起真空阀动作，大量水蒸汽从炉腔内逃脱，易造成缺水事故发生。

2.烟囱及烟箱内腐蚀问题

冬季是烟囱及烟箱腐蚀问题的多发期。冬季气温较低，加热炉效率较高，排烟温度较低，使得随烟气排出的水蒸汽在烟囱内冷凝，冷凝后的液态水顺着烟囱壁面流回到烟囱根部烟箱内。由于烟囱根部及烟箱内温度相对较高，高温下对液体腐蚀有利，随时间的延长会造成烟箱内部的严重腐蚀，缩短真空相变加热炉的使用寿命。

3.燃烧器不能正常点火问题

造成燃烧器不能正常点火故障的原因大体分三方面：一、使用不洁净燃油和燃油沉积都容易引起燃油滤清器堵死现象。一旦发生滤清器堵死故障，就会导致燃油管路不畅通，达不到燃油的点火压力，使燃烧器出现不正常点火故障。二、高压油泵在长期的运行过程中会出现机械磨损，也会使得高压油泵不能喷出足够压力的燃油，从而使燃烧器不能正常点燃。三、当有空气混入燃油管道时，引起燃油系统供油不足，从而使燃烧器不能正常点火。

4.加热炉烟管堵塞问题

真空相变加热炉为了达到较高的燃烧效率，排烟速度会比较慢，增加了烟气中的烟尘吸附在烟管管壁上的可能性，容易造成烟管堵塞。加热炉烟管一旦堵塞就会造成燃气消耗过大，炉效率降低，同时表现为烟囱冒黑烟、防爆门串烟现象。

5.燃烧器故障

燃烧器作为真空相变加热炉的核心部件，它长期处在高温的工作状态，容易造成燃烧头、稳焰盘、探针等的烧损，点火管腐蚀，高压接头漏电问题。另外，使用未经处理的湿气，容易造成电磁阀的损坏，引起燃烧器故障。

三、真空相变加热炉运行故障处理方法

针对真空相变加热炉出现的一般运行故障，根据实际生产情况给出相应的处理方案，对真空相变加热炉的正常运行和日常维护具有指导作用。

1.通过加强检查巡视力度，一旦发现温度高出允许范围，立即手动停炉；通过定期检查维护确保真空阀的密封性；通过及时给炉壳补充水，使炉壳内水位保持在规定液位内等方法解决加热炉过度汽化导致的炉体缺水问题。

2.通过改变加热炉烟囱的位置解决因水蒸汽冷凝回流造成的烟囱根部及烟箱腐蚀故障。传统加热炉烟囱一般安放在加热炉烟箱的顶部与烟箱连通，回流的冷凝水流回烟箱造成腐蚀。现将烟囱跨接在加热炉的旁边，冷凝水回流时从烟囱底部排出，有效解决了烟囱根部和烟箱腐蚀问题，在减少大修费用的同时延长加热炉的使用寿命。

3.对于燃烧器不能正常点火问题，解决方案有定期清洗燃油滤清器的滤网，一般使用燃油泡洗和气吹相结合的清洗方法。出现高压油泵磨损时可以通过调大调压阀设定压力的方法解决，解决不了时则需要更换油泵。最后，点火过程中放气可有效解决空气混入燃油管路引起的燃烧器故障。

4.对于烟管堵塞问题，可以通过定期用烟管疏通工具进行清理。另外，也可以通过调大燃烧器的进风量的方法实现对烟管的清扫。

5.燃烧器是相变加热炉的核心部件，为保证正常运行需进行重点维护。换季保养时要对燃烧器进行重点检修，检修从以下几方面进行：（1）检查电磁阀是否有虎沟或堵塞情况，风气配比装置能否正常运转；（2）检查燃烧头、稳焰盘、探针在长期高温下的烧损情况和点火管腐蚀的腐蚀情况；（3）对燃烧器的高压接头、点火用电极和变压器等部位进行着重检查，保证正常工作。

四、真空相变加热炉的定期维护

1、真空相变加热炉在运行一段时间后，应对其进行排空处理，否则可能会出现被加热工质温度达不到工艺要求的情况。

2、对燃烧器进行定期检查，着重检查燃烧器内的高压油泵的磨损情况。

3、定期清理燃油滤清器的滤网，防止滤网堵塞引起燃烧器故障。

4、定期检查压力、温度仪表是否正常显示，各仪表阀门是否密封良好等。

5、一年检查一次烟箱对流受热面的积灰和保温情况。

结束语

真空相变加热炉在传统加热炉的基础上应用相变换热技术，有效地克服了传统加热炉在效率和经济性等方面存在的不足，符合油田油气集输生产中节能、高效的发展理念。在自动化控制方面与传统加热炉相比有很大改进，同时真空加热炉具有高效、经济、热效率高、安全可靠等优点，大量的工程运用证实相变换热技术在未来有更广阔的发展前景。

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