QC方法在加热炉改造设计中的应用

黄林　常一舟

摘要：文章介绍的QC质量控制方法，遵循PDCA循环，通过设定目标、目标可行性分析、原因分析、要因确认、制定对策、效果检查、节能效果及社会效益、结语等，在加热炉的改造设计中得到了成功应用，最终达到了通过设计改造提高加热炉热效率的目的。

关键词：QC小组；加热炉；改造设计；热效率；PDCA循环 文献标识码：A

中图分类号：TG307 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

兰州寰球工程公司加热炉设计QC小组是攻关型小组，该小组创立的主要任务是围绕设计实践，开展QC活动，解决加热炉改造设计项目中提高热效率遇到的各种难题。

1 选题理由

2012年，公司设计院受兰州石化公司炼油厂润滑油生产装置加热炉节能改造项目委托，进行22单元圆筒形加热炉的改造设计，要求尽可能提高该加热炉热效率，达到节能改造的目的。加热炉效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标，加热炉效率低会导致装置能耗增加。该加热炉2011年平均热效率仅达到83.7%。因此，如何优化设计，提高加热炉热效率遂成为一项重要攻关

课题。

2 设定目标

22单元加热炉热效率当前值83.7%，设定目标值83.7%。

3 目标可行性分析

2012年3月，QC小组成员到兰州石化公司炼油厂润滑油生产装置采集22单元加热炉数据，对2011年1～12月的炉效率进行统计，结果显示2011年的加热炉效率平均值仅达到83.7%。小组成员采集同类装置23单元圆筒形加热炉效率进行对比，该加热炉热效率平均值达到88.3%。与23单元加热炉进行对比，二者均为溶剂精制装置加热炉。小组成员查数据发现，两台加热炉炉管内介质均为精制液，且热负荷一样，都是13376MJ/h。因此从设备自身情况看，22单元圆筒形加热炉的热效率应当能够提高。另外，QC攻关小组成员均有较高文化水平，从事设计工作多年，有丰富的设计经验，从设计能力上考虑，提高该加热炉热效率可行。

4 原因分析

为了找出22单元加热炉热效率低的原因，小组成员采用“头脑风暴法”，多方面分析，归纳出l2条可能存在的原因（图1）。

1 衬里材质不合适 设计炉体衬里 炉体外壁温度≤60℃ 1.小组比对各类衬里性能参数，设计合适的衬里结构；

2.车间确认衬里施工时间。 加热炉现场 2012.10

2 余热利用率低 利用烟气对入炉空气预热 排烟温度降低至160℃ 1.小组对烟气余热回收装置进行设计讨论，确定余热回收部分设计方案；

2.车间确认余热回收装置施工时间。 车间会议室 2012.10

3 燃烧器性能低 用新型燃烧器取代旧燃烧器 热负荷达到13376MJ/h 1.设计新型燃烧器选择方案；

2.联系车间确定燃烧器更换时间。 加热炉现场 2012.10

4 仪表有故障 更换新的烟气氧分析仪表 排烟氧含量约3.1mol% 1.对烟气氧分析仪表重新选型；

与车间确定仪表更换时间。 加热炉现场 2012.10

6 对策实施

6.1 新设计炉体衬里

原加热炉600×600方形普铝纤维炉衬材料[1]不满足炉膛温度要求，衬里损坏严重，炉体外壁温度指标不合格，散热损失较大，设计小组决定对炉衬结构进行了重新设计：辐射室选用两层25mm厚的陶瓷纤维板作为背衬，外层使用含厚150mm的锆陶瓷纤维模块并用锚固件固定。炉底采用200mm厚的1200kg/m3的轻质浇注料和65mm规格的耐火砖。对流室衬里采用轻质浇注料衬里，辅以陶瓷纤维毯作为耐火填充材料。小组成员对炉体外壁温度分三批次进行数据采集，结果均达到了60℃控制指标要求。

6.2 利用烟气热量对入炉空气进行预热

通过对加热炉进行热工测试，依据SY/T6381-2008《加热炉热工测定》，对烟气成分进行分析，计算出加热炉排烟的露点为125℃。根据该加热炉的实际运行记录，加热炉排烟温度在218℃～230℃，为了充分保证加热炉不产生露点腐蚀，选择空气预热器出口烟气温度在140℃。经分析研究，选择了目前国际上比较先进的高效热管换热器，安装在加热炉对流室上方与烟囱底座之间。增加余热回收装置以后，加热炉余热得到了充分利用，最终排烟温度平均值达到了155℃，达到了工艺要求小于160℃的指标。

6.3 用新型燃烧器取代旧燃烧器

旧燃烧器喷头孔道堵塞严重，不能满足生产要求。核算加热炉热负荷13376MJ/h的工艺指标，选用高效低氮氧化物气体燃烧器，采用烟气再循环技术[3]将温度已降低的烟气再循环与燃烧空气混合，通过降低氧浓度和火焰温度来降低NO2的生成。燃烧器设计更换后，计算加热炉热负荷数据，燃烧器的燃料量为0.1373kg/s，燃料气低热值为29598kJ/kg，燃烧器可提供的最大热负荷为14629MJ/h，大于加热炉热负荷指标值13376MJ/h。

6.4 更换新的烟气氧分析仪表

烟气氧分析仪表数据是反映燃烧是否完全的重要判断依据，通过对烟气氧分析仪表进行重新选型，更换后可对整个运行周期排烟氧气含量在线检测，方便随时了解加热炉的燃烧状况、热效率和环保指标。烟气氧分析仪更换后，截至目前未出现过故障，两次仪表校验均合格。对加热炉排烟氧含量检查，六次测量平均值约为3.1mol%，符合控制要求，达到了预期效果。

7 效果检查

经过小组成员的共同努力，各项措施全面完成。考察对策实施前后加热炉热效率的变化，小组统计改造后的加热炉热效率，2013年热效率年均值达到了88.2%，超过了目标值，比改造前平均提高了4.5%。

8 节能效果及社会效益

润滑油生产装置22单元加热炉原运行指标：有效热负荷13376MJ/h；排烟温度218℃～230℃；排烟氧含量4.6mol%；热效率83.7%；瓦斯气年耗量4700吨。改造设计后的指标：有效热负荷13376MJ/h；排烟温度≤160℃；排烟氧含量3.1mol%；热效率88.2%；瓦斯气年耗量4500吨，每年可节省燃料量4700-4500=200吨瓦斯气/年。燃料节约率：（4700-4500）÷4700×100%=4.26%，节能效果显著。采取活动措施后，加热炉热效率得以提高，加热炉烟气排放减少，减少了大气污染，确保了装置安全平稳运行，改造设计得到用户的充分肯定。

9 结语

经过小组成员的共同努力，QC活动已经结束，整个过程成功实现了四项改进，最终加热炉热效率得到提高，但并不表示达到了最高，小组成员将认真总结本次活动经验，搞好数据分析，为以后的攻关打好基础，进行下个PDCA循环，以求取得新的突破。

参考文献

[1] 钱家麟，于遵宏，尹朝曦，李文辉，王兰田，等.管式加热炉（第二版）[M].北京：中国石化出版社，2003.

[2] 加热炉热工测定（SY/T6381-2008）.

[3] 谭宁，李根先，周红梅，郭晓群.加热炉热效率的影响因素及对策[J].河南石油，2003，17（z1）.

[4] 赵增强，陈宝宏，司艳霞，徐洪涛.常压装置加热炉节能改造[J].河南化工，2011，（28）.

作者简介：黄林（1989-），男，四川南充人，兰州寰球工程公司助理工程师，研究方向：化工压力容器及加热炉等设备设计。

（责任编辑：秦逊玉）