二甲苯塔重沸炉2种炉型比较

安琳莎

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

PX(即对二甲苯)是反映一个国家化工水平的标志性产品，伴随着中国PX项目的迅速发展以及生产能力的提高，PX装置逐渐向大型化的方向迈进，因此，其加热炉的大型化成为必然之势。目前国内PX装置的规模从20万t/a逐步向200万t/a发展，二甲苯塔重沸炉热负荷也随之大幅度提高，单炉热负荷已突破100 MW，更有在建单台炉热负荷已突破200 MW；同时炉型也打破常规，一种新炉型在项目中得到应用。下面就2种不同炉型的二甲苯塔重沸炉做一些简单介绍和分析比较。

1 2种炉型的结构及特点

1.1 双辐射室-单对流室型圆筒炉

1) 炉型结构

双辐射室-单对流室型圆筒炉(见图1)为双辐射室立管圆筒形辐射-对流加热炉，其中2个结构相同的辐射室共用1个对流室。工艺介质分多路由对流段上部进入加热炉，经对流段对流换热后经转油线分两侧进入2个圆筒形辐射室，从辐射室顶离开加热炉。辐射炉管沿圆筒内壁垂直靠墙均匀布置在辐射室内；对流段为长方体水平布置在2个辐射室的正上方，对流炉管水平布置在其中；燃烧器采用垂直向上燃烧的方式均匀布置在辐射室底部。高温烟气在辐射室传热后经由辐射室顶部对称进入对流室继续换热，然后从对流室分2个出口进入主烟道。

2) 炉型特点

加热炉辐射室为圆筒型，是传统的炼油加热炉炉型，也是管式加热炉中应用最广泛的炉型，其制造及施工工艺技术成熟，工程造价相对较低。该炉型的辐射炉管由高合金钢管架支撑吊装在圆筒炉上部侧墙上。对于立管立烧式加热炉，辐射管直管段最大长度约18 m，圆筒炉最大的高径比(h/d)为2.75，其中高度h为辐射段净高(耐火层内表面)，直径d为炉管节圆直径【1】。由于高径比的限制，该炉型仅适用于热负荷<100 MW的加热炉。圆筒炉经放大以后，炉膛内显得太空，炉膛体积发热强度将急剧下降，结构和经济上都开始不利【2】。

图1 双辐射室-单对流室型圆筒炉

1.2 新型立管方箱炉

1) 炉型结构

新型立管方箱炉(见图2)为辐射-对流型箱式炉，其中辐射室由炉管分为多个辐射单元，每个辐射单元中设置燃烧器。辐射室顶部设置1个对流室，工艺介质分若干管程从对流段进入加热炉，经对流段换热后再经外转油线分两侧进入辐射室继续加热至工艺所需温度，从辐射室侧墙上部离开加热炉。其中，靠墙布置的炉管为单排管单面辐射，中间部分的炉管为双排管双面辐射。

图2 新型立管方箱炉

2) 炉型特点

新型立管方箱炉的优点是炉管支撑简单，不需要大量的高合金钢管架，仅靠墙布置的辐射炉管需高合金钢管架支撑吊装在炉墙侧壁上，其余辐射炉管吊装在炉顶钢结构上，不需要承受由自重引起的弯曲应力，因此，支吊架质量轻，管系的热膨胀易于处理【2】；管程多且根据实际布置灵活，炉管的传热及管内阻力压降特性一致，各辐射单元的炉管排布相同，每组气体燃烧器上方布置一个烟气出口，高温烟气由此进入到对流室。这种结构炉管布置均匀对称，操作灵活，可有效避免各辐射单元之间的炉膛火焰相互干扰。

2 2炉型各部分的分析对比

下面以某设计热负荷>80 MW的双辐射室-单对流室型圆筒炉和某设计热负荷>160 MW的新型立管方箱炉为例进行分析对比。二者均为二甲苯塔重沸炉，分属不同的PX装置，其炉内工艺介质均为芳烃混合物，加热炉出口温度>260 ℃，操作压力>1.5 MPa(表)，炉管均选用碳钢材质。

2.1 管系布置

双辐射室-单对流室圆筒炉的设计中，辐射室采用144根长度为17 300 mm的炉管，对流室采用192根长度为21 400 mm的炉管。每个辐射室的炉管，周向均匀布置在辐射炉墙前，均为单排管单面辐射。随着圆筒形辐射室热负荷的提高，会出现炉膛空旷、体积热强度低、炉管使用效率低、占地面积大、维护成本高等缺点。

新型立管方箱炉的设计中，辐射室采用240根长度为14 500 mm的炉管，对流室采用140根长度为28 500 mm的炉管，其中每2管程辐射炉管组成1组辐射盘管单元，每个辐射单元的炉管呈长方形排布，相邻辐射单元的炉管错位排布，每个辐射单元形成一个独立的过火通道，每组单元的辐射盘管均为单排管单面辐射和双排管双面辐射炉管。此种炉管布局在实现加热炉大型化的同时减少了加热炉的占地面积，提高了炉膛体积热强度及辐射室内烟气传热的均匀性，以及炉管的利用率和辐射室传热效率，减少了炉墙的热损失。

2.2 燃烧器设置

双辐射室-单对流室圆筒炉辐射室炉底设置燃烧器，沿每个辐射筒体底部圆形均布。新型立管方箱炉共10个辐射单元，燃烧器按每个辐射单元，呈长方形布置。但是，由于方箱炉需要的燃烧器数量较大，会导致炉底风道配风量调节操作复杂，不易实现全炉膛燃烧器的统一调整，对后期操作人员的要求较高。

2.3 吹灰器设置

双辐射室-单对流室圆筒炉设置了32台声波吹灰器，新型立管方箱炉设置了30台声波吹灰器。

1) 声波吹灰器优点

a) 结构简单，没有机械运动旋转机构，无易损部件，不会产生机械机构运动的旋转故障；

b) 体积小、质量轻，没有伸缩机构，不存在机械卡壳现象；

c) 声波效能高、 功率大、 频带宽， 清灰效果显著；

d) 用气量小，动力消耗少，气源介质任选，空气或蒸汽均可使用；

e) 安装方便，不需要搭设吹灰器平台，炉墙内外占地空间小，不影响加热炉检修作业；

f) 控制系统可接入DCS系统，实现全自动化运行。

2) 声波吹灰器缺点

声波吹灰器对于烧燃料气的积灰清除效果比较理想，但对于烧燃料油的积灰清除效果一般，而且噪音较大。

2.4 衬里结构

双辐射室-单对流室圆筒炉的衬里结构：炉底采用憎水型陶瓷纤维板+隔热耐火浇注料+轻质粘土耐火砖的复合结构；辐射室及辐射转对流烟道部分采用陶瓷纤维制品+轻质隔热浇注料复合结构；对流室及弯头箱和烟囱采用隔热耐火浇注料。衬里总质量约490 t。

新型立管方箱炉炉底衬里采用憎水型陶瓷纤维板+高强低导浇注料+轻质粘土耐火砖复合结构；辐射室及辐射转对流烟道部分采用高强低导浇注料+陶瓷纤维模块复合衬里；对流室采用陶瓷纤维毯+憎水型陶瓷纤维板+轻质隔热浇注料复合结构。衬里总质量约550 t。

3 综合分析对比

2炉型工艺设计及机械设计参数对比见表1，结构设计数据对比见表2，加热炉工程量对比见表3。

表1 工艺设计及机械设计参数对比

表2 结构设计数据对比

表3 加热炉工程量对比

注：由于新型立管方箱炉设计热负荷是双辐射室-单对流室型圆筒炉设计热负荷的两倍，因此表3以2台圆筒炉工程量为基准与新型立管方箱炉的数据进行对比。

4 结语

由表1～表3可以看出，圆筒炉的炉管用量、结构工程量、衬里工程量、占地面积等均比新型立管方箱炉多。由此可见，相同热负荷时，多台双辐射室-单对流室圆筒炉比新型立管方箱炉投资高、占地大，但是施工操作较方箱炉简单。假设采用多台圆筒炉，在停工检修期间可单独停1台炉进行检修，可做到降低热负荷停工不停产，而大型新型立管方箱炉由于是单台炉，所以在停工时需完全停工停产才能检修。不同的项目不同的地域，由于设计和施工条件不同，影响因素众多，且2种炉型各有优缺点，因此，在装置大型化的过程中，设计热负荷基本相同的二甲苯塔重沸炉采用新型立管方箱炉还是多台双辐射室-单对流室圆筒炉，需要在设计时综合考虑工艺输入条件、场地资料、投资额及施工条件以及后期的操作维护等多方面因素，选择较为合理、优化的方案，但是如果进一步考虑到将来装置处理量的提高及全炉模块化，无疑新型立管方箱炉较双辐射室-单对流室圆筒炉更有优势。