常减压蒸馏装置加热炉能效提升改造

刘 巍

（武汉金中工程技术有限公司，湖北 武汉 430223）

加热炉是石油化工厂与炼油厂常见设备，常减压蒸馏装置中的加热炉是重要的供热设备［1，2］，也是常减压蒸馏装置能耗最高的设备之一。在装置运行过程中，分析热效率过低的原因，采取有效的能效提升措施，从而提高加热炉的热效率，同时降低对环境造成的影响［3～6］，是降低加热炉运行成本，提高经济效益和社会效益的有效途径。

1 装置运行现状

南阳某炼油厂常减压蒸馏装置常压炉、减压炉于1992 年建成投运，承担着装置进行原油分馏处理的加热任务，2 个炉均为圆筒型管式加热炉，其中，常压炉设计热效率为86%，减压炉设计热效率为81%，均以燃油为燃料。

为利用烟气余热，2009 年8 月，该炼油厂新增空气预热器1 台，2 炉共用，配套1 台鼓风机和1 台引风机。2021 年7 月，根据政府环保要求，炼油厂更换了2台加热炉燃烧器，将原来的油气混烧方式改为单独烧天然气方式，同时对炉膛炉管外壁进行了清灰，对加热炉对流室积灰进行了化学清洗，更换了空气预热器部分失效热管，取得了一定成效，加热炉排烟温度由原来的260 ℃降到140℃，加热炉热效率有所提高，但仍存在4个主要问题。

（1）排烟温度仍较高；

（2）加热炉外壁温度高；

（3）炉体漏风较大；

（4）加热炉效率长期维持在88%。

针对以上的问题，2022 年8 月，炼油厂对加热炉系统进行一系列能效提升改造［7］，包括空气预热器改造；加热炉衬里改造；防爆门、看火门、弯头箱门更换。

2 空气预热器改造

该装置2台加热炉采用联合余热回收系统，通过共用的地面自立混凝土烟囱排放烟气。此次改造在原热管空气预热器上部增加双流程扰流子预热器，预热器烟气入口及落地烟道上的开口往上移动5 m，预热器空气出口抬高5 m。

扰流子空预器是在普通管式空预器的基础上加以改进发展的新型空气预热器。主要是在换热管内增设了扰流片，增加管内流动扰动，提高管内换热系数［8,9］。

此次增设的扰流子空预器，换热管水平布置，管内走空气，管内布置扰流子，可以提高空气侧换热系数。壳侧走烟气，便于清灰。高温段采用扰流子空气预热器结构可以彻底解决热管的超温失效、爆管等缺陷。

3 加热炉衬里改造

根据现场勘查，加热炉内部衬里裂缝较多，导致热量损失严重。为改善辐射室的传热状况，提高辐射炉膛传热能力，降低辐射顶烟气温度和炉外壁温度，减少散热损失，结合常压炉、减压炉炉壁红外线检测结果，需要对炉壁的内衬进行更换。

复合衬里在常减压加热炉上的应用效果显著，此次改造将炉壁以及辐射段顶部已破损的衬里进行清理，更换为复合衬里。改造完成后，加热炉外壁温度、散热量明显下降，炉内隔热效果明显改善，从而提高了热效率，并且更加具有稳定性［10］。同时，复合衬里兼具经济、安全，施工相对简单的特点［11，12］。

新的炉衬里结构采用了双层复合结构，底层50 mm厚陶纤棉粘贴+外层高温红外复合涂料。

改造要达到的主要技术指标有2项。

（1）平均炉外壁温度≤60 ℃（27.5 ℃、无风）；

（2）计算体系外壁散热损失≤3%。

4 防爆门、看火门、弯头箱门更换

4.1 新型防爆门模块

安全泄压隔热模块采用新型无机保温材料，体积密度为0.27 g/cm3，常温下的耐压强度不大于0.1 MPa，重烧线变化-1.85%（900 ℃×24 h），内部中空格块结构设计增强隔热性能及保证爆破后瞬间解体。

安全泄压隔热模块采用颗粒压铸整体成型，确保加热炉在发生闪爆时，安全泄压隔热模块瞬间破碎成小块及细小颗粒，防爆门能正常打开保证加热炉安全性。安全泄压隔热模块超长运行使用不出现粉化，避免防爆门四周漏风、超温等影响加热炉热效率的情况出现。

4.2 新型节能看火门

节能型看火门钢结构外敷1 层新型轻质耐磨浇筑耐火材料，新型轻质耐磨浇筑耐火材料导热系数＜0.2 W/（m·k），有效隔离开高温区与钢结构热传导。

门盖内层采用纳米材料作为内层保温，外层保温为新型轻质耐磨浇筑耐火材料。通过看火门楔形保温与边框的配合方式来达到密封空气的目的，并且采用快压阀做为门盖的锁紧装置，操作便捷，锁紧性能好。节能型看火门已经成功进行节能改造，减小了门盖与底座之间的缝隙，避免了严重漏风现象的发生，减小了烟气氧含量，提高了加热炉热效率［13］。

新型节能看火门主要有4个特点。

（1）防止漏风。阻止冷空气由看火门缝隙进入炉内，降低了加热炉的氧含量，对提高加热炉热效率有很好效果；

（2）降低热损。看火门表面及边框炉壁的温度可达到40 ℃，大幅减小散热损耗；

（3）操作简便。看火门开关动作简单，门盖关闭后用快压阀锁紧；

（4）使用期长。门盖内采用新型轻质耐磨衬里耐火材料，不易坠落及断裂，且热传导率低。

4.3 弯头箱门陶纤喷涂

此次改造采用1种新型弯头箱，主要用于解决现有的管式加热炉对流室弯头箱采用陶瓷纤维作为弯头密封件所存在的不能完全消除漏风现象的问题。设于弯头箱内部的弯头密封件包括密封模块和密封块。每个密封模块带有1 个与弯头的形状相适应、可以容纳1个弯头的腔体。每个弯头上加戴1 个密封模块，各密封模块之间紧密贴合，并密封连接于管板上。

5 改造效果

为比较加热炉改造前与改造后能效提升效果，该炼油厂对加热炉相关工艺指标进行了测试，结果见表1。

表1 加热炉改造前与改造后工艺指标对比

经过加热炉能效提升改造，综合运行热效率为93.48%，达到了标准限定值（≥87%），加热炉运行良好。

（1）排烟处氧含量从改造前10.31%降低到4.67%，排烟温度从146.1 ℃降低到107.1 ℃，排烟热损失从8.40%降低到4.21%；

（2）加热炉平均外表面温度从59.8 ℃降低到44.7 ℃，炉体散热损失从4.04%降低到2.27%。

综合考虑以上2方面原因，此次加热炉综合运行热效率比维修改造前提高了5.55%～6.55%，建议持续保持，确保加热炉在该生产运行参数的工况下运行。

6 结束语

通过对炼油厂常减压蒸馏装置常压炉、减压炉进行一系列能效提升改造，有效提高了加热炉热效率，降低了排烟温度和炉体表面温度，达到预期的节能效果。

在空气预热器的选型过程中，烟气侧出口温度控制在低于110 ℃，主要考虑烟气中硫化氢对烟气管道的露点腐蚀问题。对于大型加热炉系统，可通过使用绕流子换热器进一步降低排烟温度至90 ℃，烟气侧管道考虑内衬玻璃钢或其它材料解决露点腐蚀问题，从而进一步提高加热炉效率。