張鵬

摘 要：根據(jù)《Q/SY GD0091-2013 直接式加熱爐操作維護(hù)修理規(guī)程》，管式加熱爐的大修理周期為6年或者運(yùn)行小時(shí)間隔36000h。本文以中石油管道公司混油裝置管式加熱爐2012年檢修為例，介紹了加熱爐修理的一般內(nèi)容，綜述了修理過(guò)程中采取的多項(xiàng)新技術(shù)。通過(guò)新設(shè)備和新技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了能耗，提高了熱效率。

關(guān)鍵詞：管式加熱爐；燃燒器；制氮機(jī)；煙道擋板；吹灰系統(tǒng)

1 概述

鄭州分公司鄭州站位于蘭鄭長(zhǎng)成品油管道的中間站，用于收集上游管道下載的混油，設(shè)有1套年處理量10萬(wàn)噸的混油處理裝置。此裝置采用管式加熱爐直接加熱原料油，提供熱量。保證加熱爐高效安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是本裝置的重要目標(biāo)。

管式加熱爐采用直接受火加熱的方式，被加熱介質(zhì)在爐管內(nèi)流動(dòng)，燃料在加熱爐爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?。高溫?zé)煔庠谳椛涫覡t膛內(nèi)通過(guò)輻射傳熱和在對(duì)流室內(nèi)通過(guò)對(duì)流傳熱將煙氣中的熱量傳遞給對(duì)流段爐管內(nèi)的被加熱介質(zhì)，將被加熱介質(zhì)加熱到所要求的溫度后出裝置，換熱后的煙氣通過(guò)煙囪排入大氣中。

2 管式加熱爐組成和參數(shù)簡(jiǎn)介

混油處理裝置加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷1.6MW，介質(zhì)流量130m3/h，采用圓筒形輻射對(duì)流型螺旋管立式加熱爐，介質(zhì)從對(duì)流頂部入爐，經(jīng)對(duì)流換熱后在爐內(nèi)轉(zhuǎn)輻射室再次加熱，最后從爐底出爐。對(duì)流頂部設(shè)有熱管式空氣預(yù)熱器用以回收煙氣中的余熱，煙囪自立于爐頂。爐管材料選用304不銹鋼（輻射室）和碳鋼（對(duì)流室），加熱爐鋼結(jié)構(gòu)主要用材為Q235—B。計(jì)算熱效率89%。

本裝置加熱爐本體有四個(gè)部分組成：燃燒系統(tǒng)、爐管系統(tǒng)、爐墻系統(tǒng)和爐架系統(tǒng)。附屬系統(tǒng)包括氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)、吹灰供氣系統(tǒng)以及儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

①燃燒系統(tǒng)，包括燃燒器、燃料管線及煙道。本裝置采用燃油燃燒器，燃料油為輕柴油。

②爐管系統(tǒng)，輻射室爐管材料304不銹鋼，對(duì)流室材料為碳鋼。爐管內(nèi)壁要承受高溫高壓、腐蝕作用，管外還承受高溫?zé)煔鉀_刷、氧化作用。

③爐墻系統(tǒng)，包括爐子四壁、爐頂、爐底等，要求絕熱好，散熱小，爐襯采用輕質(zhì)耐火澆注料。

④爐架系統(tǒng)，即加熱爐的鋼結(jié)構(gòu)。

3 加熱爐運(yùn)行存在問(wèn)題

①老式燃燒器采用人工點(diǎn)火方式，無(wú)法遠(yuǎn)控操作，自動(dòng)化程度低。

②燃燒器火焰容易偏燒、發(fā)散，（機(jī)械）霧化不良。爐膛內(nèi)爐管結(jié)焦，積灰嚴(yán)重。甲、乙爐管出爐溫度差值大，最大為12℃。

③煙囪擋板手動(dòng)控制，控制手柄引到地面。煙道擋板實(shí)際開(kāi)度無(wú)明確指示。

④加熱爐熱效率低，燃料油單耗大。

⑤氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)滲漏嚴(yán)重，采用氮?dú)馄砍溲b補(bǔ)氣方式，給操作人員帶來(lái)極大不便。

4 加熱爐維修維護(hù)內(nèi)容介紹

根據(jù)加熱爐檢修規(guī)程，加熱爐運(yùn)行滿6年后，進(jìn)入到大修周期。大修理的主要標(biāo)志是加熱爐本體的更換，包括兩側(cè)爐墻、全部爐頂，爐管、彎頭，煙囪，爐管鋼結(jié)構(gòu)和爐頂蓋板。大修理的范圍包含了加熱爐一般修理的全部?jī)?nèi)容。

加熱爐運(yùn)行滿3年，需進(jìn)行一般修理。修理范圍包含且不限于以下內(nèi)容：輻射室，對(duì)流室，天圓地方和煙囪，燃燒系統(tǒng)，吹灰系統(tǒng)，氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)，機(jī)泵，梯子、平臺(tái)，燃料油系統(tǒng)，儀表自控系統(tǒng)等。

鄭州站混油處理裝置加熱爐于2012年底進(jìn)行了投運(yùn)后的首次檢修。針對(duì)加熱爐存在的上述問(wèn)題，檢修過(guò)程應(yīng)用了多項(xiàng)新技術(shù)，引入了煙道擋板電動(dòng)執(zhí)行器，威索燃燒器，制氮機(jī)一體撬座等多臺(tái)新設(shè)備。

5 加熱爐維修中新技術(shù)的應(yīng)用

5.1 輻射室噴砂除銹和更換保溫層，提高換熱效率

原加熱爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，燃燒火焰長(zhǎng)期偏燒，并且燃料油為柴油，造成輻射室內(nèi)爐管表面大量結(jié)焦、結(jié)垢。對(duì)爐體和爐管進(jìn)行等級(jí)為Sa 2.5級(jí)的噴砂除銹，減小了設(shè)備傳熱熱阻，有效提高了換熱效率。爐體噴砂除銹后噴涂高溫防腐涂料，有著良好的粘附性。

輻射室內(nèi)前后墻和筒體部分保溫層更換。由于爐內(nèi)煙氣長(zhǎng)期對(duì)保溫層沖蝕破壞會(huì)將保溫釘上的保溫塊損壞，這樣爐內(nèi)熱量會(huì)通過(guò)保溫釘傳至加熱爐的筒體而影響整個(gè)爐子的熱效率。采用新型保溫材料，固定結(jié)實(shí)且保溫支架不會(huì)露出保溫層，保溫效果好。

5.2 更換煙道擋板執(zhí)行器

原煙道擋板為手動(dòng)控制，手動(dòng)執(zhí)行器的合金擋板軸承因長(zhǎng)期高溫氧化腐蝕銹死，開(kāi)關(guān)困難?？刂剖直挥跔t底，只能通過(guò)爐底的閥位指示器進(jìn)行開(kāi)關(guān)，往往造成執(zhí)行器開(kāi)關(guān)過(guò)度卡死。

新執(zhí)行器，一是將合金鋼擋板軸承改為浸金屬石墨軸承，這種新材料軸承不僅具有石墨的耐高溫特性，通過(guò)浸金屬進(jìn)一步提高了石墨軸承的耐磨性和強(qiáng)度；二是采用了帶過(guò)載保護(hù)的新型智能一體化角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，大扭矩電機(jī)比老式的機(jī)構(gòu)具有更佳的動(dòng)力性和操控性，并且過(guò)載保護(hù)功能可以避免因煙道擋板意外卡死而損壞設(shè)備。

5.3 燃燒系統(tǒng)修理

舊式的燃燒器能耗高，采用人工點(diǎn)火方式，無(wú)法遠(yuǎn)控操作，故障率高，并且維修無(wú)配件。采用新型的德國(guó)威索燃燒器，為全自動(dòng)比例式調(diào)節(jié)機(jī)械霧化燃燒器，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。通過(guò)表1，可以看出新型燃燒器在點(diǎn)火方式和燃料油單耗方面都有很大提高。

表1 新舊燃燒器對(duì)比表

[＼&燃燒器類(lèi)型＼&點(diǎn)火方式＼&處理每噸混油燃料油消耗量（Kg）＼&2012年加熱爐檢修前＼&COM-OP燃燒器＼&人工點(diǎn)火（2人配合）＼&12.0（2012年8月）＼&2012年加熱爐檢修后＼&威索WK4080＼&遠(yuǎn)控/就地一鍵點(diǎn)火＼&8.9（2012年12月）＼&＼&＼&＼&＼&]

新型燃燒器具有優(yōu)化的燃燒過(guò)程：燃料油進(jìn)入到燃燒器后，首先在預(yù)熱器/燃油泵中加熱/加壓，經(jīng)過(guò)噴嘴的霧化作用和在爐膛中吸熱汽化后，與膛內(nèi)空氣混合形成燃?xì)饣旌衔铮?dāng)加熱到燃點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始燃燒。當(dāng)人工給出啟爐指令后，燃燒器的點(diǎn)火程序由西門(mén)子程序控制器啟動(dòng)并控制。

新型燃燒器具有完善的安全保護(hù)功能，當(dāng)檢測(cè)到燃油泵、助燃風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、燃油壓力的狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)熄火停爐。

5.4 吹灰系統(tǒng)修理

吹灰系統(tǒng)由吹灰器、吹灰管及相連管線組成，安裝在對(duì)流室側(cè)方。對(duì)流室積灰嚴(yán)重后將增加傳熱熱阻，降低加熱爐效率，增加煙氣流動(dòng)阻力，并且排煙溫度升高，影響加熱爐的出力與安全運(yùn)行。

本項(xiàng)目加熱爐采用2套WQD-Ⅱ型氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)式吹灰機(jī)。通過(guò)吹灰控制器可對(duì)吹灰時(shí)間、吹灰次數(shù)、啟動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)整。檢修過(guò)程中還可根據(jù)需要，對(duì)電磁閥、吹灰器進(jìn)行解體和清理保養(yǎng)。

5.5 氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)修理

舊式加熱爐采用5m3的氮?dú)夤尢峁┓€(wěn)定氣源，氮?dú)夤薅ㄆ谛枰饨拥獨(dú)馄垦a(bǔ)充氮?dú)?。從氮?dú)馄康降獨(dú)夤薜郊訜釥t爐膛的氣路，管線螺紋接口過(guò)多，再加上高壓儲(chǔ)氣，管線很容易發(fā)生漏氣，系統(tǒng)無(wú)法正常投用，存在嚴(yán)重安全隱患，并加大了維護(hù)人員的工作量和維護(hù)成本。分析氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)泄漏的主要原因?yàn)椋?/p>

①原國(guó)產(chǎn)電磁閥和手動(dòng)閥使用一段時(shí)間后，動(dòng)作不靈活、封閉不嚴(yán)；

②氮?dú)馄块L(zhǎng)時(shí)間使用后瓶嘴和接頭產(chǎn)生磨損，高壓部分密封不嚴(yán)，造成高壓氣瓶存不住氣，人員開(kāi)關(guān)高壓氮?dú)馄看嬖诎踩L(fēng)險(xiǎn)；

③戶外氮?dú)夤苈方z扣連接的部位經(jīng)過(guò)四季環(huán)境溫度變化，熱脹冷縮導(dǎo)致密封不嚴(yán)；

新修理后的加熱爐，采用制氮機(jī)一體撬座。

①氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)組成：空氣壓縮機(jī)—空氣緩沖罐—冷凍式干燥機(jī)—過(guò)濾器組—制氮裝置—氮?dú)饩彌_罐構(gòu)成。

②制氮裝置采用變壓吸附原理：利用碳分子篩（CMS）在一定的壓力下對(duì)空氣中不同成分的吸收率不同來(lái)分離氮?dú)狻?/p>

③采用1臺(tái)5m3氮?dú)鈨?chǔ)罐（儲(chǔ)氣工作壓力0.8MPa），替代現(xiàn)場(chǎng)的高壓氮?dú)馄拷M儲(chǔ)氣，解決高壓氮?dú)馄看娌蛔?、漏點(diǎn)多的問(wèn)題。

④選用可靠性高的進(jìn)口不銹鋼電磁閥，解決原國(guó)產(chǎn)電磁閥長(zhǎng)時(shí)間使用動(dòng)作不靈活密封不嚴(yán)問(wèn)題。用可靠性高的進(jìn)口不銹鋼焊接球閥代替國(guó)產(chǎn)手動(dòng)閥，減少了原管路螺紋連接和法蘭連接時(shí)泄漏點(diǎn)多的問(wèn)題。

5.6 儀表自控系統(tǒng)修理

舊式的儀表自控系統(tǒng)通過(guò)加熱爐前的一個(gè)配電柜進(jìn)行啟停爐操作，不能調(diào)節(jié)火焰大小，一旦加熱爐發(fā)生火災(zāi)有極大的安全隱患。新采用的儀表自控系統(tǒng)，具有如下功能：

①就地一鍵啟/停爐功能：爐前配置一個(gè)就地柜，實(shí)現(xiàn)燃燒器啟動(dòng)/停止，同時(shí)利用比調(diào)儀調(diào)節(jié)燃燒器負(fù)荷。

②遠(yuǎn)程一鍵啟/停爐功能：值班室配置一個(gè)儀表柜，可以接受爐控和站控的啟動(dòng)/停止，同時(shí)具有遠(yuǎn)程設(shè)定出爐溫度設(shè)定值功能。

③聯(lián)鎖停爐保護(hù)功能：控制系統(tǒng)對(duì)加熱爐關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，一旦有參數(shù)超過(guò)報(bào)警值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)聯(lián)鎖停爐，保證加熱爐處于較為安全的狀態(tài)。本加熱爐設(shè)有爐膛溫度高、排煙溫度高、出爐溫度高等多項(xiàng)聯(lián)鎖停爐保護(hù)。

④熄火保護(hù)功能：加熱爐熄火后，能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)是加熱爐最重要的功能之一。熄火后若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，燃料會(huì)繼續(xù)噴進(jìn)爐內(nèi)發(fā)生爆炸。本控制系統(tǒng)具備熄火自動(dòng)保護(hù)，一旦在點(diǎn)火或運(yùn)行時(shí)發(fā)生熄火，系統(tǒng)都會(huì)立即自動(dòng)關(guān)斷燃料閥，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

⑤通訊功能：威索燃燒器具有支持MODBUS RTU通訊協(xié)議的RS485/232物理口的通訊功能。通過(guò)在燃燒器與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可使得遠(yuǎn)控值班人員全面了解加熱爐運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警信息。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上一系列檢修措施，基本解決了加熱爐安全隱患高、自動(dòng)化程度低，能耗高和熱效率低的問(wèn)題。隨著煉油技術(shù)的發(fā)展和管理水平的提高，加熱爐還需在以下方面取得進(jìn)展：

①改進(jìn)燃燒控制系統(tǒng)，使得燃料燃燒狀況、煙道擋板的開(kāi)度、爐膛溫度、排煙溫度等集中管理，優(yōu)化操作，最大限度的提高加熱爐熱效率。

②充分利用對(duì)流室加熱混合油，最大化利用煙氣中的余熱預(yù)熱助燃空氣，優(yōu)化工藝流程，降低排煙溫度。

③應(yīng)用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、重量輕、體積小、隔熱效果好的保溫材料。降低加熱爐外壁溫度，減少熱量損失。

④提高運(yùn)行人員素質(zhì)和管理水平，定期對(duì)加熱爐和附屬設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

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