炼油企业工艺加热炉管理规范.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第66页 共66页1 范围 本范围规范对工艺加热炉的设计、操作、日常维护、常见故障诊断和处理、安全管理规定等内容明确了基本概念和管理要求。 编制本范围规范的目的是规范炼化企业加热炉设计、操作、维护，确保加热炉安全运行，提高效率。 本范围规范适用于中国石油天然气股份公司炼化企业加热炉管理。 2 规范性引用文件 ISO13705 石油天然气工业一般炼油装置用火焰加热炉 SH36-91 石油化工管式炉设计规范 Q/Y50-2002 石油化工工艺加热炉节能监测方法 Q/Y62-2003 炼油装置节能监测方法 中油石油质字2003279号 管式加热炉安全管理的若干规定和管式加热炉操作规程编写指南 3 术语及重要概念解释 3.1 加热炉及附件 3.1.1 加热炉 3.1.1.1 加热炉的一般结构 工艺加热炉一般由辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统以及通风系统组成。辐射室也称为炉膛，包括燃烧器和风道，炉管和炉管支撑，耐火衬里等。辐射室担负全炉热负荷的70%80%，主要传热方式是热辐射，是加热炉的主体部分。对流室包括遮蔽管，对流管，耐火衬里，管线支撑和挂钩，主要传热方式是对流。对流室一般担负全炉热负荷的20%30%，对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高。为了尽量提高传热效果，对流室多采用钉头管和翘片管。燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。回收方法分为两类，一类采用空气预热方式回收热量；另一类是采用余热锅炉回收热量。通风系统的作用是将燃烧用空气导入燃烧器。通风方式分为自然通风和强制通风两种。其它的附件设备包括火嘴、风门、防爆门、观火孔、烟囱、烟道挡板、空气预热器、鼓风机或引风机、吹灰器等。 3.1.1.2 加热炉的种类 加热炉按按辐射室的外观形状大致分为：箱式炉、立式炉、圆筒炉等。 3.1.2 燃烧器（火嘴） 燃烧器是将燃料和空气混合，发生燃烧，释放出工艺所需要热量的机械装置。燃烧器通常包括喷嘴、配风器和燃烧道三个部分。燃料喷嘴是供给燃料并使燃料完成燃烧前准备的部件。燃料油喷嘴的主要任务是使燃料油雾化并形成便于与空气混合的雾化炬。外混式燃料气喷嘴将燃料气分散成细流，并以恰当的角度导入燃烧道，以便与空气良好混合。预混式燃料气喷嘴是将燃料气和空气均匀混合后供给燃烧的。配风器调节并引入空气，使空气和燃料良好混合并形成一定的火焰形状。燃烧道一是给火焰根部提供高温热源以保证燃烧稳定；二是约束空气，使之与燃料充分混合；三是与配风器一起使用，使气流形成理想的流型。 按所用燃料的不同，燃烧器可分为燃料油燃烧器、燃料气燃烧器和油-气联合燃烧器三大类。按供风方式的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器。按燃烧器的发热量大小，可分为小能量和大能量两种，一般5.5 MW以上的属于大能量燃烧器。按燃烧的强化程度可分为普通燃烧器和高强燃烧器。 随着加热炉大型化的发展，如果采用一般燃烧器，不但数量多，管线复杂，操作和维护不易，而且炉管表面热强度和热效率都较低，因此，选用大能量的、高强化燃烧器是实现加热炉大型化的关键。 3.1.3 吹灰器 加热炉炉管表面沉积灰垢之后，热阻将明显增大，使热效率和经济性随之降低。炉管受热面上的积垢还将吸收烟气中的SO2和SO3，并在吸收水分后形成硫酸，从而加剧对炉管的腐蚀。管外积灰主要发生在对流室，在对流室采用翅片管和钉头管的加热炉或烧重油、污油的加热炉，必须设置吹灰器以清除对流段炉管积垢。常用吹灰器包括蒸汽吹灰器、声学吹灰器和激波吹灰器。 3.1.4 炉壳体和耐火衬里 加热炉有钢梁结构支撑的钢板外壳，钢结构内部有耐火衬里。外壳通常不是密封的结构，有很多开口，如观火孔，炉管开孔，火嘴开孔和人孔等。由于加热炉是在微负压的情况下操作的，空气将通过所有的开孔进入炉体，为了保持加热炉高效运行，因此，在操作时，其它的开孔应尽可能最小或密封。加热炉炉体由于有炉管、弯头箱、观火孔、防爆门、人孔等设施，必须经常对这些部位进行检查和堵漏。 耐火衬里保护钢壳体不被烧坏，并提供绝热减少热损失。在检查炉膛耐火衬里时，耐火衬里的顔色可以粗略衡量炉膛热平衡分布是否均匀，耐火衬里的暗色条纹表示有空气进入炉膛冷却了耐火衬里。 3.1.5 余热回收设备 提高加热炉热效率的措施之一是回收烟气余热。回收烟气余热的途径是利用低温介质吸收烟气的热量，如加热工艺介质、发生蒸汽或预热炉用燃烧空气。常用于余热回收的设备为空气预热器和余热锅炉。 安装空气预热器是回收烟气余热的一个重要途径。在对流室和烟囱之间装设空气预热器回收烟气余热，这样不但能提高加热炉热效率，节约燃料，而且空气经预热后，燃烧时能降低噪音，减少烧油火嘴的结焦现象。在加热炉排烟温度大于500时，安装余热锅炉回收烟气余热效果显著。 利用烟气余热预热空气的方案可分为间接预热空气和直接预热空气两种。间接预热空气有工艺分支物流预热空气、冷进料-热油预热空气、开式循环或闭式循环热载体预热空气等。烟气直接预热空气按其特点可分为间壁式和蓄热式两大类。工艺加热炉通常使用间壁式空气预热器，间壁式空气预热器是指烟气将热量连续不断地通过固体壁传给空气的预热器，如管式空气预热器、热管式空气预热器、板式空气预热器等。3.2运行参数3.2.1炉膛负压炉膛负压是由于炉内烟气密度与大气的密度差而引起的，是炉内任一点的实测值。炉膛负压的单位可以用毫米水柱（mmH2O）或帕（Pa）表示。炉膛负压的存在使空气能够通过火嘴或其它的开水口进入炉体，热的烟气从烟道排出。炉膛负压的第一测量点一般在辐射段的顶部即炉膛拱顶部位，保持此处很小的负压即可确保整个加热炉内为负压。此处要安装负压表，随时检测加热炉运行参数。负压的第二测量点在火嘴平面上，这一点能够监控所有的火嘴有充足的抽力，使燃烧空气供应正常。负压的第三测量点在对流段烟气出口处，一般设在烟道挡板下面，将着一测量点的压力和炉膛的压力值结合考虑，可以确定通过对流段管束的压力损失，能帮助判断对流段是否发生损坏或结垢。加热炉炉膛负压可以通过调节烟道挡板来控制。由于火焰不稳定，仪表导压管漏或堵塞，导致管内存有燃烧生成的水，都会使负压表读数产生误差，所以要定期对负压表进行检查和校验。3.2.2过剩空气或过剩氧含量过剩空气定义为高于完全燃烧的化学配比供入的空气数量，表示为百分数。过剩氧含量容易测量，用于代表过剩空气，它能反应出燃料的燃烧状况。为了保证氧气测量的准确性，应从辐射段出口即炉膛拱顶部位采烟气样，采样探头应深入到距炉壁460毫米或更远的位置。可以通过调节过剩氧含量来控制燃烧效率。另外为了计算加热炉热效率，应该在烟气排入大气前测量氧含量。氧含量测量可使用手提式氧分析仪或在线氧分析仪。手提式氧分析仪用于现场烟气分析，在烟气入口一般都有一个干燥剂腔，可以吸收水蒸汽保护分析仪内腔，这种仪器提供了烟气的“干基”分析。利用氧化锆在线连续分析时，因烟气中含有水蒸气，称之为湿烟气。由于加热炉对流段可能漏入空气的部位较多，因此，从辐射段炉膛出口采样要比在对流段出口采样更能代表燃烧的状况，所以在线氧分析仪应设在辐射段出口。由于采样管线渗漏或堵塞会引起氧分析仪读数波动或产生误差，从气体燃烧产物冷凝下来的水进入氧分析仪会导致仪器损坏，所以烟气取样管要进行保温，分析仪应由仪表技术人员每月校正一次，或根据制造厂家的要求定期校正。3.2.3燃料的流量和压力通过控制燃料的流量和压力，可以控制加热炉的燃烧放热量，调节加热物流的工艺温度，燃料压力是影响燃料和空气混合的主要动力。制造商应提供火嘴在给定的燃料组成下燃料压力对应的放热量曲线，即火嘴特性曲线。该曲线由厂家通过专用设备来测得，火嘴特性曲线指示出保证燃料稳定燃烧的燃料压力范围。当火嘴安装在加热炉以后，燃料压力上下限值应该重新检查，通常只检查压力的下限值，在压力下限以下时，供应到火嘴的燃料量不足，不能保证加热炉的安全操作。燃烧器特性曲线应由制造商进行实际测定并提供给客户。气体火嘴的设定压力一般为0.10.2MPa，油火嘴的压力在0.61.0MPa，雾化介质的压力恒定在0.51.7MPa或者压力控制在高于燃料压力0.10.2MPa。燃料和雾化介质的压力测量点应设在控制阀后到火嘴手阀之间，并在单个火嘴阀全开的情况下检测。长明灯的燃料压力一般设定在恒定值0.0350.1MPa，数值大小取决于长明灯火嘴的种类。3.2.4燃料温度燃料气温度可以是低于燃料自燃温度的任何值。通常燃料气的温度为25到82。由于燃料气温度影响其密度，在相同的加热负荷下会影响其流量和压力。温度低，燃料气管线上会有凝液产生，所以需要气液分离设备，避免液体带入火嘴，影响火嘴正常运行。较重的液体燃料可用温度来控制液体的粘度。生产厂家一般要求油火嘴中油品的粘度为0.043Pas，燃料油管线必须很好地保温隔热，以保持燃料加热器与火嘴之间的温度。3.2.5燃烧空气温度空气的温度变化，会引起密度的变化，影响火嘴的正常供氧量，造成燃料没有被充分燃烧或氧气过剩，降低炉效率。这是需要调节烟道或风道挡板以及火嘴的风门来改变空气量。一般情况下，自然通风式加热炉空气的温度为环境温度。有空气预热器的强制通风式加热炉，空气预热器预热后的空气温度一般在150以上。实际生产中应避免冷空气对预热器的低温露点腐蚀。3.2.6炉管温度当炉管温度上升时，炉管的强度变差，为了安全操作，延长炉管寿命，避免炉管损坏，必须限定炉管表面的温度。由于炉管内部结垢而造成炉管局部高温，在炉管上出现红色或银色的小块，表示炉管局部过热，很容易被肉眼观察到。如果发生炉管局部过热，应调节加热炉的操作，降低炉管温度，也可以考虑清洗炉管。炉管局部过热的清洗方法：一是在平衡其它段炉管进料量的情况下，增加过热段炉管的介质流量，加快炉管内的对流传热，降低炉管表面温度；二是增加过剩空气以减少在辐射区的换热效果，降低气体传递到炉管的能量；三是如果炉管局部过热是由火焰舔炉管造成的，应关小或关闭该处火嘴阀门，对燃烧器进行检查处理。3.2.7工艺流体参数 工艺流体参数有流量、降压、进出口温度，这些参数都要进行监测。工艺流体可以冷却炉管，保持炉管一定的温度，如果流体的流量接近设计流量，可以避免发生炉管过热问题，当加热炉进料负荷超过75%时，流经各段炉管的流量几乎相等，变化不超过10%。当加热炉低负荷时，可能造成炉管内流体偏流，导致炉管受热不均匀，造成炉管过热而损坏。4 管理内容与要求 4.1 对工艺加热炉的设计要求 4.1.1 工艺参数优化 （1）辐射管表面平均设计热强度应根据已有的设计经验确定，单面辐射、单管排可按下表选用；双面辐射、单管排可取表中数值的1.5倍。（2）管内冷油流速和结垢热阻可按下表选用。单面辐射，单管排辐射管表面平均设计热强度管式炉名称平均设计强度W/m2所有立管炉立式炉或水平管箱式炉常压蒸馏炉30000370002600044000减压蒸馏炉24000310002900037000催化裂化炉24000310002900037000焦化炉-2900032000催化重整炉25000320002900037000预加氢炉2400035000-减粘加热炉23000270002800031000加氢精制炉2300027000-脱蜡油炉2300031000-丙烷脱沥青炉800023000氧化沥青炉1600020000酚精致炉1700023000-糠醛精致炉1700023000-蒸汽过热炉2800035000冷油管流速和结垢热阻管式炉名称冷油流速Kg/m2s结垢热阻m2/W常压蒸馏炉100015000.0005减压蒸馏炉气化前100015000.00070.0012催化裂化炉100015000.0005焦化炉120018000.00070.0012催化重整炉902000.00026预加氢炉2505000.000260.00052减粘加热炉140020000.00070.0012加氢精制炉2505000.000170.00034脱蜡油炉120015000.00034丙烷脱沥青炉120015000.00034氧化沥青炉120015000.00070.0012酚精致炉120015000.00034糠醛精致炉120018000.00070.0008注：减压蒸馏炉出口炉管应按等温气化的要求扩径，并且其流速不得超过临界流速的80%。（3）管式炉辐射室的体积热强度，在燃油时应小于124kw/m3；燃气时应小于165 kw/m3。 （4）对流室的烟气质量流速可采用1.03.0 Kg/m2s，当采用引风或为满足环保要求采用高烟囱时，质量流速应选用上限。 4.1.2 控制系统设计要求 一般来讲控制系统的主要目的有如下三点：a. 维持对物料热传递的效率。 b. 维持一可以控制的燃料燃烧效率。 c. 保证加热炉操作的安全。 从控制原理来分析加热炉，主要被控变量为被加热物料的炉出口温度、加热炉进料的流量、炉膛压力等；操作变量一般为燃料的流量等。以上这些变量通常用于控制、指示、记录、报警、联锁等，在考虑这些变量的安装位置时，除了应能正确反应加热炉的实际工况外，同时应考虑易于操作工人观察、维修，以降低劳动强度。对于温度、压力等信号除了应有远传信号外，还应安装就地仪表以便就地检测。 4.1.2.1 温度监控 4.1.2.1.1 加热炉的温度监控点 加热炉温度控制实质上是一个传热的控制问题。一般加热炉温度测量根据安装位置分为以下五个类型： 1） 炉膛温度 炉膛温度一般指烟气离开辐射室的温度，代表了炉膛内烟气的温度，是操作加热炉的一个很重要的工艺指标。炉膛温度高，辐射室传热量就大，但炉管容易结焦，甚至烧坏炉管、炉衬和管架。所以炉膛温度是保证加热炉长周期安全运行的指标之一，一般控制在820870以下。为了能准确反应炉膛温度，测量元件安装时应避免受燃烧器火焰舔烧，也不应安装在烟气流动的死区，根据石化行业的规定，加热炉炉膛测温元件，水平安装时热电偶插人深度如过长，悬臂长度过大，保护管会受热变形下垂，甚至烧坏，因此最大悬臂长度不超过600mm：测量元件超过炉管50100mm就能够测出炉管靠近火焰侧的烟气温度，太长会把保护管烧坏。热电偶补偿导线的耐热温度不超过105，在100下具备温度补偿性能，因此热电偶的接线盒应放在回弯头箱绝热层外。炉膛中的介质为高温烟气，热电偶套管在选材时应选用能耐热、抗氧化、抗酸的材质，在石化行业一般选用GH3030为套管材质的耐磨热电偶，其长期使用最高温度可达1100。 2）对流段温度 对流段温度测量，是为了监控加热炉效率及把操作温度限制在炉管及支撑管板的材质所允许的范围以内。烟气离开对流段温度通常在300450以下，尽管对流段的温度没有辐射段高，但许多炼油厂仍在对流段采用与辐射段相同材质的热电偶。 3）排烟温度 排烟的温度测量能对加热炉的总效能进行评价，同时也可根据它把温度保持在烟囱构质允许的范围之内。排烟温度高，烟气带走的热量就多，热效率就低。排烟温度又不能过低，因为排烟温度受入炉油品温度的限制，排烟温度和入炉油品温度应有一定温差（100150），若温差太小，对流室传热效果就不好。从材质要求来讲，温度偏高，可能导致使用年限降低，甚至可能直接导致炉管破裂；温度如果在露点以下，由于烟囱里有二氧化硫与三氧化硫等酸性气体，则会引起严重腐蚀。测量排烟温度的热电偶应带有保护套管，一般应安装在烟道尾部或在接近与烟囱连接的位置距炉体烟气出口12m的烟道上；设有余热回收装置的加热炉可布置在余热回收装置烟气出口0.5m左右处。最好与烟道气的取样点布置在同一烟道截面上，这样烟气取样和测温可同步进行。多烟囱式的加热炉在每个烟囱内部都应有温度测量点。同理，如果一个公共的烟囱用于几个加热炉，每一个加热炉的烟道尾部都应有温度测量点。 4）炉管表面温度 加热炉炉管表面热强度可以从炉管温度反应出来。同时应把操作温度限制在炉管材料限制范围（例如抗蠕变或抗腐蚀性能）内。因此采用表面热电偶测量炉管表面温度是必不可少的。表面热电偶等同于给热电偶安装个管形的、矿物质绝缘的护套，且其挠度足以适应加热炉炉管的膨胀。保护套材料必须能耐腐蚀和抗脆裂。一般采用CH3030型护套材料，外径12.7mm、壁厚3mm、氧化镁绝缘材料、IEC-K分度号的表面热电偶在实践中证明具有令人满意的效果。 表面热电偶的测量精确度取决于热电偶的安装位置及安装方法。安装位置应在炉管最高温处（即火焰高度的上1/3处，向火面中央点），如炉管两面均有火嘴，可安装两个对称的热电偶，但应避免火焰直接舔烧，同时膨胀固定直径约为2倍炉管直径。其安装方法是先清除管子上的锈皮和氧化物（清除时以沙磨为优，不应用金属丝刷），然后在炉管表面焊接一垫板，所采用焊条应考虑炉管构料及热电偶材料的要求，在焊接时应保证热电偶的刀刃平行紧贴垫板，表面式热电偶安装见下图。 加热炉压力不高，同时为了能够调整热电偶伸入炉体长度，前三种热电偶安装形式，一般采用光杆式热电偶。位于加热炉本体上的热电偶套管一般为PN0.6 DN40的法兰及配对的法兰盖和螺栓、螺母，根据到货的热电偶直径，在法兰盖上现场钻孔，待热电偶安装调整完插入深度后再与法兰盖满焊。 5）被加热物料出口温度 对于加热反应用的炉子，其反应进行的程度是反应温度的函数；对于纯加热用的炉子，被加热物料温度的高低直接影响下游工序操作工况的稳定和产品质量。温度过高，会使物料在加热炉炉管内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。基于以上原因，被加热物料出口温度是加热炉被控变量中最为重要的，只有保持一个稳定的数值，才能满足下游工艺的要求。如果供给物料的热量全部为显热，则测温点安装在炉出口管上；如果供给物料的热量大部分为潜热，则测温点应向前移至温度反应快的地方。为了保证装置长周期运行，一般应设置两个测温点，一点参与控制及联锁，另一点备用。 4.1.2.1.2 加热炉的温度控制方案 在温度控制回路中，对象为多容过程，对于加热炉温度控制，应根据其特性选用合适的控制系统结构。加热炉对于温度的响应，过程本身较为缓慢，则调节器可以选用比例积分微分调节器，积分时间可置于几分钟，微分时间可相对短一些。石油化工加热炉对物料出口温度控制指标的要求相当严格，一般要求波动小于12。影响加热炉出口温度的主要因素有：（1）进料流量；（2）进料温度；（3）进料组成； （4）燃料总管压力；（5）燃料热值； （6）炉膛温度的相互影响； （7）燃料油雾化程度改变等等。 针对干扰种类及干扰程度的不同，具有多种控制方案，常见的加热炉温度控制方案有以下几种： 1）温度单参数控制 对于被加热物料出口温度要求不高，而且燃料总管压力比较稳定的情况，可采用此方案，根据加热炉物料出口温度直接调节燃料量。采用此种方案，优点为控制简单，投资少；缺点为加热炉将物料从几十度加热到几百度，热负荷很大，当燃料的压力和热值稍有波动，炉出口温度就会显著变化；同时当加热量改变后，由于传热及测温元件的滞后，调节作用不及时，炉出口温度波动很大。 2）加热炉物料出口温度燃料的流量/压力串级控制 对于大多数被加热物料出口温度要求比较严格，同时进料各类参数稳定的加热炉，主要可控干扰因素是燃料热值，而对于性质稳定的燃料来说，热值控制可转化为燃料流量的控制。因此采用被加热物料出口温度控制回路作为主回路，燃料流量调节作为副回路，利用副回路来及时测量到燃料流量波动的干扰，并加以控制，这样由于凋节和反馈的通道都缩短了，因而加热炉出口温度的超调量减小，从而提高控制质量。从控制理论来说，串级控制系统副回路克服干扰的能力比单回路克服干扰的能力提高较多，对于主回路的干扰，虽然副回路不能直接克服它，但由于副回路减小了时间常数，改善了对象动态特性，加快了调节过程，因而也减少了动态偏差。同时，以燃料流量作为副回路的优点在于可以了解燃料的消耗量，有利于装置运行时试验和核算。在使用燃料油作为燃料时，因为物料粘度比较大，虽然可用以下方法测量燃料油流量，但都不太理想： a. 采用锐孔板，冲灌隔离液（需加强保温伴热，操作、维护麻烦）； b. 采用锐孔板，注入冲洗油（冲洗油随燃料燃烧，不经济）： c. 采用靶式流量计（简单易行，但次投资偏大）； d. 采用整体楔式流量计（不能在线拆装）； e. 采用齿轮流量计（一次投资偏大，同时流量计对燃料清洁度要求高） 基于上述原因，同时考虑到燃料油流量的变化可以线性体现为燃料油管线压力变化，如工艺对流量没有特殊要求，这时可采用燃料油压力调节作为副回路。燃料油压力调节作为副回路的控制方案较燃料油流量调节作为副回路的控制方案，优点为测量简单，缺点为燃烧火嘴的结焦有可能造成调节阀后压力升高，造成误操作。 3）加热炉物料出口温度炉膛温度串级控制 燃料油热值、进料流量，进料温度等干扰因素的影响，首先将反应为炉膛温度的变化，以后才影响到炉出口温度，而前者的滞后远较后者小。可以把炉膛温度控制作为副回路，被加热物科出口温度控制为主回路组成串级回路。这样就把原来滞后的对象一分为二，副回路起超前作用，当干扰因素反应到炉膛温度时就迅速调节，保持被加热物料出口温度的平稳。应注意，为保护设备，炉膛温度不应有较大的波动，所以在参数整定时，对于副控制器不应整定得过于灵敏，且不加微分作用。此种控制方案对下述情况更为有效： a. 热负荷较大，而热强度较小。即不允许炉膛温度有较大波动，以免损坏设备。 b. 当主要干扰是燃料的热值变化（即组分变化）时，其他串级控制方案的副回路无法感受。 c. 在同一炉膛内有两组炉管，同时加热两种物料。此时虽然仅控制其中一组温度，但要求另一组亦较平稳。d. 双斜顶方箱式管式炉，其关键点为能找出温度变化反应快而又能代表炉膛温度的测温度点。 4）加热炉的前馈反馈控制 加热炉有时会遇到生产负荷即进料流量、温度变化频繁，干扰幅度又较大的情况，此时采用串级控制方案难以满足生产要求，而采用前馈反馈控制系统，往往是行之有效的。前馈控制部分克服进料流量（或温度）的干扰，而反馈控制克服其余干扰。 4.1.2.2 压力控制 1） 加热炉炉膛压力 负压通风的加热炉的炉膛压力值是保证燃料燃烧良好的主要控制参数，一般通过调节烟囱挡板开度控制炉膛压力。为了检测炉膛负压值，一般分别在烟囱、对流段、辐射室安装导压管，利用一台微差压变送器在集合管上进行负压测量，远传至控制室来监控。 2）常明灯燃料的压力 使用燃料气的加热炉通常设置常明灯，常明灯燃料气的压力由自力式压力调节阀维持正常。此方案的优点在于节省了接线及控制室二次表等，简化了控制系统并节省投资。 3）燃料压力 在燃料总管设置压力开关或压力变送器，对燃料系统压力过低进行联锁，防止燃料压力低回火；同时防止燃料气压力过高，引起喷嘴脱火或灭火。此方案缺点为不能正确反应燃烧器入口压力。在燃烧器前设置压力开关能正确反应燃烧器压力，缺点为在开工时必须将此开关“旁路掉”，才能正常开工。 4）燃料油及雾化蒸汽压力 为保证燃料油被充分雾化，必须控制好燃料油与雾化介质之间的流量比，由于重油流量测量比较困难，此问题转化为控制它们的压力比。从加热炉燃烧要求来说，如雾化介质压力过高，会浪费燃料和蒸汽，使加热炉效率降低；而雾化介质压力过低，雾化效果不好，燃烧不完全，也将降低炉子热效率。在燃油压力变化不大的情况下，采用雾化蒸汽（空气）压力定值调节可满足燃烧要求。假如燃料油压变化较大，单采用雾化蒸汽（空气）压力控制将不能保证燃料油得到良好的雾化，可采用如下控制方案： a. 根据燃料油阀后压力与雾化蒸汽（空气）压力之差来调节雾化介质； b. 采用燃料油阀后压力与雾化蒸汽（空气）压力比值控制。 上述两种方案，只能保证近似的流量比，只有保持喷嘴、管道等通道的畅通，防止喷嘴堵塞及管道局部阻力发生变化，才能实现有效的控制。 4.1.2.3 进料流量控制 4.1.2.3.1进料流量单参数控制 对于一个具体的加热炉、有一推荐的冷油流速。冷油流速大，有利于传热和防止炉管内结焦，但油料通过加热炉的压降大；冷油流速小，不但影响传热，更重要的是易造成炉管结焦，缩短开工周期。根据不同工艺及炉型，应有不同的合适的冷油流速，即应确定合适的进料量。对于能够测量进料流量且上游装置出料没有限制的加热炉，为稳定加热炉的工况，设置单参数控制。当加热炉采用多路进料时，为保证各路流量均匀，各路进料一般采用同样的设定值，保证各路炉管通过等量的物料，带走热量，不致偏流，避免炉管结焦。一般选用孔板加差压变送器进行流量测量，对于管径较大的管道，孔板造价较高，可采用插入式流量计（阿扭巴、靶等）进行测量。从安全角度考虑，为避免流体在炉管内结焦，调节阀一般选用事故开阀（FO）。 4.1.2.3.2上游设备液位与进料流量均匀控制 石油化工工业具有连续性，往往既要保持加热炉进料稳定，还要保持上游设备液位稳定。在此情况下，通常希望上游设备液位与加热炉进料流量组成串级均匀控制。具体作法为上游设备的液位调节器一般采用纯比例控制，有时可用比例积分控制，比例度要大于100，并且积分时间也要放得相当大，不能加正微分作用，同时在控制区间规定一死区，当液位在设备允许范围内波动时，调节器输出不变，加热炉进料可视为简单定流量控制器进一步缓慢改变调节阀的开度，使液位与流量两个变量都在规定范围内缓慢均匀的变化。 4.1.2.4 烟气氧含量测量 为了保持加热炉高效运行，希望保持正确的燃料空气之比，既维持足够的空气量以保证燃料能完全燃烧和安全操作，又防止空气量过大带走热量使加热炉效率降低，并影响燃烧器的性能。燃料空气的比率可转化为实际空气量理论空气量，即过剩空气系数。测定烟气中的氧含量通常有两种方法。一种是将烟气抽出，用奥氏气体分析器进行分析；另一种是利用氧化锆分析仪直接插人烟气中进行在线分析。将烟气抽出分析时，因烟气中所含水分已经冷凝，基本为干烟气。而利用氧化锆在线分析时，因烟气中含有水蒸气，称之为湿烟气。在按烟气含氧量确定过剩空气系数时，应根据烟气分析方法的不同，分别按干烟气和湿烟气进行确定。为了减轻操作难度，在投资允许的情况下，一般采用烟气氧含量分析仪来连续测量氧含量，作为手动或自动调节空气入口挡板开度的依据。具体作法为采用氧化锆分析仪（一般量程为125），测出氧含量，然后根据氧含量求出过剩空气系数。一般加热炉烧燃料油时，应使保持大约在1.3；烧燃料气时，应使保持大约在1.1。如果值过大，将降低热效率，且易使炉管氧化；如果值过小，容易造成回火伤人和不完全燃烧。4.1.2.5 附属设备的控制 1）气动自控快开风门 以电信号为控制手段，以压缩空气为动力，配置在强制通风燃烧器前的热风道上，在直形风道上全方位安装，在环形风道上宜为顶面与底面（指开孔位置）安装。 2）烟囱挡板 设置在加热炉的直立烟囱上，用于控制烟囱抽力，保持炉膛负压通常为-2-3mmH20。烟囱挡板不宜用于截断烟气。一般分为电动、气动控制两种。如采用气动控制，则应选用气动付线指示仪加长行程执行机构及挡板的型式，它可把控制信号转变为转角输出，从而控制挡板开度。 3）风机调节门 为了维持加热炉合适的过剩空气系数，就要根据烟气氧含量，调节风机流量的大小。风机流量可用风机调节门调节，它轴向安装在进风口前面，有时还可直接控制风机转速，调节风量。 当加热炉采用强制通风时，因为空气的流量易于测量和调节，使燃料流量与空气比率的控制大大得到改善，有利于实现环保的要求。先进的加热炉控制，燃料流量和空气流量为一比值调节，当负荷变化时，始终保持过量的空气。采用高、低选择器的联合动作，在负荷增加时，使空气先于燃料增加；而在负荷减小时，使空气滞后于燃料减小。从而防止加热炉冒黑烟，达到环保的目的。 4.1.2.6 火焰检测器的设置 在石油化工企业，加热炉如果点火不成功或在正常燃烧时发生某种阶跃干扰，可造成突然熄火或火焰减弱。在熄火时若不及时切断燃料，就可能造成爆炸事故；而火焰减弱，应该及时调整燃料与风量的配比，才能有效节约能源、保护环境。 为了解决上述问题，在加热炉上常采用火焰检测器来准确反应加热炉内火焰的状况。火焰检测器的原理为：当燃料燃烧时，会产生一定强度的红外线、可见光、紫外线，根据火焰的光谱分布情况采用不同的检测器，可以接收光及火焰闪烁的特征频率信号，并输出发生相应的变化。选用方法见下表（各类燃料燃烧时产生光谱对比表），紫外火焰检测器稳定性好、灵敏度高、抗干扰能力强，一般情况下推荐选用，但考虑到投资等其他因素，也可采用可见光检测器与红外检测器,提高联锁系统的安全度及可用度。各类燃料燃烧时产生光谱对比表序 号燃 料红 外 线可 见 光紫 外 线123天然气炼厂气炼厂油低低高中高高高高中如果投资允许，也可采用炉膛火焰电视监视装置。其装置通过一套伸到炉内并且能耐炉内高温的光学镜头，提取炉内火焰信号，经过一系列输像系统传输到摄像机靶面，再经输像电缆传到控制室内的监视器，运行操作人员可在控制室内通过电视荧屏清晰地看到加热炉内燃料燃烧的真实情况。 火焰检测器在安装时应注意以下几点： a. 火焰检测器应对准火焰的l/3处； b. 在多火嘴燃烧炉每个火焰检测监视个火焰的情况下，火焰检测器在安装时一般应带有引导管（引导管越短越好），防止各火嘴火焰之间的相互干扰； c. 应带冷却装置、风冷采用净化风、无净化风可采用夹套水冷装置。4.1.2.7 加热炉的报警联锁 对于有多个燃烧器或多种燃料或在工艺流程中处于关键地位的加热炉；为确保加热炉安全地运转、点火和熄火，应该设置报警，联锁等保护仪表。可以由操作人员纠正的接近极限的一次仪表与执行报警的仪表分开，尽管有时测量点相同； 为了保证联锁系统的高度可靠性，设计时应充分考虑如下几点： a. 系统应为事故安全型（失电动作）； b. 系统的安全等级与装置的安全等级相匹配； c. 合理考虑输入/输出卡件的冗余配置和现场一次动作元件的冗余设置； d. 有足够的操作员接口，有自动/半自动（手动）灵活的操作手段；有足够的旁路维修。 4.1.2.7.1 加热炉常规联锁项 1）燃料压力低 燃料压力低于能使燃烧器保持稳定的压力。 2）进料量低 最好切换到最低限度的燃烧速率，或在某些情况下，设置自动停车。 3）燃烧器熄火 对既没有可靠的燃料气压力低联锁，又不经常监视的小型加热炉，应考虑使用双向确认型火焰检测器，在确认燃烧器熄火时，自动联锁停车，避免单火焰检测器失灵所引发的误动作，增加系统安全度和可靠度。 4）雾化蒸汽压力低 当使用燃料油时，雾化蒸汽压力低会引起火焰减弱甚至熄火状况。 5）烟风系统失灵 对带有强制通风设备（鼓风机、引风机）、空气预热器的加热炉，除非加热炉可以在自然通风或炉膛正压下操作，否则在风机故障时需停车熄火。如果允许自然通风操作，则可以通过打开设置在强制通风燃烧器前热风道上的快开风门，改强制通风为自然通风，保证加热炉继续操作。 如果上述情况发生，减少燃料量将燃料管路的调节阀关至最小允许开度，而停车一般要切断燃料。对于电动执行机构，直接输出切断信号至电动切断阀，切断燃料；对于气动执行机构，当产生切断信号时，三通电磁阀线圈失电，净化风放空，执行机构闭断燃料、气动切断阀可选用气动调节阀，对于泄漏量要求严格的场合，可选用气动切断球阀或气动切断闸阀。 4.1.2.7.2 加热炉常规报警项 1）燃料压力低 当燃料压力下降到接近将使燃烧器操作不稳定的工况时应报警。对燃料气管线，一般在燃料气调节阀与燃烧器之间设置压力开关，以便检测出燃料气源的低压情况。 2）燃料压力高 燃料压力太高会引起过渡燃烧。 3）排烟温度高 排烟温度高一般是由不良操作引起，也可能由加热炉管泄漏、空气顶热装置损坏造成。 4）火焰减弱 可以用对紫外辐设敏感的火焰检测器检测。 5）被加热物料出口温度高 物料出口温度过高会引起或预示运行、操作中有不当之处。 6）炉管表面温度高 过高温度将使炉管材质损坏。如果刀刃式表面热电偶和炉管表面脱开，也会导致温度读数高。 7）炉膛压力高 炉膛压力升高导致火焰外泄等危险，另外，炉膛压力高往往也反应出引风机故障、调节挡板失灵。 8）进料量低 加热炉的进料量低，会导致炉管过热，加速炉管事故的发生。 9）雾化蒸汽压力低 在使用燃料油时，如果雾化蒸汽压力低，会引起燃料油雾化效果降低，导致火焰减弱、不稳定或不完全燃烧。 4.1.3 检查、检测点的设置 4.1.3.1 仪表接管应根据下列条件设置 测温和测压仪表接管应设在空气预热器烟气和空气的进出口管道处； 4.1.3.2 烟气和空气通道上的仪表接管应按下列规定设置 1）与空气预热器相连烟风道上的测温和测压仪表接管和取样口的位置应按第4.1.3.1条的规定设置； 2）对流室加热多种介质时，应根据需要在每种介质的进出口部位装设测温点； 3）圆筒炉辐射室盘管节圆直径大于6m或节圆直径大于4m、且有几路并联盘管时，在炉膛的适当部位宜装设高温热电偶测温点（仅有一个燃烧器时除外）； 4）辐射室和对流室烟气侧的仪表接管，除应符合本条第二和第三款的要求外，其数量不应少于下表的规定。有其他要求时，可另外增设。部 位测 温 点测 压 点烟气取样口 辐射室下部 辐射室出口或对流室入口 对流室出口 烟囱挡板下部-21-111-11-注：沿炉膛长度或管长度每隔6米应设一个测温点和测压点。多室管式炉共有一个对流室时，应在每个辐射室出口装设各种仪表接管。5）管式炉炉膛热电偶末端插入炉膛的深度至少应超过壁管50l00mm，但热电偶的悬臂长度不宜大于600mm； 6）其他部位热电偶的水平插入深度应为插入部位宽度的三分之一，但悬臂长度一般不大于800 mm； 7）辐射室和对流室的测温点和测压点，在穿过炉壁处应设18Cr8 Ni型不锈钢管。测压管外端应备有六角头丝堵。测温管外端应备有中间开有小孔（与热电偶套管匹配）的盲板法兰； 8）烟气取样口的套管应伸入炉膛内表面40mm。 4.1.3.3 工艺流体侧的仪表接头应按下列规定设置 1）管式炉从对流到辐射的转油线上应设置测温点套管接头； 2）管式炉进出口部位的测温点和测压点均应设置在与之相连接的炉外工艺管线上。故在无特殊要求时，在管式炉盘管系统的进出口部位不设置仪表接头。 4.1.3.4 管壁热电