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加热炉的安全问题

    一、石油化工生产的加热炉
    石油化工生产中所使用的加热炉常采纳管式加热炉，炉型有多种，但其一般由四个部分构成，分别是辐射室、对流室、烟囱和燃烧器。在辐射室和对流室内装有炉管；在辐射室的底部、侧部或顶部装有燃烧器。先进的加热炉还有烟气热量回收系统，空气和比的控制调节系统等。在设备运转中，低温物料经对流室炉管和辐射室炉管，在炉膛内吸热升温，出加热炉时达到所需的工艺要求。
    管式加热炉也可以作为反应器使用，如烃类裂解反应器等。在这种场合的炉型往往更为复杂，炉管往往采纳异形管，但基本原理不变。
    加热炉所使用的燃料主要是液体和气体燃料，有燃料油、液化石油气、天然气等。如果将燃料与空气混合后再经燃烧器喷嘴进入辐射室燃烧，其燃烧速度快，燃烧完全，热效率高，加热均匀，炉管不易结焦与破裂。这种炉子燃烧时无火焰，称为无焰燃烧炉，是一种较先进的加热炉。
    二、火灾危险性分析
    管壁常由于热交换面局部温度过高、材料的机械强度降低、金属出现屈服和不可恢复的变形、管壁变薄，导致管壁破裂或洞穿；炉管过热常常发生在有各种积垢〔焦炭、盐类等〕或其他传热差的外来杂技的管段。炉管外表面受到空气中氧的作用和燃烧产物中硫化物的作用而腐蚀，且腐蚀速度随空气供给系数和管表面温度的升高而升高；炉管内表面受到高温物料及其所含杂技的腐蚀，还会受到流动物料的机械磨蚀。物料压力增设的原因主要是由于管内结焦和盐的积垢，使系统流体阻力增加的结果。
    管式加热炉的回弯头也是容易发生泄漏之外。物料外泄的状况有：管子和回弯头连接不严密；回弯头受到损坏；塞在回弯头壳体的塞子贴得不严密；塞子脱落等。

    燃气、燃油的加热设备，其炉膛空间可能发生爆炸。发生爆炸有两种状况：一是发生在点火开工阶段，假设供燃料管道的燃料或管式加热炉炉管内的可燃物料漏进炉膛，可能与空气形成混合物；二是燃烧器或喷嘴的火焰突然熄灭而燃料持续供应时发生爆炸，烽火的原因有多种，如水进入液体燃料而形成“水塞〞，或者气体燃料管中产生了凝结水，临时中断进料也可能发生烽火现象，熄火后，进入炉膛的燃料蒸发，其蒸气和空气可形成爆炸性混合物。

    当空气不够，不能保证燃料完全燃烧的状况下，加热炉的烟道内可能发生爆炸。燃料不完全燃烧的产物含有的燃气，特别是氢、一氧化碳，和空气混合能发生燃烧爆炸。燃烧过程处于不正常状态也会发生不完全燃烧。通过砌炉不严密处空气能够被入烟道。

    石油化工生产的加热炉操作温度较高，物料黏度又较大。如果物料在炉管中流量较低，停留时间炉管壁温过高，极易在炉管内结焦。结焦一方面使炉管导热不良，引起局部过热，管壁温度升高，严重时导致炉管烧穿，介质大量泄漏，引起燃烧爆炸事故；另一方面使炉管内径变小，阻力增大，引起进料压力增加，同样引发火灾爆炸事故。

    加热炉是采纳明火对炉管内的原料进行加热，炉管内充满高温、高压物料，要求工艺系统必须稳定操作。如果工艺参数控制不当，如炉管进料流量不均匀，偏低，物料黏度无穷大，燃料油、气压力无穷大，燃烧器火嘴燃料压力过大，炉膛和炉管温度过高，加热炉出口温度过高，炉膛产生负压等，都有可能导致火灾爆炸事故。
    7火焰会很快沿着可燃性混合物向事故发生地蔓延；可燃性混合物还可能被吸入炉膛，在炉膛内着火，并向事故发生地传播。管式加热炉管冷却速度较慢，从1000℃冷却至250℃需3～6小时，因此，即使燃烧器熄火之后，加热炉仍可能成为引火源。
    三、防火防爆安全措施

    加热炉宜集中布置在装置的边缘，并且位于可燃气体、液化烃、易燃液体设备的全年最小频率风向的下风侧。加热炉和相邻设备〔装置〕之间要留有不小于规范要求的防火间距。炉子和具有火灾爆炸危险的露天装置之间可布置封闭型的无危险的工艺生产的房间，这样的建筑物是一种特别的保护屏障。

  加热设备的房间应单独设置，其建筑应为一、二级耐火等级。房间的门应防火门，如确定生产需要设在厂房内，房间门应直通室外，并且应用砖墙与车间其它岗位隔开。

    石油化工生产的加热炉只靠一般的测量仪表、搬运调节或单回路自动调节不能满足安全的要求，宜采纳计算机来控制生产，测量生产过程的参数，进行二次分析、综合、判断和数据处理，并按照预先给定的数学模型进行运算，依据运算结果，高速常规调节器的给定值，实现过程的闭环控制。计算机控制方案是对加热炉的反应温度、物料稀释比、运转周期等进行控制。除配备工艺参数测温柔报警系统外，还必须设置有关的调节系统，主要有：原料温度调节系统；燃料油、气压力调节系统；炉顶火嘴、侧壁火中级用的燃料压力调节系统；炉管进料流量调节系统；炉管物料稀释剂注入流量调节系统；炉膛负压调节系统；加热炉出口温度调节系统。生产中要保证测量食品、仪表、自动调节系统、自动报警系统灵敏好用。
    应严格按照安全操作规程操作，严格控制温度、压力、流量等工艺参数，尤其要防止出现溢料、喷料，严禁超负荷带病运转。

    加热炉的制定要合理，选票制造要严格，工艺要严谨，使用中要定期检测设备壁厚和耐压强度，并在设备和管道上加装压力计、安全阀和放空管，保证加热设备完好不漏。
    采用防腐措施，清除加热设备中的腐蚀性杂质，向物料中加进腐蚀抵制剂；清除加热物料中的硬性杂质以减少管材机械磨损。
    管式加热炉的回弯头塞子应按孔洞磨合好；检查回弯头的制造质量；炉管有过热、变形、鼓胀等管段时要及时改换；对炉管进行水压试验，发现在缺陷和故障及时修理。
    防止燃料管泄漏的措施有：查看燃料系统的状况，防止出现不严密的损坏现象；清除流水的燃料；在离加热炉10m处的燃料管上安装附加闸阀，以便快速地断料停炉。

    设置炉外水蒸气幕，以便把炉子和相邻设备发生事故时产生的蒸气支隔离开来，防止相邻工艺设备发生事故时产生可燃气体或蒸气流入加热炉。运用外部水蒸气幕的方案有两种：一种是连续的蒸汽幕，可从一面、三面或四面保护单个炉子或一组炉子；另一种是局部的起钝化作用的蒸汽幕，用以保护炉子有引火源危险的各别区域或部件。

    调节燃烧器火嘴的火焰，尽量避免火焰直接接触炉管，或采纳火焰辐射加热方式，甚至必胜热烟气加热方式，以减弱炉管局部受热过度产生结焦。管道、燃烧器和辐射盘要合理布置，以保证整个炉管长均衡受热。操作中要保证物料沿炉管高速运动〔2～3m/s〕，或向炉管内注入稀释剂以增大管内物料流速。近年来研究了抵制结焦的添加剂，它们是某些含硫化合物，如〔C4H9〕2SO2、噻吩、Na2S水溶液、〔NH4〕2S等，少量加入到物料中，能起到抵制结焦的作用。但这种添加剂添加入量过多，会腐蚀炉管；在高温〔如850℃〕操作条件下，不起抵制作用。
    炉管结焦时一般出现如下状况：炉管进料量不变的状况下，进口压力增大，压差增大；从观察孔可看到辐射室炉管管壁上某些地方因过热出现光亮点；投料量不变及管出口温度不变但燃烧耗增加，管壁及炉膛温度升高。
    上述现象分别或同时出现时，说明炉管内有结焦，必须及时清焦。清焦方法有不停炉清焦和停炉清焦法。不停炉清焦是在加热炉操作一段时间后有较多的焦需要清焦时，切换轻质原料，并加入大量水蒸气，当压力减小后〔焦已被大部分清除〕，再切换为原来的物料。停炉清焦法是将进料及出料切断后，用惰性气体和水蒸气清扫管线，逐渐降低炉温，然后通往空气和水气烧焦。烧焦期间，不断检查出口尾气的二氧化碳含量，当二氧化碳浓度低至0.2％〔干基〕以下时，可以认为在此温度下烧焦结束。煤焦过程中炉管出口温度必须严格控制，不能超过750℃，以防烧坏炉管。坚硬的焦块有时需用机械方法除去，如用气动涡轮旋转管中锤头去焦。

    对燃油、燃气的加热炉，在炉子点火前应检查供油供气阀门的关闭状态，用蒸汽吹扫炉膛，排除其中可能积存的爆炸混合气体，以免点火时发生爆炸。在炉膛内应设置可燃气体浓度检测报警装置和自动安全点火控制装置。
    燃料气应不带水，并除去燃料中的机械杂质，定期清洗喷嘴，燃料供应要可靠，防止操作中中断熄火，熄火时要利用燃料线的自动切断系统。
    为了防止燃烧室或加热炉发生爆炸或爆炸时设备遭到破坏，在燃烧室〔炉〕墙壁的四周安装防爆门，容积较大的燃烧室可安装数个防爆门，泄压面积按燃烧室内部净容积的250cm2/m3制定。

    燃料燃烧时，要坚持最正确的空气供给系数，以保证正确的燃烧过程。采纳气体分析仪进行监测，当炉膛气中二氧化碳含量最多，而没有一氧化碳和氢气时为最正确状态。注意砖砌墙的完整严密性，及时检修，不同意空气被吸进烟道。安装防爆片，一旦发生爆炸能保护烟道。
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