今天為大家帶來的是石油化工裝置常用工業爐，看懂結構、材料、安裝，喜歡我們的朋友請點擊右上角關注我們哦，天天都有新知識點。

一、工業爐一般知識簡介

工業爐是石油化工裝置中常見的生産工藝過程中的關鍵設備。如煉油及石油化工裝置管式加熱爐、轉化爐、裂解爐；合成氨裝置高溫加熱、高溫反應的以煤為原料的氣化爐或以燃氣為原料的一段轉化爐、二段轉化爐等。

這些工業爐類設備的特點是：結構較為複雜，施工工期長，工藝條件要求嚴格，工程質量标準高。

工業爐的類型很多，而且結構多樣。本章隻簡要叙述石油化工常見幾種工業爐工作原理、結構型式、所用材料及初步設計概算的編制。

(一) 工業爐在生産工藝過程中的作用

在石油化工生産工藝過程中，介質(物料)的化學反應較為複雜，如石油烴類的裂解過程，除裂解反應外，還伴随着脫氫、異構化、環化、縮合、叠合等反應的發生。按其不同的工藝性能要求，工業爐在石油化工生産過程中的作用可歸納如下：

立式加熱爐分為卧管立式加熱爐和立管立式加熱爐，這兩種加熱爐的示意見圖11-2-3（a）、11-2-3（b）。立式加熱爐高度通常為寬度的2—3倍，爐内呈長方形，又稱立方式型爐，由型鋼組成的立柱支撐。立式加熱爐的結構分上、中、下三部分，上部分為煙囪，内設擋闆調節氣流和風量，中部為對流室，下部為輻射室。噴嘴在爐底向上放置或側壁水平放置，輻射爐管沿爐牆呈卧式或立式排列，對流段爐管均為卧式安裝，用管闆支撐。

3．特殊類型加熱爐

由于采用技術不同，有些裝置的立式方型爐爐管及燃燒器的位置與常見爐型不同。如重整裝置四合一爐，管系為正U型上面2個集合管，或倒U型下面2個集合管。集合管材質1 1/4Cr1/2Mo, 15CrMo,Cr5Mo,形狀為直管,爐管材質Cr9Mo。燃燒器有設置在爐牆側面，或設置在爐底部。加氫裂化裝置設計的爐型有爐管放在中間，采用雙面輻射方式，支撐架為HK-40的離心澆注管。以下介紹幾種不同于一般管式加熱爐結構的爐型。

(1)重整裝置四合一爐 ：該四個重整進料加熱爐的輻射室是四個完全獨立的在一個箱體鋼結構内的立式爐，用來分别加熱重整進料介質。介質出爐溫度為500°C左右，爐内煙氣溫度為800～900°C，見圖11-2-4。

(2)制氫裝置轉化爐與其他加熱爐不同之處是爐管裡裝有催化劑，制氫反應過程在爐管内完成。爐内溫度較高，達到1000°C，反應介質出口溫度為800°C左右，此爐有兩種型式：一種是立式長方形爐，燃燒器側面安裝；另一種是大型的立式箱型爐，燃燒器頂置，對流室另設一個系統，爐型見圖11-2-5。

圖11-2-5 制氫轉化爐圖

(3) 裂解爐，主要以石油餾分為原料，進行熱裂解生産烯烴，其結構特征為：立管加熱裂解爐。管式裂解爐為立式鋼架結構爐體，爐牆砌築耐火材料和隔熱材料，爐管為立式懸挂變徑管，幾種不同管徑組合成一組，爐底有油氣聯合噴嘴；對流室在頂部，為卧式盤管，預熱原料或燃料等。

裂解爐是乙烯裝置中的關鍵設備之一，結構龐大（30萬t/a乙烯十一台裂解爐總重4100t）。過去我國乙烯裝置中的裂解爐大部分是從國外引進，其結構與國内管式裂解爐相類似，工藝流程及各種技術指标與國内同類爐子水平相近或略高，見圖11-2-6。

4．管式加熱爐金屬結構

爐體金屬結構由爐架、煙道、煙囪、風道、彎頭箱門、梯子平台組成。爐架占爐體金屬結構重量80%左右，由主框架、中間及邊框架、爐底鋼結構、爐頂鋼結構、端牆鋼結構、輻射室及對流室表面鋼闆等組成。煙道是輸送和排放煙氣的管道，風道是供給空氣的管道。煙風道系統設計的優劣，直接影響預熱回收系統的效率、動力消耗、材料消耗。彎頭箱門在對流室兩側，是檢修對流室彎頭的開啟門。

圖11-2-6 30萬t/a輕柴油裂解爐結構圖

(二) 化學反應爐

由于石油化工生産面較廣，專業衆多，除上述常用爐類設備外，尚有一些加熱、化學反應爐設備，如合成氨裝置中的二段轉化爐、蓄熱爐、開工加熱爐、甲烷化爐，氣化爐等。這些爐類設備主要用于石油化工裝置中原料氣的進一步加熱、轉化、變換分離及固體焚燒等一系列化學反應。它們的共同特征是均為立式鋼殼體，一般外殼為受壓容器，體内襯耐火隔熱材料或内裝催化觸媒以及内襯不鏽鋼闆或其他合金鋼；爐體安裝類似一般反應器或容器類設備，爐型見圖11-2-7（a）、11-2-7（b）、11-2-7（c）、11-2-7（d）。

圖11-2-7

(三) 工業爐爐管及配件

1．爐管

工業爐輻射爐管主要是受火焰的直接輻射，并在高溫和高壓下進行工作，有時還可能承受硫化物、環烷酸和氯化物等的腐蝕，因此，爐管是在十分苛刻的條件下工作。工業爐爐管的材質根據介質的特性和操作條件不同，應采用優質碳鋼、合金鋼或不鏽鋼。

爐管除了不同材質的光管外，設計中為了提高對流室的煙氣側傳熱系數，常在光管上增焊翅片或釘頭，故稱為翅片管或釘頭管，一般翅片管的受熱面積為光管的4～9倍；釘頭管的受熱面積為光管的2～3倍，其型式如圖11-2-8（a）、11-2-8（b） 。為減少積灰，增加傳熱能力，現在有使用開口翅片管。

圖11-2-9（b） 輻射室出入口集合管圖

制氫裝置轉化爐的爐管内裝有觸媒，其型式如圖11-2-9（a）。

重整裝置進料爐輻射室為門型，由集合管分多路入爐内，再彙集于集合管出爐，其型式如圖11-2-9（b）。

2．爐管連接件及支持件

爐管常用的連接件有急彎彎管、箱式回彎頭、沖壓彎頭、U型鑄鋼彎頭，見圖11-2-10（a）、11-2-10（b）、11-2-10（c）。

急彎彎管材質應與爐管材質相一緻，型式有90°和180°兩種。箱式回彎頭有鑄鋼和鍛鋼兩種材質，其中鑄鋼為多，與爐管連接時采用脹接、螺紋連接或焊接的方法均可。回彎頭的堵頭可以拆卸,便于爐管的檢查與清焦及修理。壓力分為2.5、6.5、10MPa三個等級，型式有90°和180°兩種。

支持件是支承或穩定爐管的配件，由于爐管的布置形式不同，對支承件型式的要求也不一樣，常分為立裝爐管拉鈎、卧裝爐管托架、彈簧吊架和穩定爐管的管闆，常見型式如圖11-2-11

3．燃燒器

燃燒液體或氣體的燃燒器，通稱為噴嘴，包括燃料噴嘴、調風器、和火道三部分。一般常用的噴嘴種類為油氣聯合燃燒器、輕油燃燒器等，見圖11-2-12。為了控制大氣污染，現開發出系列環保高效節能燃燒器，具有20世紀九十年代國際先進水平。按燃料種類分為重油、輕油、氣體；按排放污染物分為低一氧化氮（NOx）燃燒器和普通燃燒器。

除上述零配件外，還有煙囪的擋闆及調節裝置、看火門、防爆門、人孔門、吹灰器等配件。

(四) 工業爐爐襯工程

管式爐的爐襯結構，目前采用的有砌磚、拉磚、輕質耐熱襯裡、輕質澆注料襯裡和耐火纖維爐襯、噴塗耐火纖維爐襯、纖維可塑料襯裡結構等。

1．爐襯結構的種類

(1) 砌磚結構

這是最簡單的一種爐牆結構形式。砌磚結構的圓筒形爐牆本身穩定性較好，結構簡單，爐牆厚，爐牆高度不受限制，國内圓筒爐的輻射室常采用輕質耐火磚砌磚結構，見圖11-2-13（a）。

(2) 拉磚結構

為了增強砌磚爐牆的穩定性，将爐牆磚結構與爐牆鋼結構拉接起來，便形成了另一種爐牆形——拉磚爐牆。拉磚爐牆基本不用異型磚，多用于立式方型高爐牆。拉磚爐牆可分為采用重質耐火磚的重型拉磚爐牆和采用輕質耐火磚的輕型拉磚爐牆，重型拉磚爐牆多用于不分段承重的低爐牆，随着爐牆高度的增加使用輕質耐火磚，輻射段采用筒壁鋼闆和鋼架分段承重的輕型拉磚爐牆，它使爐牆重量進一步減輕。國内轉化爐和箱型爐當采用附牆火焰燃燒，輕質耐熱襯裡和耐火纖維爐襯不能滿足要求時，可以考慮采用輕型拉磚結構。見圖11-2-13（b）。

(3) 耐火纖維爐襯結構

耐火纖維爐襯結構一般由耐火度不同的耐火纖維氈或耐火纖維模塊組成。是由隔熱層和耐火層組成的多層疊合式結構。耐火纖維爐襯具有隔熱性能好、爐牆薄、重量輕、施工簡便、施工進度快、不需烘爐等優點。但耐火纖維爐襯強度低，抗氣流沖刷性能不如耐火磚和輕質耐熱襯裡。耐火纖維爐襯分為普鋁、高鋁和含锆纖維，可用于一般工業爐輻射室的爐牆和爐頂。對于氣流沖刷較嚴重的對流室、煙道和煙囪等部位，不适宜采用。耐火纖維爐襯結構見11-2-14（a） ，11-2-14（b）。

(4) 輕質澆注料襯裡結構

20世紀九十年代以後爐襯裡新型材料及配方不斷湧現，輕質澆注料襯裡分為隔熱和耐熱兩大類。隔熱襯裡适用于耐火磚背襯和彎頭箱襯裡；耐熱襯裡适用于輻射室、對流室、煙道和煙囪。不同的襯裡配方，使用溫度為800℃至1200℃。澆注料襯裡結構見圖11-2-15（a）11-2-15(b)。

(5) 噴塗耐火纖維襯裡結構

噴塗耐火纖維襯裡是20世紀九十年代發展起來的，适用于煉油及石油化工管式爐。全纖維爐襯噴塗厚度根據溫度确定。噴塗普通矽酸鋁耐火纖維襯裡連續工作溫度不得大于1000℃，噴塗高鋁耐火纖維襯裡連續工作溫度不得大于1200℃。襯裡一般采用全纖維結構形式，也可采用噴塗岩棉耐火纖維複合結構形式。

(6) 纖維可塑料襯裡結構

纖維可塑料由纖維、結合劑、填充料和外加劑等組成。纖維可塑料為氣硬性材料，不需要加水及攪拌，開袋後即可施工，經塗抹、搗制成型。纖維可塑料襯裡分為隔熱和耐熱兩大類。隔熱襯裡适用于耐火磚背襯，部分煙囪和彎頭箱襯裡，使用溫度為550℃。耐熱襯裡适用于輻射室、對流室、煙道和煙囪，使用溫度為900℃至1100℃。也有耐熱襯裡配方适用于制氫爐、裂解爐輻射室和工業爐高溫部位，使用溫度為1300℃，但沒有廣泛應用。

2. 爐襯常用的材料

(1) 耐火磚又稱定型耐火材料，具有強度高，施工簡單，用途廣泛，取材容易的優點。耐火磚按不同的化學礦物成份組成分為；粘土質耐火磚、高鋁質耐火磚、半矽磚、矽質耐火磚、鎂質耐火磚、剛玉磚等。

(2) 不定型耐火材料是由耐火骨料、粉料和膠結料或另摻外加劑，按一定比例組成的混合物。使用時具有一定的可塑性，一般采用澆注、搗打、塗抹、噴塗等方法施工，經過養護或烘幹後成為強度高，耐火性好的整體爐襯。耐火骨料起着骨架作用，用量最多，能顯着影響不定型耐火材料的高溫性能。耐火粉料則起着填充空隙、改善施工操作，提高密度的作用。不定型耐火材料的骨料和粉料必須與所用膠結料的化學性質一緻，有足夠的耐火度和一定的強度，并且級配合理。

耐火澆注料，又稱為耐火混凝土，是利用膠結料加上骨料、粉料及一些外摻劑制成的散裝的混合料。加水或其他結合劑拌合後具有一定的流動性，通常采用澆注方法施工。

輕質耐火噴塗料，其材料組成基本同輕質耐火澆注料。采用機械噴塗的方法施工，具有整體性好、耐火材料與爐體結合緊密、機械強度高、施工速度快的優點。可用于結構複雜、施工面大的爐子。

耐火可塑料，是以耐火骨料和粉料為主加入适當的結合粘土或化學膠結料，以及少量的外加劑，加水經充分混煉而制成的磚坯狀或泥團物料。在規定的儲存期内可塑料具有良好的可塑性，被廣泛用于工業爐窯上。

(3) 耐火纖維

耐火纖維是一種新型的耐高溫隔熱耐火材料，是第三代耐火材料。耐火纖維在工業爐中的使用，促進了工業爐結構和工藝的改革。耐火纖維的規格品種較多，有毯氈、闆、管殼及散狀纖維，可根據設計需要選用。常用的施工方法有層鋪式爐襯和疊砌式爐襯及模塊式爐襯。

(4) 噴塗耐火纖維所用的纖維材料有普通矽酸鋁耐火纖維棉、高鋁纖維棉、岩棉；所用的結合劑為複合結合劑，牌号KT-201；所用粘接劑牌号KT-200。

(5) 纖維可塑料不規定具體配方，可塑料纖維含量必須大于60%（重量比），并不得含有水泥，其理化指标應符合技術規定。

(6) 隔熱材料

為了防止熱量損失，節約投資，常常要對爐體進行保溫隔熱。常用的材料有：岩棉制品、膨脹珍珠岩制品、微孔矽酸鈣制品和陶瓷纖維隔熱制品等。為了防腐、防火，在爐立柱上塗砌一層隔熱防火材料，常用的材料有：矽藻土質隔熱材料，矽藻土粉(又稱矽藻土保溫泥)。

三、餘熱回收 TOP

餘熱回收的目的是提高工業爐熱效率，節約能源。提高工業爐熱效率的方法較多，除減少過剩空氣系數、改進燃燒器和減少爐壁散熱損失外，常用的餘熱回收方案有以下幾種：

(一) 冷進料、熱油預熱空氣

冷進料、熱油預熱空氣方案是将裝置中互相換熱的冷、熱液态物流分别作為回收煙氣餘熱的冷源（既冷進料，例如常減壓裝置的原油）和預熱爐用空氣的熱源（例如常減壓裝置的常壓塔側線餾分油），是提高加熱爐熱效率和裝置熱回收率的一種方法，見圖11-2-16。

(二) 餘熱鍋爐

餘熱鍋爐的功能是利用工業爐的煙氣餘熱發生蒸汽，供裝置使用，見圖11-2-17。

(三) 空氣預熱器

顧名思義，空氣預熱器是用來預熱空氣。根據工業爐熱負荷大小可選擇回轉式空氣預熱器或管式空氣預熱器。回轉式空氣預熱器是不斷将煙氣的熱量傳給空氣，使煙氣溫度降低。溫度升高後的空氣進入爐内供燃燒使用，達到提高工業爐熱效率的目的。回轉式空氣預熱器因體積龐大不能放在爐頂，需放在地面上。管式空氣預熱器是利用列管式結構，使煙氣和空氣分别通過管程和殼程，利用管壁傳熱回收煙氣餘熱，見圖11-2-18。

四、管式加熱爐施工程序及施工方法 TOP

工業爐的安裝施工較為複雜，大中小型工業爐的工程量大小懸殊，施工中受各種自然、地理條件和施工單位機械配備與技術水平的影響，其施工方法不盡相同。下面介紹管式加熱爐通常的施工程序及施工方法：

(一) 施工程序

1. 安裝前的準備

(1) 熟悉圖紙、技術交底、編制施工組織設計或施工方案。

(2) 施工機具、工器具的準備、搬運與設置。

(3) 設備基礎的驗收、鏟浮層、打麻面、放線及墊鐵的設置。

(4) 設備和材料開箱檢查、清點、編号、記錄，必要時進行無損探傷複查，場内運輸。

(5) 安裝場地清理與一般平整，臨時組裝平台和施工手段措施的設置。

2. 管式加熱爐現場組裝程序

(二) 施工方法

1．在預制廠預制輻射室、對流室、煙囪、梯子平台等部位鋼結構，現場吊裝、組對安裝。近年來為縮短施工工期，鋼結構可在預制廠整組預制、整組運輸、在施工現場整組安裝就位。現場預制爐管(組或排)并與急彎彎管焊接。鋼結構焊接為手工電弧焊，爐管焊接為氩電聯焊，用X光射線進行無損探傷檢驗。

2．爐體内配件吊鈎、拉鈎、保溫釘、吹灰器、煙囪擋闆等為成品件安裝。

3．爐内砌築耐火磚分濕砌和幹砌，爐底部分采用幹砌，爐牆均為濕砌（即用耐火泥砌築）。根據爐型采用砌磚爐牆或拉磚爐牆。圓筒爐輻射室砌磚爐牆是通過焊接在輻射室筒體鋼闆上的托磚闆來承重的。磚砌築在各層托磚闆上，由托磚闆将圓筒爐輻射室爐牆沿高度分成幾段。對于砌體直徑小于5m，爐牆全高小于10m的小型圓筒爐輻射室爐牆可不分段。各膨脹縫内應填塞耐火纖維毯。立式方型爐輻射室輕型拉磚爐牆多采用水平磚拉杆型，即沿爐牆砌磚高度每隔500mm左右，用磚拉杆(圓鋼)将此水平層的磚穿起來(或用輕質耐熱襯裡代替此水平層的磚)，再通過磚拉鈎與爐子鋼架連接。爐頂磚結構一般采用吊磚形式，即将磚通過吊磚件吊在爐頂鋼結構上，在耐火磚層上鋪設隔熱材料，組成爐頂磚結構。爐頂磚結構分輕型和重型兩種。輕型爐頂磚結構由輕質耐火磚和吊磚件組成，此種磚結構隻用兩種形狀簡單的耐火磚搭配徹築，磚寬的一面用泥漿砌築，磚窄的一面為幹砌。每塊磚均用吊磚杆穿起來吊于爐頂。吊磚件焊于爐頂鋼闆下表面。

4．耐火纖維爐襯安裝。管式加熱爐輻射室的爐牆、爐頂可采用耐火纖維爐襯，爐襯由等距離分布的保溫釘固定。安裝時，先焊接保溫釘，然後将隔熱層和耐火層纖維毯逐層套入保溫釘，套入時各層之間不用粘貼劑，但層與層之間必須錯縫。最後在耐火纖維毯的表面用墊圈或螺母固定，并在保溫釘的端部粘貼10mm厚的耐火纖維毯小塊将金屬件覆蓋。爐牆拐角處應采用搭接式連接，看火門處采用耐火纖維看火門預制塊。

5．輕質澆注料施工前應先除去鋼結構及保溫釘表面浮鏽及其他雜物（保溫釘現場制作、安裝）。把攪拌好的澆注料在30min内澆注完畢。通常采用手工搗制，也可采用平闆振搗器進行振搗。隔熱澆注料僅采用手工搗制，當澆注料厚度≤50mm時，宜采用手工塗抹或拍打成型。襯裡借助保溫釘與鋼闆表面連接。襯裡施工完畢1～4h後，用手輕捺襯裡表面，不沾手時便可開始用水噴霧養護。噴霧養護完畢的襯裡，應再經48h自然幹燥後，方可搬動和吊裝。

6．噴塗耐火纖維襯裡施工前應先除去鋼結構及保溫釘表面焊渣、浮鏽、油污及其他雜物。噴塗前，在工業爐殼體鋼闆内表面先噴少量防腐粘接劑。将結合劑倒入結合劑儲罐中。開動纖維噴塗機，同時将纖維棉徐徐加入噴塗機内，連續噴塗。爐牆部位施工噴塗自上而下進行，根據爐襯厚度要求可分層噴塗。噴塗後進行自然幹燥。

7．纖維可塑料爐襯施工前應将與纖維可塑料接觸的爐壁内表面的油污、鐵鏽及其他附着物清理幹淨。除錨固釘外，對埋入襯裡的其他鋼構件（如：接管、管架、套管等）應纏繞耐火纖維繩。對不便纏繞耐火纖維繩的鋼構件，可塗瀝青。纖維可塑料可以采用塗抹、搗制方法施工。纖維可塑料為氣硬性材料，不需要加水及攪拌，開袋後即可施工。施工後應在通風條件下自然養護7d，不需要烘爐，即可升溫使用。

8．預制後的爐管安裝及爐體外配件安裝。安裝前要對燃燒器成品件進行拆裝、檢測、調試。

9．鋼結構外表面除鏽、防腐。管式爐外表面開工後溫度應保持在50℃以下，鋼絲刷除鏽，隻塗兩遍紅丹防鏽漆即可。标志漆根據設計圖樣規定選用。

10．管式爐襯裡采用輕質澆注料施工時，襯裡養護完畢後，環境溫度仍應保持在5℃以上，并自然幹燥至少5d後再進行烘爐。烘爐前，爐管内應先通入蒸汽，暖烘1～2d，當爐膛溫度升到約130℃時，即可點燃噴嘴烘爐。

五、安裝工程費計算 TOP

(一) 工程量計算規劃

1．工業爐金屬結構制作安裝和爐管安裝。

金屬結構制作安裝單位為“t”。工程量按單體（座）分立式方型爐和圓筒爐，包括整座爐體的爐架、煙道、煙囪、箱門、管闆、風道、平台、梯子等部位鋼結構。

爐管安裝單位為“t”。工程量不分材質、爐管結構型式，僅區分管徑計算。

2．“概算指标”中爐管焊接“一個焊口”的使用條件是：

(1) 當設計圖樣上的爐管(含釘頭管、翅片管、離心澆注管)較長，采購不能滿足要求，需用兩根或兩根以上的爐管焊接成所需長度，其焊口應另計安裝費。

(2) 不與急彎彎管聯結的U型爐管，豬尾管、螺旋爐管等當與其他部件(或自身)相聯時，應按其焊口數量另計安裝費。

3．配件安裝

急彎彎管、回彎頭安裝單位為“t”，工程量按不同材質，不同管徑分别計算。

管闆、保溫釘、彈簧吊架、各種門類及不同材質零配件安裝單位為“t”。零配件安裝工程量包括爐管拉鈎、吊鈎等。

吹灰器、燃燒器安裝單位為“套”，工程量分為不同結構形式的吹灰器、燃燒器。煙囪附件和空氣預熱器安裝單位為“t”，空氣預熱器工程量不分結構型式均按“t”計算。

4．爐窯砌築

耐火磚安裝單位為“m3”，工程量包括同種材料不同密度的耐火磚。

抹灰、石棉闆安裝單位為“m2”。

5．襯裡、隔熱

襯裡、隔熱安裝單位為“m3”。

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