化工管式加熱爐安全運行探討

王崇剛（金陵石化烷基苯廠,南京210046）

化工管式加熱爐安全運行探討

王崇剛
（金陵石化烷基苯廠,南京210046）

根據化工管式加熱爐的特點和操作，結合某裝置以往發生的加熱爐事故和多年的加熱爐操作經驗，探討引發加熱爐事故的原因，提出加熱爐安全運行的方法。

管式加熱爐；事故；安全運行

1　前言

管式加熱爐是石油化工裝置普遍采用的一種加熱設備，其作用是將爐管中通過的物料加熱至所需要的溫度然后進入下一工藝設備進行分餾、裂解或反應等工藝過程使用。管式加熱爐的主要特點有：

（1）被加熱物質在管內流動，故僅限于加熱氣體或液體。而且，這些氣體或液體通常都是易燃易爆的烴類物質，同鍋爐加熱水或蒸汽相比，危險性更大，操作條件要苛刻得多。

（2）加熱方式主要為直接受明火輻射傳熱的方式。

（3）只燒液體或氣體燃料。

（4）長周期連續運轉，不間斷操作[1]。

加熱爐在石油化工廠建設和生產上占有重要的地位，生產中如果加熱爐操作不良或工藝指標超過了規定的要求，就可能會導致事故的發生。

某生產裝置共有8臺化工管式加熱爐，有的加熱爐已運行30余年。自投運以來，發生過3次加熱爐事故，均造成了裝置長期停工搶修，嚴重影響了全裝置的安全平穩運行。本文結合某裝置加熱爐以往發生的事故以及某裝置在加熱爐方面多年的操作經驗對化工管式加熱爐的安全運行進行探討，提出安全運行的方法。

2　某裝置管式加熱爐簡介

某裝置的8臺加熱爐均為管式加熱爐，有3臺為載熱體加熱爐，4臺為反應進料加熱爐，1臺為催化劑還原加熱爐，類型有圓筒爐和箱式爐兩種。加熱爐主要有五個部分組成，分別是輻射室、對流室、余熱回收系統、燃燒器和通風系統。

3　管式加熱爐安全運行探討及控制措施

3.1爐管超溫及控制措施

爐管超溫很容易導致爐管破裂，從而造成物料泄漏引起火災或爆炸，是造成管式加熱爐安全事故的主要原因之一。造成爐管超溫的因素非常多，具體情況也各部相同，下面結合某裝置加熱爐的運行情況對造成爐管超溫的因素進行具體分析。

3.1.1物料偏流導致爐管超溫

（1）物料偏流的原因。

物料偏流是導致爐管超溫重要原因之一，某裝置加熱爐發生的2次事故與次有關。管式加熱爐往往有多管程，物料分幾路通過加熱爐，這就存在物料偏流的可能。特別是在裝置開停工期間，某根爐管可能會因氣阻（爐管走液相物料）或液阻（爐管走氣相物料）導致物料發生偏流，從而導致爐管超溫破裂，發生火災爆炸。

（2）控制措施[2]。

1）對于爐管走液相物料的多管程加熱爐，在開工期間要加強排氣，如某裝置的載熱體加熱爐，有8管程。該載熱體加熱爐的排氣方法是：物料在總管循環一段時間后，降低其中7組爐管流量，剩余一組使其流量最大，進行趕氣，趕氣時間不少于5分鐘，其余各組依次進行。氣體趕完后，各個管程之間的流量分配應調節得盡可能接近，否則在流量較低的管程可能發生過量氣化，從而產生高的壓力降而限制了流動，使爐管局部過熱為了防止加熱爐出現氣阻或偏流現象發生；

2）對于多管程加熱爐，要加強對各組流量和各組出口溫度的監控。對于多管程加熱爐，建議設有每組流量監控和出口溫度監控，并且要對各組流量偏差和出口溫度偏差設定標準，以確保出現偏流時能及時發現并調整。如某裝置的載熱體加熱爐，要求8組爐管流量偏差≤5%，8組出口溫度偏差≤5℃。

3.1.2進料中斷導致爐管超溫

（1）進料中斷導致爐管超溫的原因。進料中斷，如果加熱爐燃料未及時切斷，會造成爐管干燒，導致爐管破裂引發火災爆炸。一般加熱爐都設有進料中斷聯鎖系統，當進料中斷時聯鎖切斷加熱爐燃料，保證爐管安全。有些加熱爐的進料由兩種物料或多種物料混合進加熱爐，當其中一種物料中斷時，不會導致加熱爐聯鎖，但會引起爐管溫度快速升高，如不及時發現可能會燒壞爐管，特別是在裝置晃電時，很可能出現一種進料中斷又沒有及時發現的情況，如某裝置的某臺反應進料加熱爐就在裝置晃電時發生了類似情況，導致爐管超溫，幸好沒有釀成事故。

（2）控制措施。對于進料由兩種物料或多種物料混合的加熱爐，當其中一種物料中斷不會聯鎖切斷加熱爐燃料時，可設置加熱爐出口高溫報警聯鎖系統，當加熱爐出口溫度達到危險值以前聯鎖切斷加熱爐燃料。這樣，就可以在裝置晃電或遇到其他緊急情況時保證加熱爐的安全。

3.1.3爐管局部超溫

（1）爐管局部超溫的原因。爐管都有一定的使用溫度，超過其使用溫度就會對爐管的安全造成威脅，僅憑加熱爐物料出口溫度無法判斷爐管表面局部溫度。特別是當爐膛火焰不均或爐管內有結焦、積碳現象造成傳熱不良時，即使在各組爐管流量和出口溫度都正常的情況下，爐管的局部溫度可能已經超過了其使用溫度，就可能導致爐管變形破裂，從而引發事故。

（2）控制措施。在爐管表面溫度最高的地方增加監控熱電偶，爐管表面溫度最高的地方可根據實際情況判斷，也可根據紅外成像儀測定。這樣，就可以對爐管表面溫度最高的地方進行實時監控，發現超溫能夠及時進行處理。

3.2爐膛爆炸及控制措施

爐膛爆炸是加熱爐非常容易發生的事故，造成的危害很大，除了上述爐管超溫破裂導致爐膛發生爆炸外，燃料的原因也會導致爐膛發生爆炸，下面進行具體分析。

3.2.1點爐前爐膛內形成爆炸性混合物

（1）形成原因[3]。開工點爐階段，燃料管道的燃料漏進爐膛或是加熱爐多次未點燃導致燃料進入爐膛，可能與空氣形成爆炸性混合物達到爆炸極限濃度，特別是燃燒氣體燃料的加熱爐（如燃燒天然氣、煉油廠干氣、瓦斯氣等），點火時違反操作規程，未進行測爆就點爐，導致爐膛發生爆炸。

（2）控制措施。開工點爐階段爐膛一定要測爆合格，如果發生加熱爐多次（一般為3次）未點燃的情況，爐膛要重新測爆合格后方能點爐。

3.2.2火嘴熄滅導致膛內形成爆炸性混合物

（1）形成原因。

燃燒器的火焰突然熄滅未及時發現，而燃料繼續供應時與空氣形成爆炸性混合物達到爆炸極限濃度發生爆炸。造成火嘴熄滅的主要原因有（燃料為氣體的加熱爐）：

1）爐膛負壓過大；

2）燃料氣壓力波動大；

3）燃料氣帶水；

4）鼓風機故障，供風不足；

（2）控制措施。

1）對于爐膛負壓過大，要及時調整加熱爐引風機，將加熱爐負壓控制在合理范圍內，一般簡單爐型輻射爐膛頂部的負壓值應控制在-20～-30Pa之間。多爐膛聯合，或多爐共用煙道的爐型，其輻射爐膛頂部負壓值可適當放寬至-50～-60Pa，但不得超過-80Pa；

2）燃料氣壓力波動大，在調整加熱爐燃料氣用量時應緩慢進行，不易大幅度調整；

3）燃料氣帶水是造成加熱爐火嘴熄滅的常見原因，對于燃料氣帶水有兩種常用的解決辦法，一種是設置燃料氣切水罐，將燃料氣中的水去除后再進加熱爐燃燒；另一種方法是對帶水的燃料氣進行加熱爐處理，將其中的水份汽化后送至加熱爐燃燒；

4）鼓風機故障停運會出現加熱爐供風不足，導致火嘴熄滅，可設置快開風門。當鼓風機故障停運時，快開風門會自動打開，這樣就能在鼓風機故障時保證供風。

4　總結

本文簡要介紹了化工管式加熱爐的特點和結構，主要結合某裝置以往發生的加熱爐事故和多年的加熱爐操作經驗，探討了引發加熱爐事故的多種常見原因，提出加熱爐安全運行的控制措施。

[1]錢家麟等.管式加熱爐，第二版[M].北京：中國石化出版杜,2003.

[2]蔡吉鄉.載熱體加熱爐安全運行探討[J].健康、安全和環境,2005,5(04):29.

[3]高月禮.管式加熱爐火災危險性分析及其預防對策[J].化工安全與環境,2004(45).