加熱爐爐壁熱損失嚴(yán)重的原因分析及對策

黃祖榕(中石化南京工程有限公司,江蘇 南京 211100)

某化工廠加熱爐F-101、F-201建成于2006年，燃料主要是煉油廠提供的常減壓渣油，含有較多的固體不燃物。在加熱爐運(yùn)行過程中，各爐的熱效率逐年下降，尤其近一年來下降明顯，低于設(shè)計熱效率值70%（不包括余熱回收系統(tǒng)的熱效率），爐壁熱損失嚴(yán)重是熱效率較低的重要因素之一，本文對其原因和對策進(jìn)行了探討。

1 加熱爐爐壁熱損失情況

日常操作及巡檢過程發(fā)現(xiàn)加熱爐外壁輻射熱的人體可感度呈不斷上升趨勢，顯然這是由于爐體壁溫升高造成的。為掌握爐壁溫度的具體數(shù)據(jù)資料，使用紅外測溫儀、數(shù)碼相機(jī)、接觸式溫度計、風(fēng)速儀等儀器，對F-101及F-201的輻射室爐表溫度進(jìn)行測試。

表1 兩爐爐體表面溫度

由表1可知兩爐各側(cè)爐壁平均溫度仍在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，但出現(xiàn)局部高溫點，超過了爐壁正常的溫控指標(biāo)，使得爐表面平均溫度較其初期運(yùn)行（約50℃）有較明顯的升高，導(dǎo)致爐體表面熱流量增加，爐壁散熱損失加劇。計算表面熱流的經(jīng)驗公式為：

q＝（1.37×0.33（t2－t1）＋3.78×（t2－t1）0.11＋6×0.5V）×（t2－t1）×4.1868（1）式中：q—表面熱流 KJ/m2h，t1—離物體1m處溫度℃，t2—物體表面溫度℃，V—離物體1m處風(fēng)速m/s。

根據(jù)式（1）計算出爐體各側(cè)面的熱流值，再結(jié)合側(cè)面面積，可算出兩爐輻射段散熱損失高達(dá)3198794.2KJ/h。以燃料油熱值39774.6KJ/Kg計算，該項散熱損失折合燃料油約0.08t/h。

2 加熱爐爐壁熱損失嚴(yán)重的原因分析

加熱爐F-101、F-201對流室的爐壁保溫襯里為巖棉澆注板加陶纖針刺氈，且襯里迎火面均覆蓋有防輻射涂料，正常情況下能起到良好的保溫作用。在長期運(yùn)行過程中，爐壁襯里保溫性能會逐漸減退，保溫效果降低。根據(jù)可知，在襯里熱強(qiáng)度q一定的情況下，導(dǎo)熱系數(shù)λ增大、襯里壁厚δ減小，平壁兩側(cè)的表面溫差Δt會減小，爐外壁壁溫就會升高，爐壁熱損失就會升高[1]。因此爐壁熱損失升高的原因有以下幾點：

2.1 導(dǎo)熱系數(shù)增大

造成導(dǎo)熱系數(shù)λ增大的原因有：襯里長期處于高溫工作環(huán)境中，其自身不可避免的會出現(xiàn)老化板結(jié)的現(xiàn)象，而導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較使用初期過于致密緊湊，顯氣孔減少，容重增加，導(dǎo)熱系數(shù)增大；襯里受到爐膛煙氣長期沖刷，其抗渣性降低，熔融燃料、煙灰、爐渣等侵入耐火材料內(nèi)部，同樣造成氣孔率降低，導(dǎo)熱系數(shù)增大。

2.2 襯里厚度減薄

襯里材料熱力學(xué)性質(zhì)的變化引起其厚度減薄。襯里的高溫耐壓強(qiáng)度在長期使用過程中逐漸降低，導(dǎo)致其對沖擊、摩擦和其他機(jī)械作用的抵抗能力減弱；襯里耐火材料在長期高溫作用下，可能進(jìn)一步燒結(jié)和產(chǎn)生物相的繼續(xù)變化，如再結(jié)晶和玻璃化等，脆性增加，造成襯里表層比較容易風(fēng)化脫落。

操作不當(dāng)引起其厚度減薄。通常采用投加藥劑在線化學(xué)清灰的方法來控制爐膛溫度，但因加藥人員專業(yè)程度不高，在送藥工廠風(fēng)的壓力控制和藥劑噴射的角度上易出現(xiàn)偏差，造成部分藥劑直接噴射在爐壁襯里上導(dǎo)致其破損減薄；裝置運(yùn)行過程中，因電路或儀表原因造成加熱爐突然聯(lián)鎖熄火時，部分操作人員為趕時間或圖省事，沒有逐個關(guān)閉熄滅火嘴的油路并進(jìn)行吹掃，而是直接托起電磁閥，利用爐膛余熱一次性點燃所有熄滅火嘴。這種違章操作雖為裝置恢復(fù)運(yùn)行爭取了時間，但所有火嘴同時引燃，爐膛內(nèi)部形成瞬間正壓，大量的煙氣產(chǎn)生對襯里乃至整個爐體均產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊破壞。

從現(xiàn)場觀火孔已可看見爐膛內(nèi)部襯里表面有大量被煙氣和藥劑沖刷的痕跡，且局部的襯里片狀脫落現(xiàn)象已較嚴(yán)重，外壁鋼板因長時間高溫烘烤，均出現(xiàn)了發(fā)紅變形等惡劣現(xiàn)象。同時爐膛內(nèi)部還可以看到相當(dāng)數(shù)量的保溫釘因襯里的減薄而暴露于煙氣中，保溫釘均為直接焊接在爐壁鋼板上，熱量可以沿保溫釘迅速傳遞至爐體外壁，造成外壁出現(xiàn)多個高超溫點。

2.3 爐壁腐蝕穿孔

圖1 爐外壁腐蝕穿孔

正是由于襯里的破損減薄，使得襯里的耐火強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度急劇降低，煙氣滲透的現(xiàn)象加劇。部分含硫酸蒸汽的高溫?zé)煔獯┻^襯里遇到爐壁低溫鋼板就會凝結(jié)成含有硫酸的液體，產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫露點腐蝕，最終造成鋼板穿孔[2]。如圖1所示，兩爐外壁均有局部腐蝕穿孔現(xiàn)象。而在爐壁鋼板穿孔附近的環(huán)境冷空氣又會沿孔隙進(jìn)入爐體，進(jìn)一步降低了該區(qū)域的板面溫度，使得露點腐蝕現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。如此惡性循環(huán)造成鋼板穿孔面積逐漸增大，熱損失亦相應(yīng)增加。

2.4 爐溫溫度升高

在其他因素均不變的情況下，爐溫溫度升高，也會造成爐壁溫度升高，熱損失加重。積灰是逐漸積累形成的，受熱面上一旦有了積灰而沒有及時清除將對新積灰的產(chǎn)生有很大的促進(jìn)作用，同時灰積灰所產(chǎn)生的負(fù)面影響也逐級遞增，造成爐膛溫度超高，從而使?fàn)t壁溫度亦相應(yīng)升高，熱損失加劇。

3 降低加熱爐爐壁熱損失的對策

3.1 更換加熱爐爐壁及保溫襯里

考慮到裝置加熱爐爐壁和保溫襯里的惡劣現(xiàn)狀，在裝置大檢修期間，對兩爐的輻射段外壁及內(nèi)部襯里全面更換。兩爐更換后襯里結(jié)構(gòu)如下：側(cè)墻：100mm（80mm）改性輕質(zhì)澆注料＋120mm致密高鋁纖維襯里＋3.5mm高溫紅外復(fù)合液乳料；端墻：100mm（80mm）改性輕質(zhì)澆注料＋120mm致密高鋁纖維襯里＋3.5mm高溫紅外復(fù)合液乳料；爐頂：120mm（100mm）改性輕質(zhì)澆注料＋120mm致密高鋁纖維襯里＋3.5mm高溫紅外復(fù)合液乳料。

3.2 徹底清除積灰

為減少灰積產(chǎn)生的負(fù)面影響，在檢修期間除了對輻射段爐管進(jìn)行常規(guī)的人工清灰外，還應(yīng)在對流段爐管區(qū)域采用干冰清洗，從而徹底清除了對流段爐管表面的常年厚重積灰。同時，還應(yīng)拆除加熱爐對流段原有的除灰范圍有限，蒸汽消耗量大的蒸汽吹灰裝置，重新設(shè)計安裝了除灰范圍大、吹灰效率更為明顯的聲波吹灰器，以達(dá)到及時有效清除附著于爐管表面灰積灰的目的。改造后應(yīng)保證每周對加熱爐使用聲波吹灰器進(jìn)行清灰工作，也會減少積灰從而提高加熱爐的效率。

4 改進(jìn)效果

F-101、F-201在經(jīng)過上述針對性的改造后，爐壁平均溫度降為60℃左右，熱損失亦隨之下降，而燃油單耗7、8月份平均值為0.366，較去年同期0.384有了明顯下降，基本達(dá)到預(yù)期效果。當(dāng)然，降低加熱爐運(yùn)行中的熱損失除了在硬件部分采取必要的措施外，同時還需要在日常操作中注意操作的規(guī)范性和合理性，提高操作技能，杜絕違章操作以保證加熱爐的平穩(wěn)高效運(yùn)行。

[1]錢惠國.工業(yè)爐窯壁面散熱及熱污染控制的研究[D].上海：東華大學(xué)，2010.

[2]鐘國財，鄒坤華，任燕翔.裂解爐對流段盤管露點腐蝕原因分析和防護(hù)措施[J].石油和化工設(shè)備，2014(9):73-74.