加熱爐火管燒損原因技術(shù)探討

牛洪凱(大慶油田第八采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，黑龍江大慶163514)

0 引言

加熱爐是將燃料內(nèi)蘊(yùn)藏的熱量，經(jīng)過燃燒釋放，把被加熱介質(zhì)加熱到能滿足油田生產(chǎn)需要的一種耗能設(shè)備[1]。全廠在用加熱爐共228 臺(tái)，火管燒損是合一裝置、火筒爐及水套爐使用過程中常見的問題，尤其以合一裝置最為嚴(yán)重。2007年至今，全廠加熱爐煙火管大修及更換共27 臺(tái)，表現(xiàn)形式通常為火管近火焰處的鼓包變形、甚至穿孔，給加熱爐安全運(yùn)行帶來極大的隱患。目前我廠火管燒損情況數(shù)量相對(duì)較多，并呈上升趨勢(shì)。選取某轉(zhuǎn)油站2#四合一火管燒損事故進(jìn)行分析，確定加熱爐火管燒損的原因。

1 火管燒損原因技術(shù)分析

1.1 煙氣冷熱分層

加熱爐在工作過程中熱煙氣分布在火筒的上半部分，冷煙氣分布在火筒的下半部分，煙氣在向外漂浮排除的過程中，造成火管過了耐火磚處存在一個(gè)溫度場最高點(diǎn)，從而使火管表面受熱熱度不均勻易鼓包變形，火管的熱場中越靠上部分，溫度越高。

1.2 介質(zhì)冷熱分層

由于火筒外介質(zhì)流向是從加熱爐的底部進(jìn)入，加熱爐內(nèi)介質(zhì)冷熱分層，上部介質(zhì)溫度最高，下部介質(zhì)溫度最低，造成火管外壁表面溫度不均勻易變形。

1.3 加熱介質(zhì)受熱不均

加熱爐的火管與煙管之間的最短距離為15-20CM（3 點(diǎn)），兩只火管之間的中心距離為20cm（2點(diǎn)），火管距離加熱爐外部殼體最短距離為30～32cm（1點(diǎn)），因此在加熱爐火管與煙管之間的介質(zhì)要受到兩部分的溫度場加熱，2只火管之間的介質(zhì)也是要受到2 個(gè)火管的溫度場加熱，但其溫度低于上半部的介質(zhì)，而加熱爐火筒最低處與殼體之間的換熱只有火筒一側(cè)的溫度場換熱，因此介質(zhì)在加熱爐內(nèi)的溫度場也是上部高下部低。

1.4 鋼板發(fā)生蠕變

加熱爐提火和降火時(shí)造成耐火磚內(nèi)部隔熱或蓄熱,鋼板溫度差較大，當(dāng)提火時(shí)耐火磚內(nèi)鋼板還沒有溫度，其前端20～30cm 及其以外的鋼板已經(jīng)存在較高的溫度了，隨著溫度的穩(wěn)定運(yùn)行，耐火磚內(nèi)外鋼板的溫度達(dá)到一致，當(dāng)降火時(shí)，耐火磚內(nèi)的鋼板溫度還沒有下降時(shí)，其前端20～30cm 及其以外的鋼板已經(jīng)大幅度的降溫，這樣就造成了耐火磚前端上部最高點(diǎn)20～30cm處的鋼板發(fā)生蠕變，鋼板長期在冷熱溫度變化劇烈的狀態(tài)下運(yùn)行失去熱應(yīng)力，加之加熱爐內(nèi)存在一定壓力及介質(zhì)的重力、鋼板的重力均為向下，所以造成了火筒鋼板“鼓包”方向向下。有時(shí)因鋼板的蠕變分布不均還造成其他位置的鼓包，但大多數(shù)會(huì)出現(xiàn)在上午10點(diǎn)鐘到下午2點(diǎn)鐘之間，而個(gè)別火筒下部鼓包是由結(jié)於結(jié)垢嚴(yán)重造成的。

1.5 加熱介質(zhì)較差

由于我廠采出液中鈣、鎂鹽類離子含量較高，在加熱爐的受熱面上，在高熱負(fù)荷的作用下相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就形成復(fù)雜的硅酸鹽垢。與鋼材相比，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小。

碳酸鹽垢的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的1/10～1/100，相當(dāng)于在煙、火管外增加一層保溫層，結(jié)垢造成管材的局部過熱產(chǎn)生的二次應(yīng)力使?fàn)t管鼓包變形，某F站2#四合一火管結(jié)垢最厚處達(dá)到4mm；結(jié)垢不均勻產(chǎn)生的供氧濃差電池造成垢下腐蝕，從而進(jìn)一步加大爐管穿孔的風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 焊道影響溫度場

在對(duì)加熱爐緊急實(shí)施維修時(shí)，對(duì)爐管損壞部位所采用的維修方法是進(jìn)行“挖補(bǔ)”,在火管上打了一個(gè)“補(bǔ)丁”，而這個(gè)補(bǔ)丁的邊緣與原火管上鋼板所連接的焊縫是由人工利用焊條進(jìn)行焊接的，人為因素會(huì)造成焊縫的薄厚質(zhì)量不同，也就會(huì)造成新舊鋼板的溫度場不同,“試壓”與“探傷”只是短期測試行為，個(gè)別修好后的加熱爐在運(yùn)行一段時(shí)間后,還會(huì)再次出現(xiàn)鼓包損壞或是焊縫再次裂開，這是由于焊縫質(zhì)量差造成的。

1.7 高負(fù)荷運(yùn)行

某F 站外產(chǎn)能新投油井逐年增加，2014 年新投油井30 口，處理量增加330 m3/d，為保證新投產(chǎn)油井正常運(yùn)行，將站內(nèi)摻水溫度由去年同期的65℃提高至74℃，造成某F 站四合一負(fù)荷加重。

1.8 燃燒器法蘭變形

某F站2#四合一2012年更換燃燒器，固定燃燒器的法蘭未更換。由于燃燒的伴生氣含水較大，存在爆燃現(xiàn)象，造成燃燒器經(jīng)常打槍（回火）。高溫回火使法蘭變形，造成燃燒器偏心，風(fēng)機(jī)吹落耐火磚、吹倒擋火墻，火焰直接舔舐火筒內(nèi)壁，形成鼓包。

1.9 細(xì)煙管無法清淤

某F站2#四合一為微正壓加熱爐，該爐型設(shè)計(jì)時(shí)側(cè)重提高加熱爐的熱效率，在實(shí)際運(yùn)行中由于加熱段細(xì)煙管較多，內(nèi)部空間狹小，清淤困難，造成火管及煙管外結(jié)淤嚴(yán)重。該四合一連續(xù)2年未清淤，將燒損的火管進(jìn)行更換時(shí)，對(duì)四合一爐內(nèi)進(jìn)行了清淤，現(xiàn)場共清理淤泥約15m3（500多袋），淤泥量大。目前全廠微正壓加熱爐共16臺(tái)。

2 火管燒損對(duì)策措施

2.1 加裝爐管高溫監(jiān)測裝置

近幾年我廠陸續(xù)在加熱爐爐管上安裝高溫監(jiān)測裝置來預(yù)防因加熱爐局部過熱而產(chǎn)生的安全隱患。該裝置監(jiān)測點(diǎn)為6個(gè)，安裝在距耐火磚約300mm爐管管壁，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，超溫報(bào)警裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)有超溫自動(dòng)降負(fù)荷控制系統(tǒng)，當(dāng)爐管壁超溫時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥自動(dòng)降負(fù)荷，保證爐管安全運(yùn)行。

2.2 調(diào)整耐火磚長度

常規(guī)水驅(qū)加熱爐的耐火磚長度為1.8m，火焰高溫區(qū)為1.5m處，不需要增加耐火磚長度，耐火磚過長會(huì)降低傳熱效率。個(gè)別轉(zhuǎn)油站為保證站外油井冬季生產(chǎn)，提溫提火加大了燃燒器火焰長度，火焰越過耐火磚直接舔舐火管壁，長期運(yùn)行導(dǎo)致火管鼓包變形。在滿足加熱負(fù)荷的前提下，根據(jù)燃燒器的火焰長度（1.9～2.4m）可增加個(gè)別加熱爐耐火磚長度（1.8～2.5m)，避免火焰直接舔舐火筒壁。

2.3 加熱爐安裝燃?xì)廨椛涔?/h3>

針對(duì)部分負(fù)荷較高，提溫困難無法加長耐火磚長度的加熱爐，可加裝燃?xì)廨椛涔堋Ｈ細(xì)廨椛涔苁菍⑷剂虾腿紵a(chǎn)物向爐內(nèi)的傳熱過程完全封閉在“馬弗管”內(nèi)的一種燃燒裝置，包括燃燒器和馬弗管兩部分，馬弗管一端與燃燒器相連并貫穿爐膛，另一端與煙道相連，燃燒焰流沿馬弗管流向煙道，并通過管壁向爐內(nèi)輻射傳熱[2]。

2.4 取消擋火墻

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，某F 站2#四合一火管內(nèi)擋火墻已倒塌，造成火焰向上偏燒火管壁。設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的燃燒器，投產(chǎn)時(shí)都配有擋火墻，擋火墻可二次燃燒剩余燃?xì)猓岣呷紵省＝鼛啄晷赂鼡Q的燃燒器均可將煙氣的過剩空氣系數(shù)維持在1.05～1.15 范圍之間，保證燃料和空氣充分混合燃燒，擋火墻失去原有作用，可取消。[1]

3 結(jié)語

通過對(duì)某F站2#四合一火管燒損原因的分析，結(jié)合我廠加熱爐運(yùn)行狀況，針對(duì)四合一燒損可采取有效措施進(jìn)行預(yù)防及治理，保障加熱爐安全高效運(yùn)行。下一步需針對(duì)全廠加熱爐做以下工作：

一是對(duì)全廠加熱爐檢查燃燒道（耐火磚）有無錯(cuò)位、脫落、倒塌，檢查耐火泥是否脫落，對(duì)投產(chǎn)年限較長的加熱爐耐火磚進(jìn)行更換，拆除4臺(tái)加熱爐的擋火墻。

二是更換老化變形燃燒器封頭法蘭。對(duì)全廠加熱爐燃燒器法蘭進(jìn)行調(diào)查，燃燒器封頭法蘭變形易造成燃燒器偏心燃燒，火焰長期舔舐火筒壁形成鼓包變形，需及時(shí)更換。

三是加強(qiáng)加熱爐清淤除垢。定期清除設(shè)備內(nèi)部淤積物，對(duì)煙火管外壁進(jìn)行除垢。

四是加強(qiáng)崗位工人加熱爐培訓(xùn)，使工人會(huì)判斷加熱爐燃燒效果，提前發(fā)現(xiàn)隱患。

（1）根據(jù)儀表指示判斷：加熱爐出口溫度應(yīng)在規(guī)定溫度的±5℃范圍內(nèi)。在規(guī)定范圍內(nèi)為正常，發(fā)生溫度超范圍波動(dòng)則為不正常。

（2）根據(jù)加熱爐火焰判斷：火焰燃燒應(yīng)達(dá)到短火焰、齊火苗、火焰明亮、燃燒完全。燒氣時(shí)火焰呈淡藍(lán)色，煙囪看不見冒煙。凡不符合這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)為不正常現(xiàn)象。

（3）根據(jù)加熱爐聲音判斷：加熱爐響聲一直均勻不變，是加熱爐正常運(yùn)行；當(dāng)響聲突然停止，是加熱爐熄滅，或是停電或燃料中斷等原因造成；當(dāng)響聲無規(guī)則，時(shí)高時(shí)低，是燃燒器調(diào)節(jié)不當(dāng)，進(jìn)爐介質(zhì)變化或燃燒量變化等原因造成。