化工管式加热炉安全运行探讨

摘 要：根据化工管式加热炉的特点和操作，结合某装置以往发生的加热炉事故和多年的加热炉操作经验，探讨引发加热炉事故的原因，提出加热炉安全运行的方法。

关键词：管式加热炉；事故；安全运行

1 前言

管式加热炉是石油化工装置普遍采用的一种加热设备，其作用是将炉管中通过的物料加热至所需要的温度然后进入下一工艺设备进行分馏、裂解或反应等工艺过程使用。管式加热炉的主要特点有：

（1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性更大，操作条件要苛刻得多。

（2）加热方式主要为直接受明火辐射传热的方式。

（3）只烧液体或气体燃料。

（4）长周期连续运转，不间断操作[1]。

加热炉在石油化工厂建设和生产上占有重要的地位，生产中如果加热炉操作不良或工艺指标超过了规定的要求，就可能会导致事故的发生。

某生产装置共有8台化工管式加热炉，有的加热炉已运行30余年。自投运以来，发生过3次加热炉事故，均造成了装置长期停工抢修，严重影响了全装置的安全平稳运行。本文结合某装置加热炉以往发生的事故以及某装置在加热炉方面多年的操作经验对化工管式加热炉的安全运行进行探讨，提出安全运行的方法。

2 某装置管式加热炉简介

某装置的8台加热炉均为管式加热炉，有3台为载热体加热炉，4台为反应进料加热炉，1台为催化剂还原加热炉，类型有圆筒炉和箱式炉两种。加热炉主要有五个部分组成，分别是辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器和通风系统。

3 管式加热炉安全运行探讨及控制措施

3.1 炉管超温及控制措施

炉管超温很容易导致炉管破裂，从而造成物料泄漏引起火灾或爆炸，是造成管式加热炉安全事故的主要原因之一。造成炉管超温的因素非常多，具体情况也各部相同，下面结合某装置加热炉的运行情况对造成炉管超温的因素进行具体分析。

3.1.1 物料偏流导致炉管超温

（1）物料偏流的原因。

物料偏流是导致炉管超温重要原因之一，某装置加热炉发生的2次事故与次有关。管式加热炉往往有多管程，物料分几路通过加热炉，这就存在物料偏流的可能。特别是在装置开停工期间，某根炉管可能会因气阻（炉管走液相物料）或液阻（炉管走气相物料）导致物料发生偏流，从而导致炉管超温破裂，发生火灾爆炸。

（2）控制措施[2]。

1）对于炉管走液相物料的多管程加热炉，在开工期间要加强排气，如某装置的载热体加热炉，有8管程。该载热体加热炉的排气方法是：物料在总管循环一段时间后，降低其中7组炉管流量，剩余一组使其流量最大，进行赶气，赶气时间不少于5分钟，其余各组依次进行。气体赶完后，各个管程之间的流量分配应调节得尽可能接近，否则在流量较低的管程可能发生过量气化，从而产生高的压力降而限制了流动，使炉管局部过热为了防止加热炉出现气阻或偏流现象发生；

2）对于多管程加热炉，要加强对各组流量和各组出口温度的监控。对于多管程加热炉，建议设有每组流量监控和出口温度监控，并且要对各组流量偏差和出口温度偏差设定标准，以确保出现偏流时能及时发现并调整。如某装置的载热体加热炉，要求8组炉管流量偏差≤5%，8组出口温度偏差≤5℃。

3.1.2 进料中断导致炉管超温

（1）进料中断导致炉管超温的原因。进料中断，如果加热炉燃料未及时切断，会造成炉管干烧，导致炉管破裂引发火灾爆炸。一般加热炉都设有进料中断联锁系统，当进料中断时联锁切断加热炉燃料，保证炉管安全。有些加热炉的进料由两种物料或多种物料混合进加热炉，当其中一种物料中断时，不会导致加热炉联锁，但会引起炉管温度快速升高，如不及时发现可能会烧坏炉管，特别是在装置晃电时，很可能出现一种进料中断又没有及时发现的情况，如某装置的某台反应进料加热炉就在装置晃电时发生了类似情况，导致炉管超温，幸好没有酿成事故。

（2）控制措施。对于进料由两种物料或多种物料混合的加热炉，当其中一种物料中断不会联锁切断加热炉燃料时，可设置加热炉出口高温报警联锁系统，当加热炉出口温度达到危险值以前联锁切断加热炉燃料。这样，就可以在装置晃电或遇到其他紧急情况时保证加热炉的安全。

3.1.3 炉管局部超温

（1）炉管局部超温的原因。炉管都有一定的使用温度，超过其使用温度就会对炉管的安全造成威胁，仅凭加热炉物料出口温度无法判断炉管表面局部温度。特别是当炉膛火焰不均或炉管内有结焦、积碳现象造成传热不良时，即使在各组炉管流量和出口温度都正常的情况下，炉管的局部温度可能已经超过了其使用温度，就可能导致炉管变形破裂，从而引发事故。

（2）控制措施。在炉管表面温度最高的地方增加监控热电偶，炉管表面温度最高的地方可根据实际情况判断，也可根据红外成像仪测定。这样，就可以对炉管表面温度最高的地方进行实时监控，发现超温能够及时进行处理。

3.2 炉膛爆炸及控制措施

炉膛爆炸是加热炉非常容易发生的事故，造成的危害很大，除了上述炉管超温破裂导致炉膛发生爆炸外，燃料的原因也会导致炉膛发生爆炸，下面进行具体分析。

3.2.1 点炉前炉膛内形成爆炸性混合物

（1）形成原因[3]。开工点炉阶段，燃料管道的燃料漏进炉膛或是加热炉多次未点燃导致燃料进入炉膛，可能与空气形成爆炸性混合物达到爆炸极限浓度，特别是燃烧气体燃料的加热炉（如燃烧天然气、炼油厂干气、瓦斯气等），点火时违反操作规程，未进行测爆就点炉，导致炉膛发生爆炸。

（2）控制措施。开工点炉阶段炉膛一定要测爆合格，如果发生加热炉多次（一般为3次）未点燃的情况，炉膛要重新测爆合格后方能点炉。

3.2.2 火嘴熄灭导致膛内形成爆炸性混合物

（1）形成原因。

燃烧器的火焰突然熄灭未及时发现，而燃料继续供应时与空气形成爆炸性混合物达到爆炸极限浓度发生爆炸。造成火嘴熄灭的主要原因有（燃料为气体的加热炉）：

1）炉膛负压过大；

2）燃料气压力波动大；

3）燃料气带水；

4）鼓风机故障，供风不足；

（2）控制措施。

1）对于炉膛负压过大，要及时调整加热炉引风机，将加热炉负压控制在合理范围内，一般简单炉型辐射炉膛顶部的负压值应控制在-20～-30Pa 之间。多炉膛联合，或多炉共用烟道的炉型，其辐射炉膛顶部负压值可适当放宽至-50～-60Pa，但不得超过-80Pa；

2）燃料气压力波动大，在调整加热炉燃料气用量时应缓慢进行，不易大幅度调整；

3）燃料气带水是造成加热炉火嘴熄灭的常见原因，对于燃料气带水有两种常用的解决办法，一种是设置燃料气切水罐，将燃料气中的水去除后再进加热炉燃烧；另一种方法是对带水的燃料气进行加热炉处理，将其中的水份汽化后送至加热炉燃烧；

4）鼓风机故障停运会出现加热炉供风不足，导致火嘴熄灭，可设置快开风门。当鼓风机故障停运时，快开风门会自动打开，这样就能在鼓风机故障时保证供风。

4 总结

本文简要介绍了化工管式加热炉的特点和结构，主要结合某装置以往发生的加热炉事故和多年的加热炉操作经验，探讨了引发加热炉事故的多种常见原因，提出加热炉安全运行的控制措施。

参考文献：

[1]钱家麟等.管式加热炉，第二版[M].北京：中国石化出版杜，2003.

[2]蔡吉乡.载热体加热炉安全运行探讨[J].健康、安全和环境，2005，5（04）：29.

[3]高月礼.管式加热炉火灾危险性分析及其预防对策[J].化工安全与环境，2004（45）.

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