第十章加热炉
一、工艺流程简介
石油化工领域常见的加热炉，目的在于使物料升高温度。从结构上看加热炉可以分解成燃烧器、燃料供给系统、炉体及有关的控制系统及紧急事故时的安全保护系统。其中炉体主要包括空气流道、燃烧段、辐射段、对流段、烟筒及调节空气流量的挡板。
1、流程简述
房管局备案本加热炉所使用的燃料气主要含甲烷与氢气，其百分比组成如下:
CH4 34.5 % C2H6 11.3 %
C3H8    6.6 % C4H10    4.9 %
C5H10 0.7 % H2 38.2 %
N2    3.8 %
燃料气供给管路系统在加热炉的结构中是较复杂的部分，见流程图10-1所示。燃料气首先经过供气总管
从界区引到炉前。该管道的端头下部连有一个气、液分离罐，分离罐设两路排放管线，一路将燃料气中所夹带的水和凝液排放入地沟，另一路将燃料气管线中可能滞留的空气排入火炬系统。
在距供燃气管线端头2m处有一分支管线，将燃料气引入加热炉。此管线上设紧急切断阀HV-02，这个阀门由控制室遥控开或关。
当出现燃料气异常，如突然阻断引起炉膛熄火事故时，应首先关闭此阀。加热炉停车时也应关闭此阀。管线上装有流量变送器及孔板，用来检测记录燃料气的流量FI-01。计量单位为Nm3/d（标准立方米/天）。另外由一现场压力表PI-02显示燃料气的总压，正常值为0.5~0.8MPa.
管线引至炉底分成两路，一路供主燃烧器使用，另一路供副燃烧器使用。在主燃烧器管线上设炉出口温度控制调节阀，通过调节燃气的流量来控制炉出口温度。现场压力PI-03指示主燃烧器供气支管压力。在副燃烧器供气管线上装有一个自力式压力调节器PC-01，当燃料气总压波动时，维持副燃烧器支管压力为0.32 MPa，通过现场压力表PI-04指示。
滞留在主、副燃烧器支管中的水或非燃料气，如空气、氮气等，通过V1、V2、V3排入地沟或火炬系统。
加热炉的两个主燃烧器分别通过阀门V4、V5或V9、V10同主燃烧器供气管相连。两个副燃烧器分别通
过阀门V6、V7或V11、V12同副燃烧器供气管相连。炉膛蒸汽吹扫管线上设置V8阀。蒸汽由此管线进入炉膛。
加热炉物料为煤油，来自分离塔塔釜，经过加热后返回塔釜。加热炉在分离塔中起再沸器的作用。对于沸点较高的物料常用此方法。煤油入口管线设置切断阀HV-01、流量检测孔板及调节阀。煤油进入炉内首先经过对流段。对流段的结构相当于列管式换热器，作用是回收烟气中的余热将煤油预热。烟气走管间（壳程），煤油走管内（管程）。对流段的入口和出口分别由温度TI-01和TI-02指示。
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对流段流出的煤油全部进入辐射段炉管，接受燃烧器火焰的辐射热量，最后达到所需要的加热温度后出加热炉。炉管外表面和出口设有温度指示TI-03和
TRC-01调节。
加热炉炉体与烟筒总共高15m，进入炉体的空气量由挡板DO-01的开度调节。空气的吸入是在炉内热烟气与炉外冷空气的重度差推动下自然进行。对流段烟气出口处设烟气温度检测TI-04，烟气含氧量在线分析检测点AI-01及挡板开度调节与检测DO-01。炉膛中设有炉膛压力检测点PI-01。
2·燃烧器的组成及工作原理
燃烧器是加热炉直接产生热量的设备。每一个主燃烧器配备一个副燃烧器和点火孔，构成一组。主燃烧器的供气管口径大，燃烧时产生的热量也大。副燃烧器口径小，产生的热量很小，主要用于点燃主燃烧器。
点火的正确步骤是：首先用蒸汽吹扫炉膛，检测确认炉膛中不含可燃性气体后，将燃烧的点火棒插入点火孔，再开启副燃烧器的供气阀门。待副燃烧器点燃并经过一段时间的稳定燃烧后，即可直接打开主燃烧器供气阀，副燃烧器的火焰会立刻点燃主燃烧器。如果点火顺序不对，可能发生炉膛爆炸事故。
炉子的加热负荷越大，燃烧器的组数也越多。本加热炉有两组燃烧器。
3·挡板在燃烧中的作用
装在烟道内的挡板可以由全关状态连续开启达到全开状态（0~100%）。前面已提到本加热炉的进风为自然吸风。因此，挡板的作用主要用于控制进入炉膛的空气量。进入炉膛空气量的多少决定了燃烧反应的程度，即相当于一定的进风量，燃料气供给量过大，将会产生不完全燃烧。反之，进风量过大，将使烟气带走的热量增加。所以，正确的操作应当是保证完全燃烧的前提下，尽量减少空气进入量。即挡板的开度必须适中，不能过大，也不能过小。
在炉子运行中调整挡板时还应注意的一点是，当炉膛处于不完全燃烧时，开启挡板不得过快，这样会使大量空气进入炉膛，由于不完全燃烧，炉膛中有过剩的高温燃料气，会立刻全面燃烧而引发二次爆炸事故。
在炉膛处于燃烧的情况下，挡板开度较大，炉膛进风量大，炉膛负压（mmH2O ）升高，同时烟气中的含氧量也升高。反之负压减少，烟气中的含氧量减少，甚至为正压。正常工况应使炉膛内形成微负压-3.5~ -6.0（mmH2O），烟气中的含氧量在1.0%-3.0%之间。含氧量大于3%说明空气量过大。含氧量小于0.8 %说明处于不完全燃烧状态。
4·加热炉控制系统及特点
加热炉控制系统的目的是当炉出口温度达到要求值（300℃）后使其维持不变。本加热炉的温度控制回路（TRC-01）是通过主燃烧器供气管的燃料气流量，使炉出口温度达到给定值。该控制系统是一个单回路的常规控制方案。比较特殊的地方不在调节器及回路本身，而在调节阀的特殊构造上。此调节阀在全关时仍能保持一个最小开度，以防主燃烧器熄火。
副燃烧器的供气量很小，所以采取压力自力式调节将供气压力维持在0.32MPa，以保持长明状态。
由于采用了以上控制方案，在紧急事故状态或停车时，必须将紧急切断阀HV-02彻底  2
关断。
二、流程图说明
加热炉工艺流程图10-1中的控制仪表及操作设备说明如下。
1．指示仪表
FI-01 燃料气流量Nm3/d TI-01 煤油入口温度℃TI-02 加热炉对流段出口温度℃TI-03 辐射段炉管表面温度℃TI-04 对流段烟气出口温度℃PI-01 炉膛压力mmH2O
PI-02 燃料气总压力MPa PI-03 主燃烧器供气管分压力MPa PI-04 副燃烧器供气管分压力MPa DO-01 挡板开度%
AI-01 烟气含氧量%
图10-1 流程图画面
2．调节器
FRC-01 被加热物料煤油流量调节器t/h
TRC-01 煤油出口温度调节器℃
PC-01 副燃烧器供气压力自力式调节器MPa
3．手操器
HV-01 煤油切断阀HV-02 燃料气紧急切断阀
DO-01 烟气挡板
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4．开关及快开阀门
V1 至火炬泄放阀V2 副燃烧器供气管路泄放阀V3 主燃烧器供气管路泄放阀V4 1号主燃烧器供气前阀V5 1号主燃烧器供气后阀V6 1号副燃烧器供气前阀V7 1号副燃烧器供气后阀V8 蒸汽吹扫阀
V9 2号主燃烧器供气前阀V10 2号主燃烧器供气后阀V11 2号副燃烧器供气前阀V12 2号副燃烧器供气后阀IG1 1号点火开关IG2 2号点火开关
5．报警限（H：高限报警L：低限报警）
TRC-01 <295 ℃(L) TRC-01 >310 ℃(H) FRC-01 <3.0 t/h (L) AI-01 >5.0 % (H) AI-01 <0.5 % (L) PI-01 >0.0 mmH2O (H)
图10-2 控制组画面
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图10-3 指示仪表画面
三、操作说明
1．加热炉冷态开车操作步骤
①检查以下各阀门和设备是否完好：
燃料气紧急切断阀HV-02；加热炉出口温度调节阀（TRC-01）；副燃烧器供气压力调节阀（PC-01）；挡板DO-01从0%~100%开关试验。各主燃烧器阀门V4、V5、V9、V10；各副燃烧器阀门V6、V7、V11、V12；燃料气紧急切断阀HV-02；供气管泄放阀V1、V2、V3；炉膛蒸汽吹扫阀V8 。②检查以下各阀门是否关闭：
③将调节器TRC-01与FRC-01置手动。
④全开煤油入口阀HV-01，手调FRC-01输出，使煤油流量达到10t/h左右，使炉管中有大于最小流量（3.0t/h)的煤油流过。
⑤全开燃料气紧急切断阀HV-02，手动TRC-01置输出30%左右。琉璃美人煞结局
⑥开启V1、V2、V3泄放阀，放掉供气管中残存的非燃料气体，供气管中充满燃料气后，关闭V1、V2、V3。手动TRC-01置输出为零。
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⑦全开挡板DO-01，为蒸汽吹扫作准备。
⑧打开蒸汽阀V8吹扫炉膛将挡板DO-01关小到50% 左右，准备点火。
⑩开一号点火器，本操作以开IG1开关表示。
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⑾开IG1后持续时间必须超过3秒，方能开启一号副燃烧器的前阀V6与后阀V7。
⑿观察一号副燃烧器火焰是否出现，如果出现火焰，说明一号副燃烧器已点燃。注意点
火的顺序，必须先开IG1，然后开启供气阀V6与V7，并且相隔时间必须大于3秒，才能点火成功。如
果顺序颠倒可能发生炉膛爆炸。
⒀确认一号副燃烧器点燃后，打开一号主燃烧器的前阀V4，后阀V5。观察一号主燃烧器
是否有火焰出现。点燃后由于V4、V5的开启观察燃料气的用量加大。
⒁由于加热炉是冷态开车，物料、管道、炉膛的升温应当均匀缓慢。所以先点燃一组燃
烧器预热。此段时间大幅度下降。
⑤关闭一号副燃烧器的前阀V6和后阀V7。
⑥关闭二号副燃烧器的前阀V11和后阀V12。
⑦确认一、二号副燃烧器熄火，且燃料气供气量FI-01是否降低接近于零。
⑧关闭燃料气紧急切断阀HV-02，并确认HV-02关闭。
⑨打开V1、V2、V3，将燃料气供气管线的残留气体放至火炬系统，5分钟后关V1、V2、
V3。
⑩全关挡板DO-01，保持炉膛温度，防止炉内冷却过快而损坏炉衬耐火材料。⑾将FRC-01调节器置手动，待TRC-01下降至240℃以下，可逐渐关小手动输出。保持炉管6
供应。
②然后关闭一、二号主燃烧器供气阀V4、V5、V9、V10。
③关闭一号、二号副燃烧器供气阀V6、V7、V11、V12。
④全开挡板DO-01。
⑤开蒸汽吹扫阀V8，3分钟后关V8.
⑥检查分析事故原因，排除事故。
谢芷蕙⑦确认事故已排除，可参照加热炉开车步骤重新点火开车。
四、事故设置及排除
当加热炉开车至正常工况，并记录下成绩以后，即可开始事故排除训练。本仿真软件主要设有如下五种事故。其现象和排除方法如下。
1、加热炉进料流量FRC-01突然减少(F2)
事故现象：引起加热炉出口温度TRC-01逐渐上升。
处理方法：发现问题后，应立即将TRC-01调节器打手动，减少燃料气流量，使出口温度
恢复到300 1.5℃，并稳定在300 1.5℃，且含氧量及其他有关指标符合正常工况为合格。
2、加热炉燃料气流量FI-01突然减少(F3)
事故现象：引起加热炉温度TRC-01逐渐下降。
处理方法：发现故障原因后，应立即将TRC-01调节器打到手动，加大燃料气流量，使出口
温度TRC-01恢复并稳定在300 1.5℃为合格。
3、进料阻断(F4)
事故现象：FRC-01流量突然下降到“零”。TRC-01将迅速升高。
处理方法：必须立刻进行紧急停车的各项操作。详见三之3。
4、燃料气FI-01突然阻断(F5)
事故现象：使炉膛突然熄火。
处理方法：必须立刻进行紧急停车的各项操作。详见三之3。
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