[发明专利]一种斜排盘管加热炉

说明书

技术领域

本申请涉及石油炼制、石油化工及其它化工领域中的管式加热炉，特别涉及模块化石油化工加热炉中的斜排盘管加热炉。

背景技术

(1) 传统加热炉的结构设计及功能

加热炉是石油化工中的龙头，包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式加热炉的作用于是将介质（油料或气体）加热至工艺所需的温度。

炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。炉墙上安装的支架支持着管板，炉管穿过带孔的管板由管板支持，炉管内流过的是需要加热的油料，炉管外面在炉膛内从下往上流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料或其它介质。

例如，乙烯裂解炉由对流段和辐射段两大段上下组装而成，一台15万吨/年乙烯裂解炉对流段一般整体尺寸为长18m×高28m×宽3m，属于高耸的钢结构建筑物。

(2) 传统加热炉建造方法及其技术创新

由于历史原因，炉体建造中传统的习惯做法是机械制造厂生产管板、翅片管和弯头等配件，然后由建设公司负责在工地现场将这些零件与钢结构炉墙一起组装成炉体整体。在装置现场组焊，其炉管的穿进、与弯头的组焊及焊缝的射线检测、焊缝缺陷的反修、炉墙表面严格的喷漆均因露天高空施工带来诸多不便，与现代工程管理的HSE方针有差距，炉墙耐磨隔热衬里受天气影响会变形开裂、松脱或雨淋失效。

随着加热炉的大型化发展，炉体建造的传统做法逐渐暴露出各种与现代工程建设不协调的技术和管理问题。本世纪初，模块式石油化工加热炉建造技术得到开发应用，每一台加热炉由若干个长方体形的模块叠装或拼装而成，每一个模块包括两侧炉墙和两端的弯头箱、炉墙内侧的支耳和管板、炉管和集箱，在每一模块靠近底部的两炉墙上设有两侧炉墙间距的调节及固定机构，调节机构穿过炉墙的壁厚、在两侧炉墙之间是互相对称配搭成套的。模块顶部连接有方便吊装用的衡架结构或吊耳。每一组模块的炉墙上下面均开有大量的圆形螺栓孔。改变加热炉在装置工地现场进行零部件的组装焊接为现场的模块化“搭积木”式施工新方法。技术路线是：(1)根据加热炉的总体尺寸和交通运输路线，把加热炉整体分割设计为长、宽、高及重量合适的若干件，这样达到化整为零的目的；(2) 完全在制造厂车间厂房内组焊炉体各模块；(3) 把模块运输到工地现场安装即可。

(3) 加热炉大型化带来的新问题

加热炉模块化建造技术创新解决现代工程建设的协调问题后，加热炉制造和装置运行中暴露出新的问题，就是大型加热炉超长炉管内介质的排净困难。目前，28m长的翅片管已在工程应用中。炉管是否超长只是加热炉发展历程中一个相对的不定量概念。

危害的一方面，钢管的长度有限且本身就存在不直度，多段钢管组焊拼接成长管后其不直度有所增加，随后的各种加工及吊运转移均会加剧其不直度，因此长炉管的不直度是客观存在的，其调直质量有限度这就使盘管充水进行耐压试验后的干净排除造成困难，制造厂通过反复抬高和放低模块一端的方法、或者往盘管内通入热空气可以尽量排除残余的水，但是效率低下，也容易损伤松散的模块结构。如果盘管存有不明确数量的水，会造成模块运输超重，吊装时水的流动造成模块的晃荡，带有水的盘管运输到寒冷地区，还会因水凝成冰而胀坏炉管，成为重大工程项目建设质量的关键。

危害的另一方面，是加热炉运行后停车检修时，超长炉管内易燃易爆介质无法排放干净，无法保证检修作业的人员安全和动火安全，管内残余介质与空气接触后还可能形成腐蚀性环境，损坏炉管强度产生安全事故。有失效案例表明(王杜娟，王强. 烯烃部裂解炉翅片管泄漏原因分析[J]，石油化工设备，2007，36(增刊)：14-16)，装置现场盘管的排干能力甚至决定加热炉的安全。某厂乙烯装置自1995年开始运行，2006年4月发现总收率出现了下降趋，拆解预热段检查发现底层吹灰口有溢流油渍，漏点在对流段最下一层紧靠炉壁的管线上，管段中有一处直径约10mm的穿孔。分析是停工检修前吹扫蒸汽未完全排净，在炉管内冷凝成水，汇集在炉管下部，加上空气中的氧形成腐蚀条件，造成炉管下部大面积腐蚀，某些部位产生局部的蚀坑。在停工检修时又随机抽取预热段的翅片管进行检验，另一报道（曹万军. 焦化加热炉注汽线断裂原因分析及修复[J]. 石油化工设备技术，2013，34(3)：21-22，25.）也发现了同类型的失效形式，多项案例证明了该种类型的失效存在一定的普遍性，成为需要迫切解决的问题。