管式加热炉的结构

在一个有衬里的密闭体内设置有大量的相互连接的合金无缝钢管，被加热介质在一连串的无缝钢管内以很高流速通过，燃料在密闭体内燃烧产生高温烟气，高温烟气通过辐射、对流和传导把热量传给被加热介质，把被加热介质加热到生产工艺规定的温度或完成一定的化学反应深度；这类设备统称为管式加热炉。今天我们所讲的管式加热炉是炼油和石油化工生产装置的工艺加热炉，简称为石化工艺加热炉。

石油化工工艺管式加热炉由辐射室、对流室、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成。

1.辐射室

辐射室是加热炉辐射传热起支配作用的部分。由于是火焰直接所在的场所，所以它是加热炉温度高的部分，对其所用材料的成分、强度、厚度和机械的结构，需要仔细考虑，同时在功能上，全炉热负荷百分之70~80的热量是在辐射室被吸收。在流体有反应转化和裂解的炉子上，反应和裂解等一般都全部在辐射室内完成。所以说辐射室的好坏决定加热炉的好坏，并非过言。

2.对流室

对流室是加热炉对流传热起支配作用的部分，对流室有排列很密的管束，这种结构使得烟气通过对流管的速度提高，得到有效的对流传热。一般对流室吸收全炉热负荷的百分之20~30的热量。对流室可设在辐射室上部；也可设在地面上，用烟道与炉本体连接，但在本质上机理一样。在对流室可以采用钉头管或翅片管。

3.余热回收装置

余热收回装置是指用来回收对流室出来的烟气，或者当没有对流室时直接从辐射室出来的烟气中热量的设备。目前国内外各炼厂采用的余热回收措施大致有以下几种类型：a．从工艺流程与装置总体平衡考虑，冷进料–热油空气预热空气。b．从改进和简化循环系统考虑有热载体循环–热油空气预热空气。包括开路与闭路热载体循环。c．从增加附属回收设备考虑，有①钢管式；②玻璃管式；③回转式；④铸铁管式；⑤扰流子式；⑥热管式；⑦板式空气预热器等。d．从与其他设备联合节能考虑，有①余热锅炉；②热电联产。

4.燃烧室

燃烧器是加热炉的重要组成部分之一，技术性能的优劣以及是否与加热炉工艺要求、炉型结构、传热特点相匹配对加热炉的运行、能耗或环保都有着直接影响。选用技术性能与加热炉工艺要求、炉型结构、传热特点相匹配的燃烧器对保证加热炉“长、安、稳、满”运行有着重要意义。

5.通风装置

通风装置的职能是把燃烧用空气引进的同时，把烟气向炉外排出，有自然通风和强制通风两种。前者靠烟囱的通气力；后者用引风机，引出烟气。一般炉内压力损失小时，多采用烟囱自然通风方式，烟囱安装在炉的上部，与加热炉成为一体，烟囱的高度，以克服炉内的压力损失，并保持充分的通风力为佳。加热炉构造复杂，炉内压力损失大的加热炉或有废热回收装置的加热炉多采用安装引风机通风方式。

6.炉管和弯头

炉管和弯头是管式加热炉中重要的部分，占管式加热炉总钢材量的百分之40，总投资的百分之60。因为要耐压力，耐腐蚀，抵抗火焰的直接灼热，为了完成工艺任务和生产安全，根据下列标准设计炉管：

炉管的长度和总根数根据管式加热炉的热负荷、热效率和加热炉的构造来决定。

管径和管程数，根据流量、允许压力损失、停留时间决定。壁厚由内部压力、热应力、静荷重、管壁温度、材料强度（包括高温蠕变性和脆性等）和腐蚀裕度等决定。

材料由许用温度及高温强度（包括蠕变强度）、耐热性、腐蚀性和脆性等决定。炉管温度低于500℃时使用碳钢炉管；炉管温度在500℃~700℃时使用低合金钢炉管（T9~T22）；炉管温度在700℃~800℃时使用不锈钢炉管（304、316）；炉管温度在800℃~900℃时使用309炉管；炉管温度超过900℃时使用高合金钢离心浇铸炉管（HK-40）。

管式加热炉辐射炉管采用光管，对流室采用钉头管或翅片管。炉管与弯头连接方式有焊接和胀接两种。采用焊接时，弯头为炉管压制成的急弯弯头，以180°的弯头为代表，铸造的不多。采用胀接时，采用有堵头的铸造回弯头，卸下堵头，管内能够用机械清焦，缺点是较贵，材料和炉管相同。如被加热油品较轻，炉管不易结焦或采用了在线清焦技术的加热炉可全部采用急弯弯头，如被加热油品较重，炉管易结焦，且没采用了在线清焦技术的加热炉可在辐射室部分采用铸造回弯头。

7.管支架和导架

管支架承受炉内加热管的重量，并将其重量传给加热炉的框架。管支架要具备的条件是：优越的抗氧化腐蚀性能和高的高温强度，以及随着加热管的温度变化，在结构上，管支架可以保持伸缩自由。管支架的材料，在辐射室和对流室下部采用25Cr—12Ni钢或25Cr—20Ni钢。在对流室上部采用密烘铸铁“HR”和5Cr合金钢。采用高铬钢存在的问题是高温脆性，还有燃料中含钒硫所引起的腐蚀。在这种场合支架应设计成具有可换性的构造，对高温脆性要用铁素体加以保护，对钒的腐蚀可用浇注保护层处理。一般在辐射室采用刀架形管支架，在对流室采用孔板形管支架，导管架仅起管子导向作用。

8.炉框架、侧壁和平台

炉框架是承受加热炉全部荷重的钢结构，材料是普通碳钢，多用槽钢和工字钢。侧板就是炉壁外表面的钢板，其作用是防雨、防尘，同时防止不必要的空气漏入炉内，按作用可以分为分担部分钢结构荷重和仅起覆盖作用两类。平台和梯子是为操作和维修而设立，用于日常操作维修和检查。