加热炉火管烧损原因技术探讨

牛洪凯(大庆油田第八采油厂规划设计研究所，黑龙江大庆163514)

0 引言

加热炉是将燃料内蕴藏的热量，经过燃烧释放，把被加热介质加热到能满足油田生产需要的一种耗能设备[1]。全厂在用加热炉共228 台，火管烧损是合一装置、火筒炉及水套炉使用过程中常见的问题，尤其以合一装置最为严重。2007年至今，全厂加热炉烟火管大修及更换共27 台，表现形式通常为火管近火焰处的鼓包变形、甚至穿孔，给加热炉安全运行带来极大的隐患。目前我厂火管烧损情况数量相对较多，并呈上升趋势。选取某转油站2#四合一火管烧损事故进行分析，确定加热炉火管烧损的原因。

1 火管烧损原因技术分析

1.1 烟气冷热分层

加热炉在工作过程中热烟气分布在火筒的上半部分，冷烟气分布在火筒的下半部分，烟气在向外漂浮排除的过程中，造成火管过了耐火砖处存在一个温度场最高点，从而使火管表面受热热度不均匀易鼓包变形，火管的热场中越靠上部分，温度越高。

1.2 介质冷热分层

由于火筒外介质流向是从加热炉的底部进入，加热炉内介质冷热分层，上部介质温度最高，下部介质温度最低，造成火管外壁表面温度不均匀易变形。

1.3 加热介质受热不均

加热炉的火管与烟管之间的最短距离为15-20CM（3 点），两只火管之间的中心距离为20cm（2点），火管距离加热炉外部壳体最短距离为30～32cm（1点），因此在加热炉火管与烟管之间的介质要受到两部分的温度场加热，2只火管之间的介质也是要受到2 个火管的温度场加热，但其温度低于上半部的介质，而加热炉火筒最低处与壳体之间的换热只有火筒一侧的温度场换热，因此介质在加热炉内的温度场也是上部高下部低。

1.4 钢板发生蠕变

加热炉提火和降火时造成耐火砖内部隔热或蓄热,钢板温度差较大，当提火时耐火砖内钢板还没有温度，其前端20～30cm 及其以外的钢板已经存在较高的温度了，随着温度的稳定运行，耐火砖内外钢板的温度达到一致，当降火时，耐火砖内的钢板温度还没有下降时，其前端20～30cm 及其以外的钢板已经大幅度的降温，这样就造成了耐火砖前端上部最高点20～30cm处的钢板发生蠕变，钢板长期在冷热温度变化剧烈的状态下运行失去热应力，加之加热炉内存在一定压力及介质的重力、钢板的重力均为向下，所以造成了火筒钢板“鼓包”方向向下。有时因钢板的蠕变分布不均还造成其他位置的鼓包，但大多数会出现在上午10点钟到下午2点钟之间，而个别火筒下部鼓包是由结於结垢严重造成的。

1.5 加热介质较差

由于我厂采出液中钙、镁盐类离子含量较高，在加热炉的受热面上，在高热负荷的作用下相互发生化学反应，就形成复杂的硅酸盐垢。与钢材相比，水垢的导热系数很小。

碳酸盐垢的导热系数只有钢材的1/10～1/100，相当于在烟、火管外增加一层保温层，结垢造成管材的局部过热产生的二次应力使炉管鼓包变形，某F站2#四合一火管结垢最厚处达到4mm；结垢不均匀产生的供氧浓差电池造成垢下腐蚀，从而进一步加大炉管穿孔的风险。

1.6 焊道影响温度场

在对加热炉紧急实施维修时，对炉管损坏部位所采用的维修方法是进行“挖补”,在火管上打了一个“补丁”，而这个补丁的边缘与原火管上钢板所连接的焊缝是由人工利用焊条进行焊接的，人为因素会造成焊缝的薄厚质量不同，也就会造成新旧钢板的温度场不同,“试压”与“探伤”只是短期测试行为，个别修好后的加热炉在运行一段时间后,还会再次出现鼓包损坏或是焊缝再次裂开，这是由于焊缝质量差造成的。

1.7 高负荷运行

某F 站外产能新投油井逐年增加，2014 年新投油井30 口，处理量增加330 m3/d，为保证新投产油井正常运行，将站内掺水温度由去年同期的65℃提高至74℃，造成某F 站四合一负荷加重。

1.8 燃烧器法兰变形

某F站2#四合一2012年更换燃烧器，固定燃烧器的法兰未更换。由于燃烧的伴生气含水较大，存在爆燃现象，造成燃烧器经常打枪（回火）。高温回火使法兰变形，造成燃烧器偏心，风机吹落耐火砖、吹倒挡火墙，火焰直接舔舐火筒内壁，形成鼓包。

1.9 细烟管无法清淤

某F站2#四合一为微正压加热炉，该炉型设计时侧重提高加热炉的热效率，在实际运行中由于加热段细烟管较多，内部空间狭小，清淤困难，造成火管及烟管外结淤严重。该四合一连续2年未清淤，将烧损的火管进行更换时，对四合一炉内进行了清淤，现场共清理淤泥约15m3（500多袋），淤泥量大。目前全厂微正压加热炉共16台。

2 火管烧损对策措施

2.1 加装炉管高温监测装置

近几年我厂陆续在加热炉炉管上安装高温监测装置来预防因加热炉局部过热而产生的安全隐患。该装置监测点为6个，安装在距耐火砖约300mm炉管管壁，当温度超过设定值时，超温报警装置会自动发出报警信号，同时设有超温自动降负荷控制系统，当炉管壁超温时，通过调节阀自动降负荷，保证炉管安全运行。

2.2 调整耐火砖长度

常规水驱加热炉的耐火砖长度为1.8m，火焰高温区为1.5m处，不需要增加耐火砖长度，耐火砖过长会降低传热效率。个别转油站为保证站外油井冬季生产，提温提火加大了燃烧器火焰长度，火焰越过耐火砖直接舔舐火管壁，长期运行导致火管鼓包变形。在满足加热负荷的前提下，根据燃烧器的火焰长度（1.9～2.4m）可增加个别加热炉耐火砖长度（1.8～2.5m)，避免火焰直接舔舐火筒壁。

2.3 加热炉安装燃气辐射管

针对部分负荷较高，提温困难无法加长耐火砖长度的加热炉，可加装燃气辐射管。燃气辐射管是将燃料和燃烧产物向炉内的传热过程完全封闭在“马弗管”内的一种燃烧装置，包括燃烧器和马弗管两部分，马弗管一端与燃烧器相连并贯穿炉膛，另一端与烟道相连，燃烧焰流沿马弗管流向烟道，并通过管壁向炉内辐射传热[2]。

2.4 取消挡火墙

现场发现，某F 站2#四合一火管内挡火墙已倒塌，造成火焰向上偏烧火管壁。设计院设计的燃烧器，投产时都配有挡火墙，挡火墙可二次燃烧剩余燃气，提高燃烧效率。近几年新更换的燃烧器均可将烟气的过剩空气系数维持在1.05～1.15 范围之间，保证燃料和空气充分混合燃烧，挡火墙失去原有作用，可取消。[1]

3 结语

通过对某F站2#四合一火管烧损原因的分析，结合我厂加热炉运行状况，针对四合一烧损可采取有效措施进行预防及治理，保障加热炉安全高效运行。下一步需针对全厂加热炉做以下工作：

一是对全厂加热炉检查燃烧道（耐火砖）有无错位、脱落、倒塌，检查耐火泥是否脱落，对投产年限较长的加热炉耐火砖进行更换，拆除4台加热炉的挡火墙。

二是更换老化变形燃烧器封头法兰。对全厂加热炉燃烧器法兰进行调查，燃烧器封头法兰变形易造成燃烧器偏心燃烧，火焰长期舔舐火筒壁形成鼓包变形，需及时更换。

三是加强加热炉清淤除垢。定期清除设备内部淤积物，对烟火管外壁进行除垢。

四是加强岗位工人加热炉培训，使工人会判断加热炉燃烧效果，提前发现隐患。

（1）根据仪表指示判断：加热炉出口温度应在规定温度的±5℃范围内。在规定范围内为正常，发生温度超范围波动则为不正常。

（2）根据加热炉火焰判断：火焰燃烧应达到短火焰、齐火苗、火焰明亮、燃烧完全。烧气时火焰呈淡蓝色，烟囱看不见冒烟。凡不符合这些标准时为不正常现象。

（3）根据加热炉声音判断：加热炉响声一直均匀不变，是加热炉正常运行；当响声突然停止，是加热炉熄灭，或是停电或燃料中断等原因造成；当响声无规则，时高时低，是燃烧器调节不当，进炉介质变化或燃烧量变化等原因造成。