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2007年11月中国石化加热炉检测评定中心长岭中心站岳阳长岭设备研究所有限公司2第三章石油化工加热炉的检测技术通过对加热炉的效率、炉管温度、衬里、烟气露点温度等的监测，可以了解运行中烟气参数是否正常，炉管的表面热负荷是否均匀，炉管是否结焦，衬里是否完好，预热器是否存在露点腐蚀等状况。它对于节能降耗，提高加热炉的热效率，特别是对延长生产周期，降低加热炉的故障，具有重大的意义。第三章石油化工加热炉的检测技术3.1测试、检查执行的标准(见表3-1)3序号测试、检查项目依据和引用标准控制指标1排烟温度中石化《加热炉管理制度》≯170℃2CO含量中石化《加热炉管理制度》≯100ppm3对流室顶部氧含量中石化《加热炉管理制度》燃气加热炉2%-4%燃油加热炉3%-5%4NOx含量《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996≯240mg/m3(约120ppm)5SO2含量《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996≯550mg/m3(约200ppm)第三章石油化工加热炉的检测技术序号测试、检查项目依据和引用标准控制指标6热效率简易计算《石油化工工艺管式炉效率测定法》SHF0001-907热效率运行标准中石化股份公司化工事业部《2006年度加热炉专题工作会议》裂解炉热效率≥92%；其他热负荷≥10MW的加热炉热效率≥89%；热负荷＜10MW的加热炉热效率达到设计值并逐步达到87%8外壁温度(辐射段、对流段和热烟风管道)《一般炼油装置用火焰加热炉》SH/T3036-2003≯80℃9外壁温度(辐射段底部)《一般炼油装置用火焰加热炉》SH/T3036-2003≯90℃10部件、基础资料和运行参数中石化《加热炉管理制度》55第三章石油化工加热炉的检测技术3.2测试方法管式炉热效率的测定有标定测定和操作测定两种。•标定测定时应对正、反平衡计算式所涉及的各参数都进行准确的测量，由于工作量大又比较麻烦，因此一般只在评价某台管式炉或为获得设计数据时才采用。•操作测定则比较简单，它只测量反平衡计算式中涉及的各参数，一般只对烟气离开体系时的组成和温度进行分析和测量，用反平衡法计算出热效率或用连续测定仪直接显示出热效率，以作为调节操作参数的依据。仪表及测点的布置见图3-1。测试中应该严格按规定进行布点、测量；仪器仪表在测试前必须进行校验；在整个测试中应使加热炉的操作始终保持稳定状态。测试前还应制定合理的测试数据记录表格，测试完须对数据进行处理，对测试结果做出综合分析，最后编制成报告。测试详细内容见表3-2。第三章石油化工加热炉的检测技术67第三章石油化工加热炉的检测技术8第三章石油化工加热炉的检测技术表3-2管式炉效率测试项目和方法测试项目测试方法或测试仪器、仪表液体燃料消耗量容积式流量计或计量罐，允许误差±1％低发热量GB384-81《石油产品热值测定法》或计算元素分析GB476-79《煤的元素分析方法》水分GB260-77《石油产品水分测定法》硫含量GB387-64《黑色石油产品硫含量测定法》GB388-64《石油产品硫含量测定法》氮含量GB9170-88《润滑油及燃料油总氮含量测定法》密度GB1884-83《石油和液体石油产品密度测定法》GB1885-83《石油密度计量换算表》温度水银温度计或热电偶，电阻温度计，0.5级测试项目测试方法或测试仪器、仪表气体燃料消耗量压差式流量计，允许误差±1％组成分析气相色谱法低发热量实测，或按组成计算温度水银温度计或热电偶，电阻温度计，0.5级压力弹簧管压力表或其它压力计，1.0级燃料用空气温度水银温度计或热电偶，电阻温度计，0.5级雾化蒸汽消耗量压差式流量计，允许误差±1.5％温度水银温度计或热电偶，电阻温度计，0.5级压力弹簧管压力表，1.5级第三章石油化工加热炉的检测技术10测试项目测试方法或测试仪器、仪表被加热介质流量容积式，压差式或涡轮流量计，允许误差±1％密度油品：GB1884－83《石油和液体石油产品密度测定法》GB1885-83《石油密度计量换算表》组成或馏程有关标准温度水银温度计或热电偶，电阻温度级，0.5级压力弹簧管压力表或其它压力计，1.0级散热损失热流密度SY7505－87《加热炉热工测试方法》设备外表温度风速炉体附近环境温度附属设备电功率吹灰器用蒸汽的消耗量、温度、压力电流表，电压表或功率表，1.0级与雾化蒸汽相同第三章石油化工加热炉的检测技术11113.2.1标定测定管式炉热效率的标定测定需对划定体系的下列参数进行准确测量：•①用干球温度计测量环境温度，作为基准温度。•②测量各种被加热介质(油料、过热蒸汽、余热锅炉工质等)在体系出入口处的流量(包括油料汽化率)、温度和压力，以计算有效热量。•③测量燃料的低热值，以及燃料、空气和雾化蒸汽在体系人口处的温度、压力和流量，以计算供给热量。第三章石油化工加热炉的检测技术•④用抽气热电偶测量烟气离开体系时的温度，并进行烟气组成全分析，以计算排烟损失。•⑤测量炉外壁、风、烟道外壁及空气预热器外壁的平均壁温和环境风速，以计算散热损失。准确测定上述各参数之后，用热效率公式分别进行正、反平衡的热效率计算，并统计各组数据正、反平衡热效率的误差。当两者基本相等时，方可认为测定是可信的。当测量出鼓风机、引风机和吹灰器等的电耗和吹灰器的蒸汽耗量时，便可用其综合热效率的公式计算出综合热效率。12第三章石油化工加热炉的检测技术13图1-4图1-5图1-6图1-4图1-5图1-6图1-4图1-5图1-63.2.2操作测定管式炉热效率的操作测定主要是为调整以及考核管式炉操作状况而进行的。一般只测定排烟损失（排烟温度和烟气成分），估计一个散热损失便可计算出炉子的热效率。排烟损失的测定有定期(一天或数天)人工采样分析和用热效率仪连续测定两种方法。人工采样分析是在体系出口处人工采集烟气样，作奥氏气体分析或色谱分析，得到烟气的组成(C02、02、CO等)，从而计算出排烟处的过剩空气系数。第三章石油化工加热炉的检测技术143.3几种常用在线仪表功能介绍3.3.1氧化锆氧化锆测氧仪是将氧化锆探头直接插入烟气中，而不用将烟气引出炉外。探头是一个氧化锆小磁管，管内、外壁的某相对应处涂上并烧结一层多孔的铂电极，管内通以标准气(空气)。这样管外气体(烟气)和管内标准气体之间氧浓度差构成一个氧浓差电池，使铂电极输出电讯号而测出烟气中的氧含量。由于氧化锆氧浓差电池的内阻随温度的降低而升高，因此氧化锆探头的工作温度一般在600℃以上。实际使用中常用恒温法或温度补偿法来避免烟气温度波动的干扰。另外，其变送器需采用集成线性放大器组成，否则测量精度难以保证。第三章石油化工加热炉的检测技术氧化锆测氧仪的应用与要求有以下几点：•（1）安装位置一般均在辐射室出口处，利用此点检查供给燃烧所需空气量的实际情况，以控制燃烧器风量达到完全燃烧。•（2）测点在烟温600℃-800℃处比较合适。测点处应燃烧完全，烟气流动平稳，无剧烈振动和敲打源。•(3)测点位置应在加热炉密封性好、不漏风的部位，应避开人孔、门等位置，因为人孔、门容易出现关不严、漏风等现象，导致氧量指示偏大。15第三章石油化工加热炉的检测技术16(5)氧化锆氧分析仪的变送器、指示表应安装在环境较好的地方。如集控室内：指示仪的信号引线应与加热炉内热电偶的补偿导线同型号，以免因温差造成测量误差。(6)保持锆头温度恒定根据Nernst公式，只有当温度恒定时，输出电势才仅与被测气体的氧分压有关。温度过低不仅达到稳定的电势输出需较长的时间，同时输出电势特性的斜率降低，响应速度变慢，零点电势增加；温度过高，则电极和引线会因熔化而脱落。试验证明，在750℃、氧浓度为5.0％时，温度变化lO℃就会引起1％的误差。所以，保持锆头温度恒定十分重要。第三章石油化工加热炉的检测技术(7)严密监视电极电阻的变化在高温烟气腐蚀下，探头经一段时间的使用，其内外电极将受到污染，表面会附着一层不均匀的覆盖物，铂电极的微孔中也会有杂质侵入。使电极的多孔性变差，有效面积减少，引起响应速度变慢、输出电势降低，甚至探头不能正常工作(此时其内阻将高达几百欧)。随着时间的延长，电极污染进一步加剧，输出电势偏离理论值更多。一般情况下，电阻大于l000Ω时，应考虑更换探头。为此，要严密监视电极电阻的变化，并采取措施防止污染。17第三章石油化工加热炉的检测技术(8)及时调整风量与燃料量操作人员常会发现氧化锆氧分析仪氧量指示偏差较大，这不一定是仪器出了故障，而往往是由于燃烧工况发生变化后未能及时进行调整所致。操作人员若能根据炉膛燃烧工况及时调整风量和燃料量，几分钟后指示就能恢复正常。18第三章石油化工加热炉的检测技术(9)加强日常维护和管理新投运的氧化锆氧分析仪至少每2周校验1次，根据实际情况，按中石化《加热炉管理制度》至少每季度校验一次。定期清除探头过滤器上的集灰，必要时可拆下处理。标准气管应畅通，探头每季度应在线标定一次，发现问题及时处理。加热炉停用较长时间时应切断加热炉电源。以延长其寿命。要加强日常的技术管理，对氧化锆氧分析仪的更换、故障原因、处理结果等应作详细记录。(10)氧化锆测氧仪测得的是湿烟气中的氧含量。应用该值计算过剩空气系数时要注意。19第三章石油化工加热炉的检测技术热电偶作为温度的检测元件，通常与显示仪表配套，用于直接测量各种生产过程中流体、蒸汽和气体介质以及金属表面等的温度，也可以将其毫伏信号送给巡测装置、温度变送器、自动调节器和计算机等。203.3.2热电偶第三章石油化工加热炉的检测技术热电偶由一对不同材料的导电体(热电偶丝)组成，其一端(热端、测量端)相互连接并感受被测温度；另一端(冷端、参比端)则连接到测量装置中。根据热电效应，测量端和参比端的温度之差与热电偶产生的热电动势随着测量端的温度升高而加大，其数值只与热电偶材料及两端温差有关，而与热电偶的长度、直径无关。热电偶的结构有热电偶元件、保护套管、安装固定装置、接线盒等部件。21第三章石油化工加热炉的检测技术为提高测量精确度，减少测量误差，在热电偶使用过程中，除要经常校对外，安装时还应特别注意以下问题：(1)安装热电偶要注意检查测点附近的炉墙及热电偶元件的安装孔须严密，以防漏风，不应将测点布置在炉膛或烟道的死角处。(2)测量流体温度时，应将热电偶插到流速最大的地方。(3)应避免或尽量减少热量沿着热电极及保护管等元件的传导损失。22第三章石油化工加热炉的检测技术安装位置有：(1)辐射室处根据要求，为保证辐射室温度的均匀性，可在辐射室内不同位置安装数支热电偶。最重要的一个点是辐射室出口处所测的炉膛温度(火墙温度)，一般是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它代表炉膛内烟气温度的高低，是加热炉操作中一个很重要的控制指标。炉膛温度与加热炉的负荷有关，一般情况下炉子负荷愈大，加热炉的炉膛温度就愈高。在炉膛内，燃料燃烧放出的热量是通过辐射和对流两种传热方式传给加热炉炉管，炉膛温度高，辐射室传热量就大，但太高的炉膛温度容易造成炉管内油品结焦，甚至烧坏炉管和管板等。23第三章石油化工加热炉的检测技术(2)对流段处一般安装对流室出口处。是指高温烟气离开加热炉对流室的温度，该温度的高低不仅与加热炉的负荷有关，而且还与加热炉对流室的进料温度和炉管的传热效果有关，它反映出加热炉热效率的高低(没有余热回收系统时)。它是加热炉日常维护工作中的一个参数。其热偶套管一般都选用与辐射室热偶套管相同的材质。24第三章石油化工加热炉的检测技术(3)排烟道处排烟温度是烟气离开加热炉系统时的温度，该温度的高低是对加热炉系统热效率的直观反映。排烟温度高，单位体积烟气带走的热量多，加热炉的热效率就抵；反之加热炉的热效率就愈高。但最低排烟温度还取决于烟气的低温露点腐蚀温度，加热炉的排烟温度必须高于烟气的露点温度，否则将会引起炉管或预热器传热元件的露点腐蚀，影响加热炉的长周期安全运行。在日常操作中排烟温度一般作为余热回收系统工作状况的评判依据。25第三章石油化工加热炉的检测技术3.3.3负压表无论是自然通风还是强制通风的加热炉炉膛压力都是加热炉操作中重要控制