石油工业加热炉

石油工业加热炉建材公司石油石化设备二厂一、前言石油工业加热炉是指将燃料燃烧产生的热量传递给被加热介质而使其温度升高的一种加热设备。在油气集输系统中，它的作用是将原油、天然气等加热至工艺所要求的温度，以便进行加工和输送。因此石油工业加热炉是区别于其他领域（如冶金、采暖、化工等）独立分支的一种加热炉。石油工业加热炉是油田油气集输工艺中非常重要的组成部分。加热炉对介质（一般为生产用水、原油）加热后，介质受热进入集输管线起到伴热或增强流动性的作用。加热炉的停运对油田采油影响巨大，尤其在北方地区，极易造成大面积管线停输，油井停产等问题的出现。石油工业加热炉一般布置于转油站、联合站等。一些偏远地区的小型站点也经常使用加热炉，主要用于采暖。二、石油工业加热炉的定义及分类石油工业用加热炉定义油气田和长输管道用火焰加热原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备。一般按结构型式分为火筒式加热和管式加热炉。（一）按石油工业加热炉的分类在石油天然气行业标准SY/T0540-94《石油工业加热炉型式和基本参数》中规定其分类如下：按基本结构分为两大类：火筒式加热炉和管式加热炉。火筒式加热炉又分为火筒式直接加热炉和火筒式间接加热炉。管式加热炉分为立式圆筒式加热炉，卧式圆筒式加热炉和卧式异型管式加热炉。其他按被加热介质和燃料种类分类不常使用，不在此介绍。（二）按燃烧方式可分为正压燃烧加热炉和负压燃烧加热炉（三）按使用用途分类可分为：掺水加热炉、热洗加热炉、外输加热炉、脱水加热炉、采暖加热炉。火筒式加热炉定义石油工业生产中，在金属圆筒壳体内设置火筒传递热量的一种专用设备。分为火筒式直接加热炉和火筒式间接加热炉。火筒式直接加热炉是指被加热介质在壳体内由火筒直接加热的火筒式加热炉称为火筒式直接加热炉，统称火筒炉（即为我们通常所说0.29MW、1.5MW、2.0MW、2.5MW等加热炉，也包括具有加热和其他功能的合一装置）。火筒式间接加热炉是指被加热介质在壳体内的盘管（由钢管和管件组焊制成的传热元件）中，由中间载热体加热，而中间载热体由火筒直接加热的火筒式加热炉称为火筒式间接加热炉。中间载热介质为水的火筒式间接加热炉简称水套炉。在大庆油田上广泛使用的即为火筒式加热炉，其基本遍布大庆油田的各个角落，也是我们最需要关注、了解的加热炉。在火筒式加热炉基础上相继派生去其他种类加热炉，即微正压（可抽式、固定式）加热炉、脉动燃烧二合一加热炉和真空加热炉。前两种加热炉均属加热缓冲二合一装置类型，而真空加热炉属水套加热炉类型。管式加热炉定义石油工业生产中，用火焰通过炉管直接加热炉管中的原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备。油田经常采用型式基本为立式圆筒式炉和卧式圆筒式炉，其中立式圆筒炉主要应用于天然气原油稳定站中。按燃烧方式可分为正压燃烧加热炉和负压燃烧加热炉1、正压燃烧：燃烧时炉膛内为正压的燃烧方式。燃烧所用空气进入炉膛及烟气排出是靠正压鼓风完成的。正压燃烧加热炉:真空加热炉和微正压加热炉。2、负压燃烧：燃烧时炉膛内为负压的燃烧方式。燃烧所用空气靠较高烟囱产生的负压抽吸方式进入炉膛。负压燃烧加热炉:合一装置、水套加热炉、火筒加热炉和立式、卧式圆筒炉。（一）火筒式加热炉1、火筒加热炉的结构：火筒加热炉主要由筒体、烟火管、烟箱、烟囱、燃烧器、进出口管和底座等组成。2、火筒式加热炉工作原理：被加热液体通过进口管进入炉体内的下部并逐步充满整个炉体，烟、火管均被浸泡在液体中。当加热炉点火后，热量通过烟火管直接传递给被加热液体，在冷热液体比重差的作用下，热液体上浮，由出口管流出加热炉，达到液体升温的目的。该炉在整个加热过程中炉体始终为承压。三、各种加热炉的结构形式及其工作原理（二）合一装置（以二合一为例）1、合一装置基本结构：加热缓冲二合一装置主要由筒体（加热段、收油槽和缓冲段）、烟火管、烟箱、烟囱、燃烧器、隔板（堰板）、调水阀、进出口管和底座等组成。各种合一装置的功能主要为：①二合一，完成其加热和缓冲的功能或者加热和缓冲功能；②三合一，完成其加热、分离、和缓冲的功能；③四合一，完成其加热、分离、缓冲和游离水脱除功能；④五合一，完成其加热、分离、缓冲、游离水脱除和电脱水功能。合一装置的内部结构有其共同点，即一侧完成加热功能，另一侧完成收油功能。中间根据需要添加各功能结构。2、二合一装置工作原理被加热液体通过进口管和调水阀进入炉体的加热段内，烟、火管均被浸泡在液体中，当加热段液位超过隔板时，液体流过隔板进入缓冲段，再由出口管流出加热炉。当加热炉点火后，热量通过烟火管直接传递给被加热液体，达到液体升温的目的。缓冲段液位的控制方法：当缓冲段液位较低时，浮球也较低，通过连杆机构开大阀门，进水量加大，液位上升；液位上升时，浮球也随液位上升，通过连杆机构关小阀门，进水量减少，液位下降。这样，在调水阀的调节作用下，缓冲段液位就达到了一个动态平衡。（三）水套加热炉1、水套加热炉基本结构水套加热炉主要由筒体、烟火管、烟箱、烟囱、燃烧器、加热盘管和底座等组成。2、水套加热炉工作原理筒体内装满清水，烟、火管及加热盘管均被浸泡在水中，被加热介质通过进出口在加热盘管中流动。当加热炉点火后，热量通过烟火管传递给作为热媒的清水，清水再将热量传递给加热盘管，从而盘管内流动的介质被加热，达到介质升温的目的。（四）真空加热炉1、真空加热炉基本结构与水套加热炉相似，基本由筒体、烟火管、烟箱、烟囱、燃烧器、加热盘管和底座等组成。但它具有一些锅炉的特点，具备观火孔、回燃室以及防爆功能。2、真空加热炉工作原理真空加热炉属于微负压容器，通过加热中间介质水产生水蒸汽，水蒸气再加热受热盘管，水蒸气被受热盘管吸收热量后冷凝为水，如此反复循环达到加热目的。因此这种加热炉也被称为蒸汽换热加热炉。真空加热炉可以实现集油加热、掺水、采暖加热多功能于一体。缺点是功率较低。（五）微正压加热炉1、微正压加热炉又分为可抽式加热炉、固定式加热炉两种。常见多为具备滑道的可抽式加热炉。微正压加热炉内的烟管采用多跟细管组成。2、微正压加热炉工作原理微正压加热炉采用是正压鼓风，烟道压力仅高于空气压力200-400帕。其主要靠送风提高燃烧强度和效率，其与负压燃烧正好相反。在二合一装置采用的负压燃烧抓哟是利用烟囱吸风排烟的作用（烟的热量高重度低，而空气温度低，重度大，形成烟道内的负压进风状态）。微正压加热炉与二合一装置的区别仅在于此，其工作原理一致。（六）卧式圆筒加热炉1、卧式圆筒加热炉的结构卧式圆筒加热炉主要由筒体（辐射室和对流室）、加热盘管（辐射管和对流管）、火咀、烟囱和撬装底座等。2、卧式圆筒加热炉的工作原理火咀点燃后将火焰喷射到辐射室内，烟气经对流室进入烟囱排出；被加热液体在辐射管内接受辐射热升温后流向对流管，对流管及其内的液体吸收烟气余热后再次升温，最后流出加热炉。（七）立式圆筒加热炉1、立式圆筒加热炉的结构其主要结构分为：辐射室、对流室、烟囱等三大部分。辐射室是整台炉子的核心，其主要通过室内火焰直燃对炉管内的介质（主要介质为原油）进行加热。对流室是介质进行预热空间，热量来源主要是辐射室的余热和高温烟气。烟囱为烟气的排出烟道。烟气的排放量可以控制辐射室的燃烧效率，而达到控制辐射室温度的目的。2、立式圆筒炉工作原理①介质进入对流室进行预热。介质主要接受的热能为辐射室燃烧释放的烟气达到介质热量交换。②介质进入辐射室后进行充分加热。辐射室的温度要求一般在800℃~1100℃。③空气预热器主要是利用通过对流室的烟气对冷空气进行热量交换。交换后的空气通过引风机、烟道进入辐射室助燃，以减少热量损失，提高燃烧质量。④烟气排放。烟气通过辐射室、对流室、空气预热器的利用后，通过烟道排放。烟气的排放温度一般控制在200℃以下。四、石油工业加热炉制造工艺及要点石油工业加热炉必须是具备专业资质的企业进行设计、制造、安装、验收的一种特种设备。下面结合二合一加热缓冲装置为例讲述石油工业加热炉的制造要点。水加热后溢流过隔板收油口平衡液面出液进液二合一加热缓冲装置的工艺原理1、制造工艺流程烟火管预制内部附件安装筒体预制（含烟火管一侧封头）筒体开孔烟火管穿越筒体烟火管水压试验合格外部附件安装安装二次封头整体水压试验合格烟箱安装内外防腐成品出厂（1）封头制造我厂采用的是压鼓、翻边两步法冷旋压技术。旋压封头具有生产周期短，规格多样化等特点。工艺流程如下：组对焊接压鼓旋边切割加热焊道打磨打磨刨平焊接一次组对定位定位无损检测返修整体检验热处理成品①下料、组对将板料按需求用吊车铺平，进行放样，使用自动火焰切割机进行切割，同时坡口加工，将对口处进行砂轮机打磨，电焊组对。②焊接将组对后坯料进行焊接。③焊道打磨根据压鼓工艺要求，焊道必须处理光滑。用空气压缩机，连接气刨线，对焊道进行刨平。之后使用砂轮机进行处理，达到光滑。④压鼓将坯料吊至压鼓机上，进行压鼓。⑤旋边压鼓后坯料吊至旋边机上进行旋制。⑥切割旋边后，进行周长检测。合格后，用自动火焰切割机进行切割。⑦无损检测封头焊道进行无损检测，对有缺陷焊道进行返修处理，达到II级合格。⑧整体热处理无损检测合格后，对封头进行整体热处理。将封头吊至加热炉内，通电，温度达到620℃，将至300℃出炉。加热炉为我厂自制设备，温控设备1套。（2）筒体制造①下料按展开尺寸进行下料，要求长度、宽度、对角线偏差分别为1、1、1.5mm，按规定进行标记移植。②刨边在刨边机上进行加工坡口。③预弯在滚板机上垫板压头预弯。④卷圆在滚板机上卷圆，滚板时不要一次成型，要反复几次逐渐形成并用样板校正无误后再进行对口点焊。⑤纵缝组对、焊接单节纵缝进行自动焊。⑥筒节较圆在滚板机上较圆，对接纵缝处形成的棱角度E≤3.4mm，用弦长不小于667mm的内样板或外样板检查，外圆周长允许上偏差10mm。下偏差为0，同一断面上最大与最小直径差e≤25mm。⑦环缝组对、焊接（包括一次封头）组对在组对胎上进行，组对所有B类焊缝，对口错边量b≤3mm。⑧打磨按标准补焊、打磨。飞溅、焊渣等处理干净。⑨检验进行无损检测、返修，外观检验。（3）烟火管制造①火管、烟管单独预制火管、烟管预制成型工艺与筒体预制工艺相同，其进行无损检测、外观检查合格后，进入组装工序。②火管、烟管加强筋组对、焊接火管、烟管加强筋分片下料，环绕筒体，全部满焊。③火管与封头，烟管与弯头、大小头进行组对、焊接、无损检测烟管与弯头、大小头的焊接必须达到设计要求无损检测等级，保证全焊透。④火管、烟管整体组对、焊接火管、烟管及相应支撑架、附件整体组对，焊接。⑤烟火管整体水压试验严格按照水压试验程序进行，并由技术监督局监检，合格后方可进入下道工序。（4）加热炉整体组对焊接①筒体号孔、开孔严格按照图纸尺寸进行号孔，经质检部门检验合格后，方可进行开孔，同时加工开孔坡口。②烟火管穿越一次封头封头开孔后，烟火管利用牵引机穿越，并调整好角度，加固焊接。③隔板，进、出液管安装将筒体内脏件按照图纸设计尺寸进行安装。④二次封头组对、焊接内脏件组焊完毕后，二次封头与筒体组对，焊接后进行无损检测。⑤外部附件组对、焊接人孔、手孔、液位报警器、法兰接口等进行组对焊接。⑥水压试验整体外观检验，尺寸校核，经技术监督局监检人员审查容器资料后进行水压试验。水压试验合格后，将水排净、回收。（5）烟箱安装，烟囱制作烟箱安装必须在水压试验合格后方可安装，并要求校正烟囱法兰平面。烟囱单独预制，现场由施工单位组装。（6）内外防腐，燃烧道砌筑按图纸设计要求进行防腐，并达到设计厚度要求。燃烧道按图纸设计要求砌筑，并保证牢靠。2、制造要点（1）材料加热炉受压元件用金属材料和焊接材料应符合相应国家标准和行业标准的规定。受压元件用金属材料应为镇静钢。（2）主要受压元件火筒式加热炉主要受压元件指筒体、封头、火筒、烟管管板、盘管、开孔补强板、设备法兰、M36以上的设备主螺栓、人孔盖、人孔法兰、人孔接管及公称直径大于或等于250mm的接管和管法兰。（3）焊接加热炉主要受压元件的对接接头、加热炉主要受压元件之间或主要受压元件与非受压元件之间，必须要求全焊透。且不应进行强力焊接。焊接产生的缺陷必须清除，