解紅軍曾慶峰劉富余

（1.北京中油建設(shè)項目勞動安全衛(wèi)生預(yù)評價有限公司；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

煉化企業(yè)加熱爐吹灰除灰技術(shù)綜述

解紅軍1曾慶峰2劉富余2

（1.北京中油建設(shè)項目勞動安全衛(wèi)生預(yù)評價有限公司；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

加熱爐是煉化企業(yè)主要的耗能設(shè)備。爐管積灰結(jié)垢是加熱爐運行過程中的常見現(xiàn)象，清除爐管積灰，可以改善加熱介質(zhì)的換熱效果，提高加熱爐效率。文中從技術(shù)原理、技術(shù)特點、適用范圍、應(yīng)用效果等方面，對目前煉化企業(yè)常用的幾種加熱爐爐管清灰技術(shù)進(jìn)行了分析，并指出在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)加熱爐爐型、積灰特點、技術(shù)的節(jié)能效果及經(jīng)濟性進(jìn)行選擇。

加熱爐 熱效率 清除積灰 吹灰器

加熱爐是煉化企業(yè)主要的加熱設(shè)備，其作用是將油料（或其他介質(zhì)）加熱至工藝所需要的溫度。加熱爐幾乎參與了石油加工的各類工藝過程，其燃料消耗占煉化企業(yè)能耗總量的比重較大，是主要的耗能設(shè)備之一。因此，提高加熱爐熱效率，減少燃料消耗，對于降低煉化企業(yè)能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義。

由于燃料在燃燒過程中會產(chǎn)生煙氣、煙塵，并不斷被吸附，爐管積灰結(jié)垢是加熱爐運行過程中的常見現(xiàn)象，其結(jié)果是排煙溫度上升，熱效率下降、設(shè)備腐蝕或損壞。目前，煉化企業(yè)一般采用機械清灰和化學(xué)藥劑清灰方式對加熱爐爐管進(jìn)行清灰。其中，在加熱爐正常運行情況下，對流段爐管一般通過蒸汽、聲波、激波等機械清灰方式，輻射爐管一般通過清灰劑清灰；在停工檢修期間，輻射室爐管主要采用機械清灰方式清灰，而對流室內(nèi)的爐管一般情況下（燒燃料氣）僅進(jìn)行蒸汽吹掃和表層爐管清掃，對于積灰嚴(yán)重的對流室，需采用化學(xué)清洗及干冰清洗等方式清灰。

1 蒸汽吹灰技術(shù)

蒸汽吹灰作為一種傳統(tǒng)的吹灰方式，是利用從吹灰器噴口高速噴出的具有一定壓力和干度的蒸汽，對積灰的受熱面進(jìn)行吹掃，以達(dá)到清除積灰的目的。該技術(shù)優(yōu)點是蒸汽來源比較充分，對受熱面的積灰清除和降低排煙溫度都有一定效果，特別是對結(jié)渣性強、灰熔點低的積灰和粘灰較為有效，一般適用于低硫燃料的加熱爐。

該技術(shù)長期以來在煉化企業(yè)加熱爐上得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著吹灰技術(shù)的發(fā)展以及我國加工原油品質(zhì)的下降和加工深度的提高，加熱爐投燒的渣油灰分增加，爐管結(jié)垢情況愈加嚴(yán)重，蒸汽吹灰技術(shù)存在的問題逐漸暴露出來。具體表現(xiàn)在：運行頻次高，造成煙氣濕度大，易形成粘性積灰；尾部預(yù)熱器處因溫度低，露點腐蝕加重，灰干后易結(jié)焦堵塞煙道；吹灰能耗高，吹灰有效作用范圍受限，運行成本高；吹灰器伸縮部分易發(fā)生彎曲變形，造成卡桿，維護工作量較大。近年來，蒸汽吹灰技術(shù)正逐漸被其他吹灰技術(shù)所替代[1]。

2 聲波吹灰技術(shù)

聲波吹灰技術(shù)是通過將聲波吹灰器產(chǎn)生的聲波置入積灰區(qū)域，利用聲波的能量作用使空氣分子與粉塵粒子反復(fù)振蕩，阻止粉塵粒子之間的結(jié)合以及在爐管表面的沉積，并在煙氣流的沖刷和粉塵之間的碰撞作用下，保持懸浮流動狀態(tài)，從而脫離爐管表面，達(dá)到除灰的目的。

聲波吹灰器主要由發(fā)生器、喇叭、自動控制器等組成。發(fā)生器多數(shù)裝在密閉本體空間內(nèi)，噪聲強度在一定程度得到了降低；源動力通常為空氣。聲波吹灰器作用大小與所使用的聲波頻率（頻率在人體聽覺頻率范圍內(nèi)，對人體無明顯危害）及強度有關(guān)，作用半徑與聲波波長成正比。另外，由于聲波的反射、透射和繞射的作用，無論聲源安裝于什么位置以及方向如何，聲波均能對角落、邊緣、縫隙處灰塵顆粒產(chǎn)生作用，有效防止灰塵沉積。

由聲波吹灰技術(shù)的原理可以看出該技術(shù)對積灰的有效清除范圍廣，吹灰不留死角，結(jié)構(gòu)簡單，啟停操作方便，運行可靠，維修工作量少，故障率低，運行費用少，但能量偏小，對于粘結(jié)性積灰、堅硬灰垢等無法清除。該技術(shù)比較適用于對燃料性質(zhì)較好、特別是燃料氣加熱爐形成的積灰的清除。

目前，聲波吹灰技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煉化企業(yè)加熱爐，取得了較好的效果。例如中國石化天津石化2008年在連續(xù)重整裝置加熱爐應(yīng)用聲波吹灰等系列節(jié)能技術(shù)后，加熱爐排煙溫度降低了42℃，熱效率得到了明顯提高[2]；中國石油遼陽石化2009年在聚酯裝置加熱爐投用聲波吹灰技術(shù)后，加熱爐排煙溫度下降約10℃，進(jìn)爐空氣溫度上升約5℃。

3 激波吹灰技術(shù)

激波是一種傳播速度大于聲波的劇烈的壓縮波，其強度與速度有關(guān)。經(jīng)過激波的急劇的壓縮作用，空氣壓力和溫度都會有較大幅度的提高。一道4倍聲速的激波所造成的空氣參數(shù)脈動峰值比140 d B聲波引起的峰值要高10000倍。足夠強的激波會引起積灰從爐管壁脫離。

激波吹灰技術(shù)（亦稱脈沖吹灰技術(shù)）是20世紀(jì)80年代末由前蘇聯(lián)引進(jìn)至我國的一種在線吹灰技術(shù)。它是通過制造可控制的燃料爆轟，產(chǎn)生一道強度可控的超音速沖擊波（激波），利用激波對加熱爐內(nèi)積灰面的沖擊作用，實現(xiàn)破損、剝離積灰的目的[3]。

激波吹灰技術(shù)原理為：可燃?xì)怏w（通常是乙炔、天然氣或瓦斯氣等）在特殊結(jié)構(gòu)混配點火裝置中與空氣混合，被高能點火器點燃，產(chǎn)生爆燃，使火焰鋒面后的燃燒氣體瞬時形成壓縮波，經(jīng)火焰導(dǎo)管迅速傳至激波發(fā)生器，點燃其中的混合可燃?xì)怏w，爆燃?xì)怏w受罐體內(nèi)特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)制瞬間產(chǎn)生沖擊波。當(dāng)沖擊波作用于積灰表面時，其動能和聲能將對積灰粒子產(chǎn)生沖擊和加速擾動作用，使之與受熱面爐管表面分離，從而脫落。通過對兩種氣體的濃度配比和能量積蓄的控制，生成不同形式和不同強度的沖擊波，可完成不同類型積灰的清除。

激波吹灰技術(shù)目前在國內(nèi)煉化裝置加熱爐得到了一定程度的應(yīng)用，在一定程度上改善了加熱爐運行狀況，降低了加熱爐排煙溫度，提高了熱效率，節(jié)省燃料消耗、提高了經(jīng)濟效益（一般投資回收期不到1年），但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，對個別加熱爐襯里造成了一定程度的損壞。

總之，激波吹灰技術(shù)作為蒸汽吹灰等傳統(tǒng)吹灰技術(shù)的替代技術(shù)，它具有一些無法比擬的優(yōu)點：吹灰效果好、維護工作量小等等。隨著激波吹灰技術(shù)的日益成熟，將具有越來越廣闊的應(yīng)用前景。

4 清灰劑

清灰劑按其性質(zhì)分為兩大類，即氧化型清灰劑和還原型清灰劑，煉化加熱爐常用還原型清灰劑進(jìn)行清灰。還原型清灰劑是以銨鹽和硝酸鹽為主要成分、以添加劑為輔助成分、按照一定比例配置的化學(xué)藥劑。

將化學(xué)藥劑噴入正在燃燒的爐膛內(nèi)，銨鹽分解為堿性氧化物、氧氣等成分，堿性氧化物與煙氣中的酸性氣體反應(yīng),生成質(zhì)脆、無粘性的無機鹽,進(jìn)而阻止酸性氣被吸附到爐管受熱面上腐蝕設(shè)備；氧氣可以促進(jìn)燃料完全燃燒，減少CO、SOx及固體碳的生成。熔融的硝酸鹽一方面可與管壁上的硬質(zhì)灰垢形成低共熔點混合物，另一方面與硫、碳發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生微爆作用，形成沖擊波，使灰垢脫落。

清灰劑可以實現(xiàn)輻射室爐管積灰的在線清除，提高加熱爐運行效率，但容易在對流室及后續(xù)設(shè)備上造成松散的灰垢沉積，同時操作不當(dāng)易對加熱爐襯里造成損壞。在實際操作時，要根據(jù)灰垢成分選擇相應(yīng)的清灰劑，并根據(jù)清灰效果對用量進(jìn)行調(diào)整，盡量減少清灰劑在爐壁上微爆，以降低清灰成本。

目前，清灰劑已經(jīng)在煉化行業(yè)常減壓、二甲苯等裝置的加熱爐上應(yīng)用，對于延長煉化加熱爐運行周期、提高熱效率、降低能耗發(fā)揮了積極作用。例如，中國石化洛陽石化芳烴聯(lián)合裝置二甲苯加熱爐上應(yīng)用了CH-2型清灰劑后，在裝置負(fù)荷穩(wěn)定不變的情況下，加熱爐爐膛溫度降低了80℃，排煙溫度降低了13℃，較好的實現(xiàn)了加熱爐在不停工條件下的在線清灰，并使加熱爐運行周期延長半年，月節(jié)約燃料約216t，節(jié)能降耗效果顯著[4]；中國石油撫順石化烷基苯裝置加熱爐應(yīng)用了新型的清灰劑和激波吹灰技術(shù)后，加熱爐爐膛溫度大大降低，解決了爐膛溫度過高的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了加熱爐的安全平穩(wěn)運行，提高了熱效率，降低了燃料單耗，減少了硫化物、氮氧化物等污染物的排放，對于一臺熱負(fù)荷為418×104k J/h的工藝爐而已，每年可降低燃料消耗費用500萬元，經(jīng)濟效益顯著[5]。

5 化學(xué)清洗技術(shù)

化學(xué)清洗是對加熱爐停工期間對流段爐管表面污垢進(jìn)行清除的方式之一。該技術(shù)是利用以活性劑、螯合劑、油分散劑、預(yù)膜鈍化劑等為主要成分的清洗劑的潤濕、滲透、乳化、分散性能，通過預(yù)清洗、清洗、沖洗等工藝，使污垢分散于清洗液中，達(dá)到清除的目的。

化學(xué)清洗技術(shù)除垢率高，無死角，清洗工期短（一般只需2d時間），對輻射段、對流段爐墻爐襯無損傷，清洗費用相對較低，清洗劑對環(huán)境無污染，但對鐵銹腐蝕物清除效果不好，同時由于污垢一般呈酸性，且含有少量硫化物，清洗液應(yīng)排放至污水處理廠。綜合考慮除垢效果、成本及施工周期，該項技術(shù)比較適用于大型加熱爐爐管表面污垢的清除。

目前該技術(shù)已在中國石化、中國石油等10余家煉化企業(yè)100多臺加熱爐上進(jìn)行了應(yīng)用，除垢效果較為理想，提高了加熱爐效率，延長了爐管的使用壽命。例如，中國石油烏魯木齊石化常減壓裝置加熱爐應(yīng)用化學(xué)清洗技術(shù)后，煙道氣出口溫度降低30℃，加熱爐熱效率提高了2%以上，節(jié)能降耗效果顯著[6]；某石化企業(yè)乙烯裂解爐應(yīng)用化學(xué)清洗技術(shù)后，排煙溫度降低了11℃，對流段煙氣阻力明顯降低，風(fēng)機轉(zhuǎn)速減少了30 r/min，節(jié)約燃料氣268.37k g/h，每年可降低燃料消耗費用257.6萬元，節(jié)能效果和經(jīng)濟效益顯著[7]。

6 干冰清洗技術(shù)

干冰清洗技術(shù)是利用在壓縮空氣驅(qū)動下噴射至爐管外表面的極低溫（-78.5℃）干冰顆粒（直徑3mm左右）與污垢的熱量交換作用，使污垢冷凍至脆化、爆裂狀態(tài)，當(dāng)干冰顆粒進(jìn)入污垢縫隙后，隨即升華，體積膨脹至800倍左右，由于干冰和污垢兩種具有不同膨脹系數(shù)的物質(zhì)的膨脹量不同，兩者迅速分離，同時加上干冰顆粒的磨削、沖擊及壓縮空氣的吹掃、剪切作用，實現(xiàn)清除污垢的目的。

該技術(shù)為非破壞性除污（干冰顆粒硬度低,對金屬表面磨損?。感Ч?，對加熱爐襯里不產(chǎn)生損壞；結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，清洗介質(zhì)無毒，對人體無危害，可避免員工處于危險工作環(huán)境中；清洗后無介質(zhì)殘留，不產(chǎn)生二次廢料污染。該技術(shù)適用于清洗有機物類污垢，不適合清洗金屬表面氧化物類污垢，同時費用較高。

目前，該技術(shù)在哈爾濱石化、福建煉化、金陵石化等裝置上應(yīng)用，取得了較好的效果，除垢率達(dá)到85%～95%[8-9]。

7 結(jié)論

從以上分析可以看出，目前常用的加熱爐在線清灰技術(shù)主要有蒸汽吹灰、聲波吹灰、激波吹灰和清灰劑，常用的停工除灰方式除機械除灰和水洗外，主要有化學(xué)清洗和干冰清洗。各類技術(shù)由于技術(shù)原理、特點不同，適用范圍有所區(qū)別，在實際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合加熱爐爐型、積灰特點及技術(shù)的節(jié)能效果、經(jīng)濟性進(jìn)行選擇。

1）蒸汽吹灰技術(shù)適用于低硫燃料加熱爐對流段爐管的清灰。

2）激波吹灰適用于燒燃料油、燃料氣加熱爐的對流段爐管的清灰。

3）聲波吹灰適用于燒燃料氣加熱爐的對流段爐管的清灰。

4）清灰劑適用于燒燃料油加熱爐輻射室爐管。

5）化學(xué)清洗適用于停工期間燒燃料油、燃料氣加熱爐輻射段及對流段爐管的清灰。

6）干冰清洗適用于停工期間燒燃料油、燃料氣加熱爐輻射段及對流段爐管的清灰。

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10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.002

解紅軍，高級工程師，1991年畢業(yè)于南京大學(xué)（應(yīng)用化學(xué)專業(yè)），E-mail：xiehongjun@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀區(qū)志新西路，100083。

2012-09-20）