黃祖榕(中石化南京工程有限公司,江蘇 南京 211100)

某化工廠加熱爐F-101、F-201建成于2006年，燃料主要是煉油廠提供的常減壓渣油，含有較多的固體不燃物。在加熱爐運行過程中，各爐的熱效率逐年下降，尤其近一年來下降明顯，低于設計熱效率值70%（不包括余熱回收系統(tǒng)的熱效率），爐壁熱損失嚴重是熱效率較低的重要因素之一，本文對其原因和對策進行了探討。

1 加熱爐爐壁熱損失情況

日常操作及巡檢過程發(fā)現加熱爐外壁輻射熱的人體可感度呈不斷上升趨勢，顯然這是由于爐體壁溫升高造成的。為掌握爐壁溫度的具體數據資料，使用紅外測溫儀、數碼相機、接觸式溫度計、風速儀等儀器，對F-101及F-201的輻射室爐表溫度進行測試。

表1 兩爐爐體表面溫度

由表1可知兩爐各側爐壁平均溫度仍在控制指標范圍內，但出現局部高溫點，超過了爐壁正常的溫控指標，使得爐表面平均溫度較其初期運行（約50℃）有較明顯的升高，導致爐體表面熱流量增加，爐壁散熱損失加劇。計算表面熱流的經驗公式為：

q＝（1.37×0.33（t2－t1）＋3.78×（t2－t1）0.11＋6×0.5V）×（t2－t1）×4.1868（1）式中：q—表面熱流 KJ/m2h，t1—離物體1m處溫度℃，t2—物體表面溫度℃，V—離物體1m處風速m/s。

根據式（1）計算出爐體各側面的熱流值，再結合側面面積，可算出兩爐輻射段散熱損失高達3198794.2KJ/h。以燃料油熱值39774.6KJ/Kg計算，該項散熱損失折合燃料油約0.08t/h。

2 加熱爐爐壁熱損失嚴重的原因分析

加熱爐F-101、F-201對流室的爐壁保溫襯里為巖棉澆注板加陶纖針刺氈，且襯里迎火面均覆蓋有防輻射涂料，正常情況下能起到良好的保溫作用。在長期運行過程中，爐壁襯里保溫性能會逐漸減退，保溫效果降低。根據可知，在襯里熱強度q一定的情況下，導熱系數λ增大、襯里壁厚δ減小，平壁兩側的表面溫差Δt會減小，爐外壁壁溫就會升高，爐壁熱損失就會升高[1]。因此爐壁熱損失升高的原因有以下幾點：

2.1 導熱系數增大

造成導熱系數λ增大的原因有：襯里長期處于高溫工作環(huán)境中，其自身不可避免的會出現老化板結的現象，而導致其內部結構較使用初期過于致密緊湊，顯氣孔減少，容重增加，導熱系數增大；襯里受到爐膛煙氣長期沖刷，其抗渣性降低，熔融燃料、煙灰、爐渣等侵入耐火材料內部，同樣造成氣孔率降低，導熱系數增大。

2.2 襯里厚度減薄

襯里材料熱力學性質的變化引起其厚度減薄。襯里的高溫耐壓強度在長期使用過程中逐漸降低，導致其對沖擊、摩擦和其他機械作用的抵抗能力減弱；襯里耐火材料在長期高溫作用下，可能進一步燒結和產生物相的繼續(xù)變化，如再結晶和玻璃化等，脆性增加，造成襯里表層比較容易風化脫落。

操作不當引起其厚度減薄。通常采用投加藥劑在線化學清灰的方法來控制爐膛溫度，但因加藥人員專業(yè)程度不高，在送藥工廠風的壓力控制和藥劑噴射的角度上易出現偏差，造成部分藥劑直接噴射在爐壁襯里上導致其破損減薄；裝置運行過程中，因電路或儀表原因造成加熱爐突然聯鎖熄火時，部分操作人員為趕時間或圖省事，沒有逐個關閉熄滅火嘴的油路并進行吹掃，而是直接托起電磁閥，利用爐膛余熱一次性點燃所有熄滅火嘴。這種違章操作雖為裝置恢復運行爭取了時間，但所有火嘴同時引燃，爐膛內部形成瞬間正壓，大量的煙氣產生對襯里乃至整個爐體均產生嚴重的沖擊破壞。

從現場觀火孔已可看見爐膛內部襯里表面有大量被煙氣和藥劑沖刷的痕跡，且局部的襯里片狀脫落現象已較嚴重，外壁鋼板因長時間高溫烘烤，均出現了發(fā)紅變形等惡劣現象。同時爐膛內部還可以看到相當數量的保溫釘因襯里的減薄而暴露于煙氣中，保溫釘均為直接焊接在爐壁鋼板上，熱量可以沿保溫釘迅速傳遞至爐體外壁，造成外壁出現多個高超溫點。

2.3 爐壁腐蝕穿孔

圖1 爐外壁腐蝕穿孔

正是由于襯里的破損減薄，使得襯里的耐火強度和耐壓強度急劇降低，煙氣滲透的現象加劇。部分含硫酸蒸汽的高溫煙氣穿過襯里遇到爐壁低溫鋼板就會凝結成含有硫酸的液體，產生嚴重的低溫露點腐蝕，最終造成鋼板穿孔[2]。如圖1所示，兩爐外壁均有局部腐蝕穿孔現象。而在爐壁鋼板穿孔附近的環(huán)境冷空氣又會沿孔隙進入爐體，進一步降低了該區(qū)域的板面溫度，使得露點腐蝕現象愈發(fā)嚴重。如此惡性循環(huán)造成鋼板穿孔面積逐漸增大，熱損失亦相應增加。

2.4 爐溫溫度升高

在其他因素均不變的情況下，爐溫溫度升高，也會造成爐壁溫度升高，熱損失加重。積灰是逐漸積累形成的，受熱面上一旦有了積灰而沒有及時清除將對新積灰的產生有很大的促進作用，同時灰積灰所產生的負面影響也逐級遞增，造成爐膛溫度超高，從而使爐壁溫度亦相應升高，熱損失加劇。

3 降低加熱爐爐壁熱損失的對策

3.1 更換加熱爐爐壁及保溫襯里

考慮到裝置加熱爐爐壁和保溫襯里的惡劣現狀，在裝置大檢修期間，對兩爐的輻射段外壁及內部襯里全面更換。兩爐更換后襯里結構如下：側墻：100mm（80mm）改性輕質澆注料＋120mm致密高鋁纖維襯里＋3.5mm高溫紅外復合液乳料；端墻：100mm（80mm）改性輕質澆注料＋120mm致密高鋁纖維襯里＋3.5mm高溫紅外復合液乳料；爐頂：120mm（100mm）改性輕質澆注料＋120mm致密高鋁纖維襯里＋3.5mm高溫紅外復合液乳料。

3.2 徹底清除積灰

為減少灰積產生的負面影響，在檢修期間除了對輻射段爐管進行常規(guī)的人工清灰外，還應在對流段爐管區(qū)域采用干冰清洗，從而徹底清除了對流段爐管表面的常年厚重積灰。同時，還應拆除加熱爐對流段原有的除灰范圍有限，蒸汽消耗量大的蒸汽吹灰裝置，重新設計安裝了除灰范圍大、吹灰效率更為明顯的聲波吹灰器，以達到及時有效清除附著于爐管表面灰積灰的目的。改造后應保證每周對加熱爐使用聲波吹灰器進行清灰工作，也會減少積灰從而提高加熱爐的效率。

4 改進效果

F-101、F-201在經過上述針對性的改造后，爐壁平均溫度降為60℃左右，熱損失亦隨之下降，而燃油單耗7、8月份平均值為0.366，較去年同期0.384有了明顯下降，基本達到預期效果。當然，降低加熱爐運行中的熱損失除了在硬件部分采取必要的措施外，同時還需要在日常操作中注意操作的規(guī)范性和合理性，提高操作技能，杜絕違章操作以保證加熱爐的平穩(wěn)高效運行。

[1]錢惠國.工業(yè)爐窯壁面散熱及熱污染控制的研究[D].上海：東華大學，2010.

[2]鐘國財，鄒坤華，任燕翔.裂解爐對流段盤管露點腐蝕原因分析和防護措施[J].石油和化工設備，2014(9):73-74.