安琳莎

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

PX(即對(duì)二甲苯)是反映一個(gè)國(guó)家化工水平的標(biāo)志性產(chǎn)品，伴隨著中國(guó)PX項(xiàng)目的迅速發(fā)展以及生產(chǎn)能力的提高，PX裝置逐漸向大型化的方向邁進(jìn)，因此，其加熱爐的大型化成為必然之勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)PX裝置的規(guī)模從20萬(wàn)t/a逐步向200萬(wàn)t/a發(fā)展，二甲苯塔重沸爐熱負(fù)荷也隨之大幅度提高，單爐熱負(fù)荷已突破100 MW，更有在建單臺(tái)爐熱負(fù)荷已突破200 MW；同時(shí)爐型也打破常規(guī)，一種新爐型在項(xiàng)目中得到應(yīng)用。下面就2種不同爐型的二甲苯塔重沸爐做一些簡(jiǎn)單介紹和分析比較。

1 2種爐型的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 雙輻射室-單對(duì)流室型圓筒爐

1) 爐型結(jié)構(gòu)

雙輻射室-單對(duì)流室型圓筒爐(見圖1)為雙輻射室立管圓筒形輻射-對(duì)流加熱爐，其中2個(gè)結(jié)構(gòu)相同的輻射室共用1個(gè)對(duì)流室。工藝介質(zhì)分多路由對(duì)流段上部進(jìn)入加熱爐，經(jīng)對(duì)流段對(duì)流換熱后經(jīng)轉(zhuǎn)油線分兩側(cè)進(jìn)入2個(gè)圓筒形輻射室，從輻射室頂離開加熱爐。輻射爐管沿圓筒內(nèi)壁垂直靠墻均勻布置在輻射室內(nèi)；對(duì)流段為長(zhǎng)方體水平布置在2個(gè)輻射室的正上方，對(duì)流爐管水平布置在其中；燃燒器采用垂直向上燃燒的方式均勻布置在輻射室底部。高溫?zé)煔庠谳椛涫覀鳠岷蠼?jīng)由輻射室頂部對(duì)稱進(jìn)入對(duì)流室繼續(xù)換熱，然后從對(duì)流室分2個(gè)出口進(jìn)入主煙道。

2) 爐型特點(diǎn)

加熱爐輻射室為圓筒型，是傳統(tǒng)的煉油加熱爐爐型，也是管式加熱爐中應(yīng)用最廣泛的爐型，其制造及施工工藝技術(shù)成熟，工程造價(jià)相對(duì)較低。該爐型的輻射爐管由高合金鋼管架支撐吊裝在圓筒爐上部側(cè)墻上。對(duì)于立管立燒式加熱爐，輻射管直管段最大長(zhǎng)度約18 m，圓筒爐最大的高徑比(h/d)為2.75，其中高度h為輻射段凈高(耐火層內(nèi)表面)，直徑d為爐管節(jié)圓直徑【1】。由于高徑比的限制，該爐型僅適用于熱負(fù)荷<100 MW的加熱爐。圓筒爐經(jīng)放大以后，爐膛內(nèi)顯得太空，爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度將急劇下降，結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)上都開始不利【2】。

圖1 雙輻射室-單對(duì)流室型圓筒爐

1.2 新型立管方箱爐

1) 爐型結(jié)構(gòu)

新型立管方箱爐(見圖2)為輻射-對(duì)流型箱式爐，其中輻射室由爐管分為多個(gè)輻射單元，每個(gè)輻射單元中設(shè)置燃燒器。輻射室頂部設(shè)置1個(gè)對(duì)流室，工藝介質(zhì)分若干管程從對(duì)流段進(jìn)入加熱爐，經(jīng)對(duì)流段換熱后再經(jīng)外轉(zhuǎn)油線分兩側(cè)進(jìn)入輻射室繼續(xù)加熱至工藝所需溫度，從輻射室側(cè)墻上部離開加熱爐。其中，靠墻布置的爐管為單排管單面輻射，中間部分的爐管為雙排管雙面輻射。

圖2 新型立管方箱爐

2) 爐型特點(diǎn)

新型立管方箱爐的優(yōu)點(diǎn)是爐管支撐簡(jiǎn)單，不需要大量的高合金鋼管架，僅靠墻布置的輻射爐管需高合金鋼管架支撐吊裝在爐墻側(cè)壁上，其余輻射爐管吊裝在爐頂鋼結(jié)構(gòu)上，不需要承受由自重引起的彎曲應(yīng)力，因此，支吊架質(zhì)量輕，管系的熱膨脹易于處理【2】；管程多且根據(jù)實(shí)際布置靈活，爐管的傳熱及管內(nèi)阻力壓降特性一致，各輻射單元的爐管排布相同，每組氣體燃燒器上方布置一個(gè)煙氣出口，高溫?zé)煔庥纱诉M(jìn)入到對(duì)流室。這種結(jié)構(gòu)爐管布置均勻?qū)ΨQ，操作靈活，可有效避免各輻射單元之間的爐膛火焰相互干擾。

2 2爐型各部分的分析對(duì)比

下面以某設(shè)計(jì)熱負(fù)荷>80 MW的雙輻射室-單對(duì)流室型圓筒爐和某設(shè)計(jì)熱負(fù)荷>160 MW的新型立管方箱爐為例進(jìn)行分析對(duì)比。二者均為二甲苯塔重沸爐，分屬不同的PX裝置，其爐內(nèi)工藝介質(zhì)均為芳烴混合物，加熱爐出口溫度>260 ℃，操作壓力>1.5 MPa(表)，爐管均選用碳鋼材質(zhì)。

2.1 管系布置

雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐的設(shè)計(jì)中，輻射室采用144根長(zhǎng)度為17 300 mm的爐管，對(duì)流室采用192根長(zhǎng)度為21 400 mm的爐管。每個(gè)輻射室的爐管，周向均勻布置在輻射爐墻前，均為單排管單面輻射。隨著圓筒形輻射室熱負(fù)荷的提高，會(huì)出現(xiàn)爐膛空曠、體積熱強(qiáng)度低、爐管使用效率低、占地面積大、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

新型立管方箱爐的設(shè)計(jì)中，輻射室采用240根長(zhǎng)度為14 500 mm的爐管，對(duì)流室采用140根長(zhǎng)度為28 500 mm的爐管，其中每2管程輻射爐管組成1組輻射盤管單元，每個(gè)輻射單元的爐管呈長(zhǎng)方形排布，相鄰輻射單元的爐管錯(cuò)位排布，每個(gè)輻射單元形成一個(gè)獨(dú)立的過火通道，每組單元的輻射盤管均為單排管單面輻射和雙排管雙面輻射爐管。此種爐管布局在實(shí)現(xiàn)加熱爐大型化的同時(shí)減少了加熱爐的占地面積，提高了爐膛體積熱強(qiáng)度及輻射室內(nèi)煙氣傳熱的均勻性，以及爐管的利用率和輻射室傳熱效率，減少了爐墻的熱損失。

2.2 燃燒器設(shè)置

雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐輻射室爐底設(shè)置燃燒器，沿每個(gè)輻射筒體底部圓形均布。新型立管方箱爐共10個(gè)輻射單元，燃燒器按每個(gè)輻射單元，呈長(zhǎng)方形布置。但是，由于方箱爐需要的燃燒器數(shù)量較大，會(huì)導(dǎo)致爐底風(fēng)道配風(fēng)量調(diào)節(jié)操作復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)全爐膛燃燒器的統(tǒng)一調(diào)整，對(duì)后期操作人員的要求較高。

2.3 吹灰器設(shè)置

雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐設(shè)置了32臺(tái)聲波吹灰器，新型立管方箱爐設(shè)置了30臺(tái)聲波吹灰器。

1) 聲波吹灰器優(yōu)點(diǎn)

a) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，無(wú)易損部件，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)故障；

b) 體積小、質(zhì)量輕，沒有伸縮機(jī)構(gòu)，不存在機(jī)械卡殼現(xiàn)象；

c) 聲波效能高、 功率大、 頻帶寬， 清灰效果顯著；

d) 用氣量小，動(dòng)力消耗少，氣源介質(zhì)任選，空氣或蒸汽均可使用；

e) 安裝方便，不需要搭設(shè)吹灰器平臺(tái)，爐墻內(nèi)外占地空間小，不影響加熱爐檢修作業(yè)；

f) 控制系統(tǒng)可接入DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。

2) 聲波吹灰器缺點(diǎn)

聲波吹灰器對(duì)于燒燃料氣的積灰清除效果比較理想，但對(duì)于燒燃料油的積灰清除效果一般，而且噪音較大。

2.4 襯里結(jié)構(gòu)

雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐的襯里結(jié)構(gòu)：爐底采用憎水型陶瓷纖維板+隔熱耐火澆注料+輕質(zhì)粘土耐火磚的復(fù)合結(jié)構(gòu)；輻射室及輻射轉(zhuǎn)對(duì)流煙道部分采用陶瓷纖維制品+輕質(zhì)隔熱澆注料復(fù)合結(jié)構(gòu)；對(duì)流室及彎頭箱和煙囪采用隔熱耐火澆注料。襯里總質(zhì)量約490 t。

新型立管方箱爐爐底襯里采用憎水型陶瓷纖維板+高強(qiáng)低導(dǎo)澆注料+輕質(zhì)粘土耐火磚復(fù)合結(jié)構(gòu)；輻射室及輻射轉(zhuǎn)對(duì)流煙道部分采用高強(qiáng)低導(dǎo)澆注料+陶瓷纖維模塊復(fù)合襯里；對(duì)流室采用陶瓷纖維毯+憎水型陶瓷纖維板+輕質(zhì)隔熱澆注料復(fù)合結(jié)構(gòu)。襯里總質(zhì)量約550 t。

3 綜合分析對(duì)比

2爐型工藝設(shè)計(jì)及機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見表1，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比見表2，加熱爐工程量對(duì)比見表3。

表1 工藝設(shè)計(jì)及機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

表2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比

表3 加熱爐工程量對(duì)比

注：由于新型立管方箱爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷是雙輻射室-單對(duì)流室型圓筒爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的兩倍，因此表3以2臺(tái)圓筒爐工程量為基準(zhǔn)與新型立管方箱爐的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

4 結(jié)語(yǔ)

由表1～表3可以看出，圓筒爐的爐管用量、結(jié)構(gòu)工程量、襯里工程量、占地面積等均比新型立管方箱爐多。由此可見，相同熱負(fù)荷時(shí)，多臺(tái)雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐比新型立管方箱爐投資高、占地大，但是施工操作較方箱爐簡(jiǎn)單。假設(shè)采用多臺(tái)圓筒爐，在停工檢修期間可單獨(dú)停1臺(tái)爐進(jìn)行檢修，可做到降低熱負(fù)荷停工不停產(chǎn)，而大型新型立管方箱爐由于是單臺(tái)爐，所以在停工時(shí)需完全停工停產(chǎn)才能檢修。不同的項(xiàng)目不同的地域，由于設(shè)計(jì)和施工條件不同，影響因素眾多，且2種爐型各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在裝置大型化的過程中，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷基本相同的二甲苯塔重沸爐采用新型立管方箱爐還是多臺(tái)雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐，需要在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮工藝輸入條件、場(chǎng)地資料、投資額及施工條件以及后期的操作維護(hù)等多方面因素，選擇較為合理、優(yōu)化的方案，但是如果進(jìn)一步考慮到將來(lái)裝置處理量的提高及全爐模塊化，無(wú)疑新型立管方箱爐較雙輻射室-單對(duì)流室圓筒爐更有優(yōu)勢(shì)。