加熱爐設(shè)計導(dǎo)則

1、-作者xxxx-日期xxxx加熱爐設(shè)計導(dǎo)則【精品文檔】 目 次1總則1.1 適用范圍2 引用標(biāo)準(zhǔn)3 蒸餾爐設(shè)計要點(diǎn)3.1 爐型選擇3.2 主要工藝參數(shù)的選擇3.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算4 熱載體爐設(shè)計要點(diǎn)4.1 簡介4.2 爐型選擇4.3 主要工藝參數(shù)的選擇4.4 爐管材質(zhì)的選擇和壁厚計算5 延遲焦化爐、減粘加熱爐及瀝青加熱爐設(shè)計要點(diǎn)5.1 簡介5.2 爐型選擇5.3 主要工藝參數(shù)的選擇5.4 爐管材質(zhì)的選擇和壁厚計算6 加氫爐設(shè)計要點(diǎn)6.1 加氫爐分類6.2 爐型選擇6.3 主要工藝參數(shù)的選擇6.4 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算6.5 輻射管架的熱膨脹問題6.5 爐管表面熱電偶的設(shè)置7 重整

2、爐設(shè)計要點(diǎn)7.1 爐型選擇7.2 主要工藝參數(shù)的選擇7.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算7.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項(xiàng)8 潤滑油精制爐設(shè)計要點(diǎn)8.1 爐型選擇8.2 主要工藝參數(shù)的選擇8.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算9 氣體加熱爐設(shè)計要點(diǎn)9.1 爐型選擇9.2 主要工藝參數(shù)的選擇9.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算10 制氫爐設(shè)計要點(diǎn)10.1 轉(zhuǎn)化管內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)簡介10.2 工藝計算主要工藝參數(shù)及技術(shù)性能指標(biāo)10.3 爐型選擇10.4 轉(zhuǎn)化管管系設(shè)計1 總則1.1 適用范圍石油化工管式爐的設(shè)計應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。這些標(biāo)準(zhǔn)對管式爐設(shè)計的各個方面均有詳細(xì)規(guī)定，為避免重復(fù)，本導(dǎo)則僅對各類管式爐的設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行闡述，

3、以指導(dǎo)設(shè)計者正確進(jìn)行設(shè)計。本導(dǎo)則適用于新建石油化工管式爐的設(shè)計，改擴(kuò)建的石油化工管式爐設(shè)計也可參照執(zhí)行。 2 引用標(biāo)準(zhǔn) 使用本導(dǎo)則時，尚應(yīng)符合以下有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：a) SHJ36 石油化工管式爐設(shè)計規(guī)范b) SHJ37 石油化工管式爐爐管壁厚計算方法c) SH3070 石油化工管式爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范d) BA9-2-1 管式爐爐型選擇及工藝參數(shù)的確定e) BA9-1-2 石油化工管式爐工藝計算f) BA9-4-3 管式爐爐管系統(tǒng)的設(shè)計g) BA9-4-1 管式爐燃燒器選用原則h) BA9-4-2 管式爐零部件的選用和設(shè)置i) BA9-1-3 管式爐爐襯設(shè)計j) BA9-1-5 管式爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計荷

4、載確定k) BA9-1-6 立式（箱式）管式爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計l) BA9-1-7 圓筒形管式爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計m) BA9-1-4 管式爐鋼制平臺 、梯子和欄桿n) BA9-5-1 管式爐余熱回收方案的選用o) BA9-5-2 管式爐余熱回收煙風(fēng)道系統(tǒng)3 蒸餾爐設(shè)計要點(diǎn) 蒸餾爐包括原油蒸餾裝置的常壓爐、減壓爐以及二次加工裝置的常壓和減壓分餾塔進(jìn)料加熱爐。3.1 爐型選擇 一般蒸餾爐，當(dāng)熱負(fù)荷不大于30MW時，優(yōu)先選用輻射-對流型圓筒爐；當(dāng)熱負(fù)荷大于30MW時，通常選用立管立式爐或立管雙室箱式爐。 立管爐的爐管與火焰平行，每一根爐管都要通過高溫區(qū)。臥管爐的爐管與火焰垂直，只有部分爐管處在高溫區(qū)。兩者比較起

5、來，前者支撐爐管的高合金管架少，投資省，但其局部過熱而造成被加熱油品裂解的傾向要比后者大得多。因此，生產(chǎn)潤滑油的潤滑油型減壓爐應(yīng)選用臥管爐。一些二次加工裝置的產(chǎn)品品質(zhì)要求較高，如重油加氫裝置的常、減壓分餾塔進(jìn)料加熱爐，也要求采用臥管爐。3.2 主要工藝參數(shù)的選擇主要工藝參數(shù)包括輻射管外表面平均設(shè)計熱強(qiáng)度（簡稱輻射管平均熱強(qiáng)度，下同）和管內(nèi)介質(zhì)流速。一般蒸餾爐的主要工藝參數(shù)見表。表 蒸餾爐的主要工藝參數(shù)爐名輻射管平均熱強(qiáng)度 W/m2質(zhì)量流速立管爐臥管爐Kg/m2.s常壓蒸餾爐3000037000360004400010001500減壓蒸餾爐2400031000290003700010001500

6、潤滑油型減壓蒸餾爐2100027000 表中的質(zhì)量流速是所謂”經(jīng)濟(jì)流速”，在此范圍內(nèi)，爐管內(nèi)的總壓降一般在。國外一些工程公司則認(rèn)為應(yīng)采用“品質(zhì)流速”，即高流速，一般是經(jīng)濟(jì)流速的二至三倍，管內(nèi)總壓降高達(dá)1.22MPa。在高流速下，油品局部過熱裂解的傾向小，最終油品的品質(zhì)好。如設(shè)計采用“品質(zhì)流速”，應(yīng)取得工藝專業(yè)的認(rèn)可，以便工藝專業(yè)考慮到高壓降后選擇泵的揚(yáng)程。3.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算 常壓蒸餾爐，當(dāng)被加熱介質(zhì)的硫含量小于0.5%（重）時，選用碳鋼爐管。當(dāng)硫含量不小于0.5%（重）時，對流室選用碳鋼爐管，輻射室及遮蔽管選用Cr5Mo爐管，或全部選用Cr5Mo爐管。 減壓蒸餾爐一般全部選用Cr

7、5Mo爐管。當(dāng)被加熱介質(zhì)含環(huán)烷酸、且酸值不小于0.5mg KOH/g油時，汽化段選用16Cr-12Ni-2Mo（美國鋼號TP316L）。蒸餾爐的操作壓力一般都低于，因此，爐管壁厚一般不用計算，而根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和工程經(jīng)驗(yàn)選取;見表。表3.3 爐管壁厚選用 外徑，mm選擇壁厚，mm 外徑114, 114168 219 273壁厚選6mm壁厚選8mm壁厚選10mm壁厚選12mm3.4 爐管擴(kuò)徑 減壓蒸餾爐的汽化段爐管，一般要逐級擴(kuò)徑，以使其被加熱介質(zhì)接近于等溫汽化。同時要求爐-塔之間的轉(zhuǎn)油線為低速、低壓降轉(zhuǎn)油線。這種設(shè)計可以在較低的爐出口溫度下，達(dá)到較高的汽化率（顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱），保證減壓分餾塔有較高

8、的輕油收率，并能保證在整個汽化段內(nèi)不至于超溫，盡可能的減少油品裂解，從而保證最終產(chǎn)品有較好的品質(zhì)。 逐級擴(kuò)徑應(yīng)進(jìn)行比較精確的分段計算，以保證整個擴(kuò)徑過程中均具有良好的流型- 霧狀流或環(huán)霧流，避免可能出現(xiàn)水擊的液節(jié)流。 每次擴(kuò)徑后的管段始端，一般容易出現(xiàn)不理想的流型，末端則容易出現(xiàn)超溫，因此，計算過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整各管徑的管段長度，以保證理想的流型，且保證溫度波動在3以內(nèi)。典型的擴(kuò)徑方案有：152 219 273。 減壓爐至減壓塔之間采用低速、低壓降的轉(zhuǎn)油線后，轉(zhuǎn)油線的直徑將變得很大，其自身的熱膨脹難以得到補(bǔ)償。如果讓各支路轉(zhuǎn)油線作成L型和型補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，則會使支路轉(zhuǎn)油線的壓降大大增加，爐出口處的壓

9、降升高。為此應(yīng)減小支路轉(zhuǎn)油線的長度，轉(zhuǎn)油線的大部分熱膨脹由爐出口管的預(yù)拉和退讓來補(bǔ)償。應(yīng)該注意的是，從轉(zhuǎn)油線、支路轉(zhuǎn)油線到爐出口管之間的位移和應(yīng)力必須統(tǒng)一進(jìn)行嚴(yán)格的計算。再者，爐出口管和爐墻之間的密封問題也應(yīng)采用密封套管來解決，使其既能密封良好，又不防礙爐出口管的自由位移。 一般常壓蒸餾爐是不擴(kuò)徑的。當(dāng)常壓蒸餾處理極輕的原油時，為避免過大的壓降，也有將常壓爐汽化段擴(kuò)徑的（如澤普煉油廠常壓爐），但這要由計算來決定。4 熱載體爐設(shè)計要點(diǎn)4.1 簡介 當(dāng)加熱要求均勻緩和，嚴(yán)格控制和調(diào)節(jié)加熱溫度時,一般采用間接熱源加熱的方法。這種方法的加熱設(shè)備和用熱設(shè)備是分開的，中間由一種熱載體的循環(huán)來傳遞熱量。加熱

10、熱載體的加熱爐叫熱載體爐。 石油化工常用的熱載體有聯(lián)苯類和熱油類，聯(lián)苯類主要是二苯混合物。它是聯(lián)苯和聯(lián)苯醚組成的低共熔共沸混合物，亦稱道生油（DOWTHERM），其加熱爐也稱“聯(lián)苯爐”或“道生爐”。熱油類主要是石油產(chǎn)品或副產(chǎn)品經(jīng)加工制得的，導(dǎo)熱油是用沸程合適的石油餾分加工制成的，其加熱爐亦稱“熱油爐” 熱載體爐的最大特點(diǎn)是流量大、溫升小。塔底重沸爐也具有這一特點(diǎn)，并且某些塔底重沸爐如芳烴聯(lián)合裝置中的二甲苯塔底重沸爐，其被加熱介質(zhì)還兼作熱載體，因此，將這類管式爐也并入熱載體爐一類。4.2 爐型選擇二苯混合物具有水的某些特性，因此早期的聯(lián)苯爐都類似于鍋爐，如火管式聯(lián)苯爐、水管式聯(lián)苯爐。但石化行業(yè)用

11、的聯(lián)苯爐基本上還是管式爐。如圓筒爐、立管或臥管立式爐和箱式爐。十多年前出現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)型式較為特殊的多層螺旋盤管式聯(lián)苯爐，一般盤管層數(shù)為二至四層，多為三層，其管心距接近于爐管外徑，彼 緊密相聯(lián)、分層放置。其中最內(nèi)一層一半管面受輻射傳熱，另一半管面受對流傳熱，其余各層均受對流傳熱。這種爐子微正壓操作，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，耗用金屬材料及占地面積亦少。這種爐子一般都要采用“燃燒器管理系統(tǒng)”這樣高水平的自動化控制系統(tǒng)。石油化工用熱載體爐的爐型選擇原則與蒸餾爐一樣，不小于30MW一般選用輻射-對流型圓筒爐,大于30MW則選用立管或臥管的立式爐和箱式爐。4.3 主要工藝參數(shù)的選擇 石油化工常用的熱載體，無論是

12、二苯混合物，還是導(dǎo)熱油，在高溫下都會分解，因此設(shè)計時應(yīng)特別注意兩點(diǎn)：a) 輻射管平均熱強(qiáng)度不宜過高，且應(yīng)核算其最大峰值時的油膜溫度不應(yīng)超過表所列的最高使用溫度。表.1熱載體二苯混合物YD300YD325YD340最高使用溫度385300325340注：YD是燕山石化研究院生產(chǎn)的導(dǎo)熱油代號。b) 采用較高的流速，以減少局部過熱，液相流速1.53m/s，汽-液混相流速，1520m/s。 推薦的輻射管平均熱強(qiáng)度和管內(nèi)流速列于表。 應(yīng)該說明的是:二甲苯塔底重沸爐出口汽化率一般在5075%(重)之間,因此,一般在汽化前選用較小的管徑,汽化后選較大的管徑。表爐名管內(nèi)介質(zhì)輻射管平均熱強(qiáng)度w/m2質(zhì)量流速Kg

13、/m2.s狀態(tài)線速m/s立管臥管入口出口入口出口烷基苯裝置再沸器油爐二苯混合物315003600015002500150025001.53芳烴裝置二甲苯塔底重沸爐C8315001200240080010001.531525芳烴裝置熱載體爐常三線油315001500250080010001.531525 熱載體爐的流量大，溫升小，因此管路數(shù)較多，大型爐有的管路數(shù)多達(dá)12路。為了保證各路流量均勻，除在爐入口前必須采用流量控制外，盤管結(jié)構(gòu)設(shè)計和燃燒器布置等均應(yīng)保證各流路在水力學(xué)和熱力學(xué)方面均衡。4.4 爐管材質(zhì)的選擇和壁厚計算 由于聯(lián)苯類和熱油類熱載體對金屬的腐蝕性極微。其加熱溫度一般都低于300，

14、最高的也超不過380，其管壁溫度都低于450，因此應(yīng)選用碳鋼爐管。 熱載體爐的操作壓力一般都小于，因此其壁厚可與蒸餾爐管壁厚一樣根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和經(jīng)驗(yàn)選取，同。5 延遲焦化爐、減粘加熱爐及瀝青加熱爐設(shè)計要點(diǎn)5.1 簡介延遲焦化爐、減粘加熱爐及瀝青加熱爐均屬于加熱重質(zhì)油品的加熱爐，其特點(diǎn)為管內(nèi)油品比重大（一般均在以上）、粘度高、管內(nèi)壁容易結(jié)焦，為保證加熱爐能長周期運(yùn)行，一般均在輻射管內(nèi)注入蒸汽以提高管內(nèi)流速。5.2 爐型選擇由于延遲焦化爐操作條件較為苛刻，應(yīng)選擇水平管箱式爐，而減粘爐和瀝青加熱爐由于操作溫度相對較低，可優(yōu)先選擇圓筒爐。5.3 主要工藝參數(shù)的選擇 管程數(shù)、管徑及管內(nèi)油品質(zhì)量流速由于管內(nèi)

15、油品重、粘度大，易結(jié)焦等特點(diǎn)，爐管管徑既不宜過大也不宜過小。管徑過大則造成管內(nèi)傳熱系數(shù)減小，內(nèi)膜溫度升高；管徑過小時結(jié)焦易造成管內(nèi)堵塞，因此一般均在60127之內(nèi)選擇。為了避免介質(zhì)偏流造成爐管局部過熱而產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象，在滿足管內(nèi)流速及壓降限制的前提下應(yīng)使管程數(shù)最少。由于延遲焦化爐對油品在管內(nèi)的停留時間有一定的限制（一般油品溫度大于426后在管內(nèi)的停留時間不宜超過45秒），而管程數(shù)越少則意味油品在管內(nèi)的停留時間越長，因此延遲焦化爐管程數(shù)受到以上兩方面的限制。對于延遲焦化爐，一般每管程處理量不宜超過30萬噸/年（按照延遲焦化裝置處理量計算）。三種加熱爐管內(nèi)油品的質(zhì)量流速范圍分別如下：延遲焦化爐：12

16、001800 kg/m2.s減粘加熱爐：14002000 kg/m2.s瀝青加熱爐：12001500 kg/m2.s 輻射管平均熱強(qiáng)度由于延遲焦化爐出口溫度在500左右，已大大超過油品的臨界反應(yīng)溫度，所以應(yīng)盡量縮短油品在管內(nèi)的停留時間，以使得生焦反應(yīng)延遲到焦碳塔中進(jìn)行。在管程數(shù)、管徑一定的情況下，輻射管平均熱強(qiáng)度越大，單程爐管總長度越小，則停留時間越短。輻射管平均熱強(qiáng)度過大則會導(dǎo)致管壁溫度增加，對減輕管內(nèi)結(jié)焦不利，因此對于延遲焦化加熱爐輻射管平均熱強(qiáng)度既不能太低也不能過高。由于減粘加熱爐和瀝青加熱爐出口溫度較低（一般在420以下），未達(dá)到油品的臨界反應(yīng)溫度，因此油品在管內(nèi)的停留時間對這兩種加熱

17、爐管內(nèi)結(jié)焦影響不大，影響管內(nèi)結(jié)焦的主要因素為管內(nèi)油品的最高油膜溫度，因此降低輻射管平均熱強(qiáng)度對減少管內(nèi)結(jié)焦是有利的，然而過低的輻射管平均熱強(qiáng)度則會導(dǎo)致投資增加。對于焦化爐采用單排管雙面輻射可減少停留時間，綜合各種因素，建議三種加熱爐的輻射管平均熱強(qiáng)度在如下范圍內(nèi)選?。貉舆t焦化爐單面輻射：2900032000 W/m2延遲焦化爐雙面輻射：4250048000 W/m2減粘加熱爐：2300031000 W/m2瀝青加熱爐：1600020000 W/m25.4 爐管材質(zhì)的選擇和壁厚計算由于延遲焦化爐出口溫度較高，一般最高管壁溫度均在650左右，而在操作末期最高管壁溫度有可能達(dá)到700。由于Cr5Mo

18、爐管的最高使用溫度為650，因此一些選用Cr5Mo材質(zhì)爐管的焦化爐，其爐管更換較為頻繁。根據(jù)國外焦化爐的設(shè)計及操作經(jīng)驗(yàn)，延遲焦化爐選用Cr9Mo材質(zhì)爐管是比較合適的。由于延遲焦化爐操作壓力不是很高，一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和經(jīng)驗(yàn)選取爐管壁厚。減粘加熱爐出口溫度約為420，其最高管壁溫度在550左右，因此選擇Cr5Mo材質(zhì)爐管是較為合適的。瀝青加熱爐出口溫度一般不超過300，由于輻射管平均熱強(qiáng)度較低，其最高管壁溫度一般在400以下，因此爐管材質(zhì)選擇主要是受到油品中硫及其他腐蝕性介質(zhì)含量的制約，根據(jù)具體情況可選擇碳鋼和鉻鉬鋼材質(zhì)爐管。減粘加熱爐和瀝青加熱爐爐管壁厚一般也是憑經(jīng)驗(yàn)選取，具體可參照蒸餾爐數(shù)據(jù)

19、。6 加氫爐設(shè)計要點(diǎn)6.1 加氫爐分類 按操作壓力分類，加氫爐可分為高壓加氫爐和中、低壓加氫爐兩大類。按被加熱的原料油分類，加氫爐又可分為燃料油型加氫爐和潤滑油型加氫爐兩大類。 操作壓力在10MPa以上的一般稱為高壓加氫爐，如減壓渣油加氫（VRDS）爐、常壓重油加氫（ARDS）爐、減壓瓦斯油加氫爐、加氫裂化爐、加氫改質(zhì)爐等燃料油型高壓加氫爐，也包括如潤滑油異構(gòu)化加氫脫蠟爐、潤滑油加氫精制爐、潤滑油加氫降凝爐等潤滑油型高壓加氫爐。 操作壓力在10MPa以下的一般叫做中、低壓加氫爐，如石腦油、汽油預(yù)加氫爐，柴油臨氫降凝爐，煤油、柴油加氫精制爐等燃料油型加氫爐；也有潤滑油臨氫降凝爐和潤滑油加氫精制爐

20、等潤滑油型加氫爐。 上述分類見表【精品文檔】 表 加氫爐分類及主要工藝參數(shù)操作壓力輻射管平均熱強(qiáng)度 W/m2質(zhì)量流速狀態(tài)線速類型爐名爐型MPa單面輻射雙面輻射kg/m2.sm/S潤滑油型燃料油型中低壓加氫 （10MPa）(減壓渣油)(常壓重油)燃料油型重油 加氫爐單排臥管雙面輻射181936000150020001520減壓瓦斯油加氫爐單排臥管雙面輻射181947000150020001520加氫裂化爐(氫氣爐)單排臥(立)管雙面輻射1819350004700010001500(200250)1520(1525)柴油加氫改質(zhì)爐單排臥管雙面輻射1214360005200080015001520潤

21、滑油型潤滑油異構(gòu)化加氫脫蠟爐單排臥管雙面輻射141647000120024001520潤滑油加氫精制爐單排臥管雙面輻射18194000050000100015001020潤滑油加氫降凝爐單排臥管雙面輻射181940000500001000150010206.2 爐型選擇 加氫爐一般為爐前混氫，爐管內(nèi)為氣-液兩相流。因此，選用單排臥管雙面輻射爐型。只有加氫裂化采用爐后混油的流程，爐管內(nèi)僅走氫氣時，才選用單排立管雙面輻射爐型。 采用單排管雙面輻射的主要理由，是因?yàn)樗奈找蛩厥菃闻殴軉蚊孑椛涞谋?，這可以提高昂貴的18-8型爐管的利用率，降低加氫爐的投資；同時還縮短了爐管的水力長度、減少管內(nèi)壓降。

22、加氫爐一般設(shè)計成純輻射型的，煙氣送入分餾爐的對流室或?qū)⒎逐s爐的進(jìn)料一部分引入加氫爐對流室，以回收煙氣余熱，或者同分餾爐的煙氣合并進(jìn)入余熱鍋爐。當(dāng)加氫裝置沒有分餾爐，又無別的冷源時，加氫爐也設(shè)置對流室，采用翅片管，以提高爐子效率，但這種設(shè)計并不十分經(jīng)濟(jì)。同時管內(nèi)壓降也較大。 對于操作壓力較低的重整預(yù)加氫爐，因其被加熱介質(zhì)中H2S含量較低，而采用鉻-鉬鋼爐管時，一般采用圓筒爐。6.3 主要工藝參數(shù)的選擇 輻射管平均熱強(qiáng)度主要取決于被加熱介質(zhì)允許的最高油膜溫度、輻射傳熱的均勻性及爐管材質(zhì)。推薦的輻射管平均熱強(qiáng)度列于表。一般加氫爐的設(shè)計工況均有23個，當(dāng)按最高熱負(fù)荷計算時，其熱強(qiáng)度可取高值，并應(yīng)核算考

23、慮了輻射傳熱的各種不均勻系數(shù)后的熱強(qiáng)度最大峰值時的油膜溫度，如果其值接近或超過允許的最高油膜溫度時，應(yīng)增加輻射管傳熱面積，降低其平均熱強(qiáng)度。如果熱強(qiáng)度最大峰值時的管壁溫度超過管材允許的最高使用溫度時，也應(yīng)降低其設(shè)計的平均熱強(qiáng)度。這種情況在加氫裂化的氫氣加熱爐上容易出現(xiàn)，解決的辦法有二：一是在壓降允許的情況下，提高管內(nèi)流速，從而提高內(nèi)膜傳熱系數(shù)，降低管壁溫度；二是增加排管面積，降低平均熱強(qiáng)度。當(dāng)然，加氫爐管的材質(zhì)一般都較好，管壁溫度超過最高使用溫度的情況比較少。 加氫爐管內(nèi)一般都是氣-液兩相流，由于受氫-油比的影響，質(zhì)量流速很不直觀，因此常用線速度來控制。推薦的流速范圍列于表。對油品進(jìn)行加氫處理

24、的目的是為了獲得優(yōu)良品質(zhì)的產(chǎn)品，因此，在壓降允許的情況下，加氫爐的管內(nèi)流速一般都取較高值，甚至超過表所列的上限，以便盡可能的減少油品局部過熱。決定流速上限的是允許壓降，而決定流速下限的是管內(nèi)的流型，這一點(diǎn)計算時應(yīng)特別注意，應(yīng)保持管內(nèi)總是處在霧狀流和環(huán)霧流這樣的良好流型。6.4 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算 加氫爐爐管材質(zhì)主要根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)的氫分壓，硫化氫含量、操作壓力和管壁溫度來選擇。 中、低壓加氫爐、當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)硫化氫的克分子濃度不大于0.1%時，可采用Cr5Mo，Cr9Mo等材質(zhì)，大于0.1%時，應(yīng)選用經(jīng)固溶和穩(wěn)定化處理的18Cr-10Ni-Ti（即TP321）。 高壓加氫爐管，一般選用經(jīng)固溶和穩(wěn)

25、定化處理的18Cr-10Ni-Nb（即TP347）。這是因?yàn)門P347的高溫許用應(yīng)力要比TP321的高得多，采用TP347可用較薄的壁厚。這一點(diǎn)可從表明顯看出來。另外，TP347抗連多硫酸腐蝕能力要高于TP321。表6.4下列溫度（）下的許用應(yīng)力 MPa鋼種500550600650700TP3211051037345TP3471251251156740TP347/TP321*注：*兩種材質(zhì)的許用應(yīng)力的比值。 加氫爐的爐管由于其工作壓力和溫度均較高，且使用材質(zhì)昂貴，因此其壁厚必須嚴(yán)格按照SHJ37石油化工管式爐爐管壁厚計算方法進(jìn)行計算，不能憑經(jīng)驗(yàn)選取。6.5 輻射管架的熱膨脹問題 加氫爐采用單排

26、臥管雙面輻射爐型時，輻射管架處在高溫的輻射室內(nèi)干燒，其金屬溫度一般在800左右，而用作輻射管架的ZG35Cr25Ni20的線膨脹系數(shù)又比一般鋼材大，這將造成爐出入口管很大的位移。當(dāng)輻射管架為下支撐時，位于下部的出口管向上位移1530mm, 位于上部的入口管向上位移80100mm。當(dāng)輻射管為上吊式時，情況則相反，位于下部的出口管一般向下位移80100mm，而位于上部的入口管，一般向下位移1530mm。上述位移應(yīng)書面提供給配管專業(yè)，以作為管系應(yīng)力計算的原始數(shù)據(jù)。同時，出入口爐管穿過爐墻處應(yīng)設(shè)置密封套管，既保證爐膛密封，又保證出入口爐管能自由位移。 當(dāng)采用單排臥管雙面輻射爐型的加氫爐設(shè)有一段對流室時

27、，對流室至輻射室的轉(zhuǎn)油線應(yīng)特別注意輻射管架的熱膨脹問題。輻射管為下支撐時，應(yīng)將最上部輻射管在轉(zhuǎn)油線組焊時向上預(yù)拉4050mm。且將對流管板上的對應(yīng)管孔開成長圓孔。讓對流管作為輻射管架的補(bǔ)償.輻射管架采用上吊式時，這個問題則不突出，只需考慮輻射室入口管少量的向下位移。因此，在有對流室時，宜采用上吊式輻射管架。 6.6 爐管表面熱電偶的設(shè)置為了監(jiān)測運(yùn)行過程中的爐管金屬溫度，應(yīng)在高壓加氫爐，特別是重油和潤滑油高壓加氫爐爐管上設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的爐管表面熱電偶。通過爐管表面溫度的變化，可考察管內(nèi)介質(zhì)裂解、結(jié)焦情況。爐管表面熱電偶的位置應(yīng)設(shè)在有代表性的爐管的向火面60范圍內(nèi)的弧面上。并在爐管表面熱電偶上設(shè)置屏

28、蔽罩，遮去火焰和煙氣的直接輻射，以真實(shí)地反映管壁溫度。屏蔽罩的材質(zhì)一般為Cr25Ni20不銹鋼。潤滑油型的中、低壓加氫爐爐管上，也應(yīng)適當(dāng)設(shè)置爐管表面熱電偶。7. 重整爐設(shè)計要點(diǎn)重整爐的主要特點(diǎn)是被加熱介質(zhì)為輕質(zhì)的石腦油加氫氣，操作壓力低、溫度高、體積流量大，允許壓降少。早期的半再生鉑重整操作壓力約，爐出口溫度約450。上述特點(diǎn)還不算明顯。這種老式的鉑重整裝置早已不再新建，本導(dǎo)則也不再詳述?，F(xiàn)在用的比較多的是低壓半再生式催化重整和連續(xù)重整。一般都是四臺重整爐，對應(yīng)四臺重整反應(yīng)器串連操作，因此其操作壓力也隨之遞減。半再生式催化重整爐的操作壓力為，爐出口溫度約500。連續(xù)重整的操作壓力為，爐出口溫度

29、550。上述特點(diǎn)在半再生重整爐上已比較明顯，而在連續(xù)重整爐上則更充分的表現(xiàn)出來。烷基苯廠的烷基化一脫氫裝置的煤油脫氫爐，被加熱介質(zhì)為煤油加氫氣，操作壓力，爐出口溫度500，上述重整爐的特點(diǎn)也顯得很充分，因此也列入重整爐一類。芳烴裝置中的歧化和異構(gòu)化加熱爐，被加熱介質(zhì)為C7C8加氫氣，操作壓力3MPa(歧化)和0.83MPa(異構(gòu)化)，爐出口溫度482(歧化)和370(異構(gòu)化)，上述重整爐的特點(diǎn)也比較明顯，因此也列入重整爐一類。7.1 爐型選擇15萬噸/年半再生催化重整爐一般選用四臺純輻射圓爐，分別作為第一、二、三、四重整爐，煙氣集中排入余熱鍋爐，爐管流路一般為六路127。20萬噸/年以上的半再

30、生催化重整爐一般采用四合一箱式爐，輻射室作四臺重整爐，各臺爐之間用火墻隔開，對流室作余熱鍋爐。輻射室的重整爐管排形式可以是豎琴式Y(jié)型、U型和冂型。連續(xù)重整的重整爐有兩種：一種是UOP技術(shù)，采用四合一箱式爐，輻射室作四臺重整爐，各臺爐之間用火墻隔開，對流室作余熱鍋爐，輻射管排采用U型或豎琴式；另一種是IFP技術(shù)、四臺重整爐為獨(dú)立的四臺箱式爐、對流室聯(lián)合為一體作余熱鍋爐，輻射管排為冂型。煤油脫氫爐一般為單室箱式爐，輻射管排采用冂型或豎琴式。對流室作余熱鍋爐。歧化和異構(gòu)化爐一般選用單室箱式爐，采用冂型管排，對流室排另一種介質(zhì)，如汽提塔底油或脫庚烷塔底油。豎琴式、Y型、U型及冂型的流路數(shù)不受限制，因此

31、被大型重整爐廣泛采用。豎琴式管排的進(jìn)口集合管設(shè)置在爐底，出口集合管設(shè)置在爐頂，用恒力彈簧吊架支吊，承受整個管排重量。豎琴式管排適用于較小的熱負(fù)荷，雙面輻射，燃燒器可以底燒也可以端墻對燒，可燒氣，也可燒油。Y型管排的進(jìn)出口集合管均在爐頂用恒力彈簧支吊、進(jìn)口爐管和出口爐管之間在爐底用急彎彎管連接。Y型管排也適用于較小的熱負(fù)荷，雙面輻射、燃燒器底燒、既可燒油，也可燒氣。U型管排的進(jìn)、出口集合管設(shè)置在爐頂用恒力彈簧支吊?？蓡蚊孑椛湟部呻p面輻射燃燒器布置在端墻上對燒，一般只燒氣，但在雙面輻射U型管外的燃燒器可燒油。冂型管排的進(jìn)、出口集合管設(shè)置在爐底滾動支座上。當(dāng)管排高徑比太大時，爐頂設(shè)置恒力彈簧牽引管排

32、，以保證其穩(wěn)定性?？蓡蚊孑椛洌部呻p面輻射。燃燒器設(shè)置在爐底，向上燒火、既可燒油，又可燒氣。Y型和U型管排的最大缺點(diǎn)是管線系統(tǒng)吹掃時爐管容易被機(jī)械雜質(zhì)堵塞，這一點(diǎn)在新裝置開工時應(yīng)特別注意。7.2 主要工藝參數(shù)的選擇重整爐和煤油脫氫爐的主要工藝參數(shù)列于表。為了便于設(shè)計者參考，將近期設(shè)計的典型實(shí)例，包括UOP和IFP技術(shù)的重整爐，半再生重整爐和煤油脫氫爐數(shù)據(jù)也列入表7.2 。單排管單面輻射的輻射管平均熱強(qiáng)度UOP推薦的范圍是3156741037W/m2，但從12套UOP的規(guī)格書來看均未達(dá)到它的下限。因此認(rèn)為規(guī)定的值2500032000W/m2比較好，以此列入本導(dǎo)則。單排管雙面輻射的值是按單面輻射乘

33、得出的。從表的實(shí)例來看，大部分采用的是下限或低于下限的值。關(guān)于質(zhì)量流速的數(shù)據(jù)SHJ36-91是500-1000kg/m2s，顯然太大，不能使用，而UOP數(shù)據(jù)97.6342 kg/m2s的上限也不適用，因此本導(dǎo)則定為90150 kg/m2s，而煤油脫氫爐由于其操作壓力僅為，因此其質(zhì)量流速更低，限制在4090 Kg/m2s，總的說來，由于氫油比的影響和操作壓力低，溫度高，其質(zhì)量流速不能取高，同加氫爐一樣，其線速度倒比較直觀，只要壓降許可，線速度高一點(diǎn)好，從近期的設(shè)計來看，控制在100m/s以下是可行的。表7.2 主要工藝參數(shù)裝置名稱爐名稱爐型溫度 壓力 MPa輻射管平均熱強(qiáng)度W/m2流速入口出口入

34、口出口單面輻射雙面輻射Kg/m2sm/s半再生重整重整爐圓爐，四合一48050025000320003700048000903501050連續(xù)重整重整爐四合一52055025000320003700048000901502080脫氫烷基化煤油脫氫爐箱式爐50025000320003700048000409040100華北油田煉廠20萬噸/年催化重整F-201F-202F-203F-204四合一Y型管排4874875025023271830958341093106033天津芳烴60萬噸/年連續(xù)重整(UOP技術(shù))F-201F-202F-203F-204四合一U型管排四個輻射室用火墻隔開461397

35、45648554954954954921680209901972036150107107107107續(xù)上表裝置名爐名爐型溫度 壓力MPa輻射管平均熱強(qiáng)度W/m2流速入口出口入口出口單面輻射雙面輻射Kg/m2sm/s齊魯石化60萬噸/年連續(xù)重整(IFP技術(shù))F-201F-202F-203F-204四合一冂型管排四個輻射室為獨(dú)立爐子45442046648754554554554525329238943372039446南京烷基苯廠煤油脫氫爐箱式爐豎琴式管排382500(高負(fù)荷):(低負(fù)荷):40103383066294天津芳烴歧化爐F-501冂型單面輻射4344822617820922天津芳烴異構(gòu)

36、化爐F-701冂型單面輻射315369241931677.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算重整爐的爐管壁溫已接近Cr5Mo材質(zhì)的使用溫度上限，為安全計，設(shè)計壁溫采用計算峰值加25。一般而言,半再生重整爐管采用Cr5Mo，連續(xù)重整爐管采用Cr9Mo。集合管的直徑均較大，一般在500800mm范圍內(nèi)，從強(qiáng)度設(shè)計觀點(diǎn)看，用2 1/4Cr-1Mo（P22）比較合適，見表，但目前多采用強(qiáng)度與Cr5Mo相當(dāng)?shù)模≒11）。表材質(zhì)許用應(yīng)力 MPa公稱化學(xué)成份ASTM500550600P117837162 1/4Cr-1MoP22925229P574239Cr-1MoP9755426重整爐爐管內(nèi)的操作壓力雖然較低，

37、但其管壁溫度都很高，已接近材質(zhì)的最高使用溫度，因此其爐管的壁溫和壁厚均應(yīng)嚴(yán)格計算，不可按經(jīng)驗(yàn)確定。集合管由于其直徑較大，壁厚也應(yīng)嚴(yán)格計算，其設(shè)計壁溫可按爐出口溫度加25計。應(yīng)該注意的是，當(dāng)計算壁厚太小時，應(yīng)按最小壁厚取值。7.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項(xiàng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意下列幾個方面的問題：a) 為了補(bǔ)償集合管及其相連的粗大的工藝配管的熱膨脹，應(yīng)將整個管排設(shè)計成可自由移動的，爐管穿過爐壁處應(yīng)設(shè)計成可滑動的密封板結(jié)構(gòu)。b) 恒力彈簧較長，因此設(shè)置恒力彈簧吊架的地方，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)留出足夠的空間。c) 集合管的流通截面積一般應(yīng)等于或略大于各支管流通截面積的總和，也有人認(rèn)為集合管流通截面積應(yīng)略小于各支管流通面

38、積之總和。其理由是，介質(zhì)進(jìn)入集合管后，流量很快就遞減（或遞增）。d) 四合一爐的各爐熱負(fù)荷并不相等，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，應(yīng)將各爐管排長度設(shè)計成大致相同，為此可采用下列措施。1) 調(diào)整熱強(qiáng)度，大負(fù)荷的爐子取熱強(qiáng)度高值，小負(fù)荷的取低值，甚至將最大負(fù)荷的爐子（如第二重整爐）的管排設(shè)計成雙面輻射式。2) 調(diào)整管心距，熱負(fù)荷較小者采用較大的管心距。3) 采用不同的管排形式，如一、二、三重整爐采用U型、四重整爐采用豎琴式。4) 調(diào)整管徑。5) 調(diào)整爐膛高度，如將小負(fù)荷的四重整爐的爐底抬高。8. 潤滑油精制爐設(shè)計要點(diǎn) 潤滑油加工的老三套裝置是酮苯脫蠟、糠醛（或酚）精制、白土精制。在這些裝置使用的加熱爐統(tǒng)一稱為

39、潤滑油加工爐，它們的共同特點(diǎn)是要求低熱強(qiáng)度，以避免油品裂解，確保潤滑油具有優(yōu)良的品質(zhì)。另外各裝置的加熱爐還有自身的特點(diǎn)，如糠醛很容易結(jié)焦，因此糠醛爐的盤管應(yīng)是逐級擴(kuò)徑的，以便將顯熱及時轉(zhuǎn)變成潛熱。保證任意點(diǎn)處被加熱介質(zhì)的溫度值不超過糠醛的分解溫度（230）。又如白土爐的管內(nèi)油品中含有相當(dāng)數(shù)量的固體白土，為避免白土沉淀堵塞管路，除管內(nèi)流速不能低于1m/s以外，還應(yīng)將盤管設(shè)計成沒有急拐彎的螺旋管。另一方面白土爐的流速也不宜太快，太快了白土固體顆粒對爐管的磨損就會加劇。8.1 爐型選擇潤滑油加工爐一般選用圓筒爐。白土爐一般選用螺旋管圓筒爐。8.2 主要工藝參數(shù)的選擇潤滑油加工爐的主要工藝參數(shù)列于表。

40、表8.2 主要工藝參數(shù)爐名單面輻射爐管表面平均熱強(qiáng)度 W/m2質(zhì)量流速 kg/m2s脫蠟油爐200002800012001500酚加工爐170002300012001500糠醛加工爐170002300012001500白土加工爐1700023000120015008.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算潤滑油精制爐的操作溫度和壓力均不高，一般也沒有腐蝕，因此一般選碳鋼爐管。壁厚一般也不用計算，可按經(jīng)驗(yàn)選擇見條。9 氣體加熱爐設(shè)計要點(diǎn)氣體加熱爐的主要特點(diǎn)是爐管內(nèi)的被加熱介質(zhì)不是油品，而是氣體，如氮?dú)?、空氣和過熱蒸汽等。這些氣體的內(nèi)膜傳熱系數(shù)很小，見圖9。在同樣的熱強(qiáng)度下，管壁溫度要高得多。反之，如果管材

41、相同，則其允許的熱強(qiáng)度要低得多。 圖9.1 爐型選擇氣體加熱爐的爐型主要按其熱負(fù)荷來選擇，20MW以下的一般選用圓筒爐。熱負(fù)荷大于20MW時，一般選用箱式爐。9.2 主要工藝參數(shù)的選擇氣體加熱爐的主要工藝參數(shù)為爐管表面熱強(qiáng)度和管內(nèi)流速，他們都受其氣體內(nèi)膜傳熱系數(shù)的控制。一般而言，要求采用較高的流速，如100200m/s，以便將其內(nèi)膜傳熱系數(shù)提高到200300W/m2.K，相應(yīng)的輻射爐管表面平均熱強(qiáng)度可達(dá)到1500025000W/m2。9.3 爐管材質(zhì)的選擇及壁厚計算由于氣體的內(nèi)膜傳熱系數(shù)小，管壁溫度與被加熱的氣體溫度之差較大，爐管材質(zhì)主要根據(jù)其管壁溫度來選擇。應(yīng)該指出的是，在被加熱介質(zhì)出口溫度

42、相同的情況下，氣體加熱爐的管壁溫度比油品加熱爐的高，爐管材質(zhì)一般也要升級，有的甚至用到HK-40或HP-40 Nb，例如苯乙烯的蒸汽過熱爐，爐出口溫度約800，其爐管材質(zhì)就是HK-40或HP-40Nb。氣體加熱爐爐管一般在管材使用溫度上限環(huán)境下使用，因此，其壁厚應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行計算，不宜單憑經(jīng)驗(yàn)選取。10. 制氫爐設(shè)計要點(diǎn)制氫爐是以烴類為原料，用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣的爐子。實(shí)質(zhì)上制氫爐是一個多管并流的外熱式反應(yīng)器。與一般加熱爐比，其最大的不同之處，在于其每一根爐管就是一個直接火焰加熱的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，因此其爐管一般也稱為轉(zhuǎn)化管，管內(nèi)裝填有催化劑。工藝介質(zhì)（烴+水蒸汽）一邊吸熱，一邊進(jìn)行著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因

43、此工藝計算比一般加熱爐復(fù)雜得多。另一個特點(diǎn)是其操作溫度特別高，原料氣入口溫度一般為450550，轉(zhuǎn)化氣出爐溫度高達(dá)760850，甚至高達(dá)900。因此，其爐管系統(tǒng)的選材、焊接及其熱膨脹的補(bǔ)償?shù)染蔀樵O(shè)計中的關(guān)鍵問題，應(yīng)予以充分的重視。10.1 轉(zhuǎn)化管內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)簡介轉(zhuǎn)化管內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，其主反應(yīng)是烴類（天然氣、煉廠氣或石腦油）蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其次是水煤氣變換反應(yīng)，另外還有析炭和消炭反應(yīng)等。下面以甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化為例予以說明。 a) 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng) CH4+H2O CO+3H2 -206150 KJ/kmol CH4+2H2O CO2+4H2 -164988 KJ/kmolCH4+CO22CO+

44、2H2 -247312 KJ/kmol b) 水煤氣變換反應(yīng) CO+H2O CO2+H2 +41162 KJ/kmol c) 析炭和消炭反應(yīng) CH4 C+2H2 -74848 KJ/kmol 2CO C+CO2 +172464 KJ/kmol CO+H2 C+H2O +131302 KJ/kmol上述反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，影響平衡的因素有溫度；壓力、水碳比（H2O/C）、氫碳比（H/C）等。有關(guān)這些影響因素的分析將在下一節(jié)主要工藝參數(shù)中一并敘述。在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，化學(xué)反應(yīng)是不可能達(dá)到平衡的，這就需要從化學(xué)動力學(xué)的各因素進(jìn)行研究。在工業(yè)催化劑上，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為內(nèi)擴(kuò)散控制，因此，在處理工業(yè)催化劑上

45、的反應(yīng)動力學(xué)時，一般結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理，得出宏觀動力學(xué)經(jīng)驗(yàn)式，以表達(dá)各反應(yīng)的速度與反應(yīng)頻率因子、活化能床層溫度、各組分分壓和反應(yīng)平衡常數(shù)等的關(guān)系。具體使用這些動力學(xué)方程式時，還應(yīng)根據(jù)催化劑類型、顆粒度，中毒情況、使用年齡、操作壓力、轉(zhuǎn)化深度等的校正因子進(jìn)行校正。析炭和消炭問題也應(yīng)從熱力學(xué)和動力學(xué)兩個方面進(jìn)行研究，以避免操作時催化劑積炭，這里就不詳述。10.2 工藝計算主要工藝參數(shù)及技術(shù)性能指標(biāo)制氫爐輻射段的工藝計算比一般加熱爐復(fù)雜得多，它需建立包括管外和管內(nèi)的完整數(shù)學(xué)模型。管外數(shù)學(xué)模型是非線性方程組，管內(nèi)數(shù)學(xué)模型是微分方程組，兩者難以聯(lián)立求解，因此，一般以管外壁溫度分布為解剖點(diǎn)，將管內(nèi)、外數(shù)

46、學(xué)模型分開，然后迭代求解。管內(nèi)數(shù)學(xué)模型主要是化學(xué)反應(yīng)及其微分動力學(xué)方程組，另外還包括管壁導(dǎo)熱、污垢導(dǎo)熱和床層傳熱三部分的傳熱方程，以及管內(nèi)熱平衡計算和床層壓降計算等。管外數(shù)學(xué)模型主要是按區(qū)域法，分區(qū)進(jìn)行輻射傳熱，對流傳熱、熱平衡及煙氣進(jìn)、出計算區(qū)的焓差等計算，并包括燃料燃燒模型和煙氣流動模型的建立?，F(xiàn)行的制氫爐工藝計算軟件REFORM-3基本上是按上述模型編制的，應(yīng)用此軟件不但能計算管內(nèi)的組分、壓力、溫度及傳熱量隨管長的分布，也能計算出管外煙氣的溫度、管外壁溫度、墻內(nèi)表面溫度等隨管長的分布。圖-1、-2、-3是一個設(shè)計案例應(yīng)用該軟件計算的結(jié)果，列出此圖的目的是讓設(shè)計人員對制氫爐工藝計算的復(fù)雜性

47、有所了解，同時也能對制氫爐各工藝參數(shù)的變化有個初步認(rèn)識。 圖-1 圖-2 圖-3REFORM-3是核算程序。一般是按工藝專業(yè)根據(jù)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的要求，提出轉(zhuǎn)化管規(guī)格、數(shù)量、其它工藝參數(shù)及技術(shù)性能指標(biāo)，規(guī)劃一個初步的制氫爐尺寸，用該程序進(jìn)行核算，如不能滿足要求，則應(yīng)與工藝專業(yè)協(xié)商，進(jìn)行調(diào)整后再進(jìn)行計算，直至滿足要求為止。下面對主要工藝參數(shù)及技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行簡要介紹。a) 殘余甲烷 殘余甲烷指的是轉(zhuǎn)化管出口處轉(zhuǎn)化氣中扣除水蒸氣后的干基甲烷的含量。它是衡量轉(zhuǎn)化反應(yīng)深度的重要指標(biāo)。合成氨廠由于有二段轉(zhuǎn)化爐，一段轉(zhuǎn)化爐殘余甲烷一般只要求8 mol%12mol%。而制氫爐的殘余甲烷一般要求3 mol%7

48、mol%。 b) 溫度因?yàn)闊N類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此，不論從化學(xué)反應(yīng)的平衡，還是從化學(xué)反應(yīng)的速度來講，升高溫度對轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是有利的。溫度升高的限制主要在于爐管材質(zhì)的耐熱性能。轉(zhuǎn)化氣的出爐溫度一般是800850。國外轉(zhuǎn)化氣出爐溫度有高達(dá)900左右的，這與所選用的爐管材質(zhì)有關(guān)。提高原料氣預(yù)熱溫度可降低輻射的熱負(fù)荷，提高高溫爐管的利用率。預(yù)熱溫度的提高要受烴類熱裂解的限制，以天然氣和煉廠氣為原料時，預(yù)熱溫度為500550，以石腦油為原料時，預(yù)熱溫度為450左右。c) 壓力提高操作壓力，對反應(yīng)的平衡不利，殘余甲烷會增加，但是在可能的條件下，還是盡量提高操作壓力，因?yàn)檫@樣會有一系列的優(yōu)點(diǎn)：隨著壓力

49、的提高，變換氣中水蒸汽的露點(diǎn)溫度提高有利于余熱回收；提高壓力，可使設(shè)備緊湊，強(qiáng)化生產(chǎn)，有利于后續(xù)工序的變換和脫碳；提高壓力還可以減少管內(nèi)壓降，可以采用較高的空速。制氫爐的入口壓力一般是23MPa。 d) 水碳比水碳比的定義為：水碳比=式中H2O-水蒸汽流量，kmol/h CnHm-烴流量，kmol/h n-烴分子中的碳原子數(shù)，例如CH4，C2H6，C3H8的n值分別為1，2， 3，。從化學(xué)平衡來講，提高水碳比有利于甲烷轉(zhuǎn)化。從化學(xué)反應(yīng)速度來講，則有兩種完全相反的觀點(diǎn)，一種認(rèn)為水蒸汽在催化劑的鎳表面吸附抑制活性的發(fā)揮，另一種認(rèn)為水蒸汽增加，推動力增加，有利于甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，同時對抑制析碳也是有利

50、的。但是水碳比增加，意味著水蒸汽消耗指標(biāo)增加，而多余的水蒸汽也要加熱到轉(zhuǎn)化氣出口溫度，熱負(fù)荷也就增加。因此，在滿足轉(zhuǎn)化反應(yīng)的前提下，應(yīng)力求降低水碳比。制氫爐的水碳比在三致四范圍內(nèi)。e) 空速空速表示方法很多，有原料氣空速、碳空速、理論氫空速、液空速等，常用的是原料氣空速和碳空速，其定義如下：原料氣空速= （h-1）碳空速= （h-1）空速的選擇必須從化學(xué)反應(yīng)和傳熱兩方面綜合考慮?？账俚脑黾樱馕吨a(chǎn)強(qiáng)度的提高，因此在條件許可時，應(yīng)采用高空速，但是，在床層高度不變的情況下，空速增加，介質(zhì)在管內(nèi)的停留時間減少，殘余甲烷含量會增加。如果采用提高操作溫度或增加水碳比來彌補(bǔ)空速的提高，則不論是顯熱和化

51、學(xué)反應(yīng)熱都將增加，因此，提高空速必須與增加傳熱相適應(yīng),這意味著管壁溫度要增加。制氫的碳空速一般取6501000（h-1）。10.3 爐型選擇烴類蒸汽轉(zhuǎn)化過程是伴有傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞和復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的綜合過程，要求傳熱與反應(yīng)必須相適應(yīng)，對于并行的復(fù)雜反應(yīng)，應(yīng)能控制其反應(yīng)的進(jìn)程。因此，所選用的爐型、原料、催化劑和操作條件等應(yīng)作為一個整體來考慮。制氫爐操作條件是煉油廠加熱爐中最苛刻的，轉(zhuǎn)化管系統(tǒng)使用的都是高鉻鎳合金材料，因此應(yīng)選用單排管雙面輻射爐型，以防止局部過熱，使?fàn)t管周向和軸向溫度分布均勻，提高爐管的利用率。常用的爐型有側(cè)燒和頂燒兩種。側(cè)燒爐一般為雙室立式爐，對流室置于兩輻射室中間的上方，煙氣上行，適宜于靠煙囪抽力自然通風(fēng)。在兩面?zhèn)葔Φ牟煌叨壬喜贾妹坊ㄐ屋椛鋲?cè)壁燃燒器。轉(zhuǎn)化管布置在每個輻射室的中間，原料氣和蒸汽混合物在對流段預(yù)熱后經(jīng)上集氣管和上尾管分配至各個轉(zhuǎn)化管，從上向下行，邊吸熱邊反應(yīng)，轉(zhuǎn)化氣由下尾管引出，進(jìn)入下集氣支管，再進(jìn)入下集氣總管，去轉(zhuǎn)化氣余熱鍋爐。轉(zhuǎn)化管縱向溫度分布可以通過側(cè)壁燃燒器自