石油工業(yè)加熱爐

石油工業(yè)加熱爐建材公司石油石化設(shè)備二廠一、前言

石油工業(yè)加熱爐是指將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給被加熱介質(zhì)而使其溫度升高的一種加熱設(shè)備。在油氣集輸系統(tǒng)中，它的作用是將原油、天然氣等加熱至工藝所要求的溫度，以便進(jìn)行加工和輸送。因此石油工業(yè)加熱爐是區(qū)別于其他領(lǐng)域（如冶金、采暖、化工等）獨立分支的一種加熱爐。石油工業(yè)加熱爐是油田油氣集輸工藝中非常重要的組成部分。加熱爐對介質(zhì)（一般為生產(chǎn)用水、原油）加熱后，介質(zhì)受熱進(jìn)入集輸管線起到伴熱或增強(qiáng)流動性的作用。加熱爐的停運對油田采油影響巨大，尤其在北方地區(qū)，極易造成大面積管線停輸，油井停產(chǎn)等問題的出現(xiàn)。石油工業(yè)加熱爐一般布置于轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等。一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的小型站點也經(jīng)常使用加熱爐，主要用于采暖。二、石油工業(yè)加熱爐的定義及分類

石油工業(yè)用加熱爐定義

油氣田和長輸管道用火焰加熱原油、天然氣、水及其混合物等介質(zhì)的專用設(shè)備。一般按結(jié)構(gòu)型式分為火筒式加熱和管式加熱爐。

（一）按石油工業(yè)加熱爐的分類在石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0540-94《石油工業(yè)加熱爐型式和基本參數(shù)》中規(guī)定其分類如下：按基本結(jié)構(gòu)分為兩大類：火筒式加熱爐和管式加熱爐。火筒式加熱爐又分為火筒式直接加熱爐和火筒式間接加熱爐。管式加熱爐分為立式圓筒式加熱爐，臥式圓筒式加熱爐和臥式異型管式加熱爐。其他按被加熱介質(zhì)和燃料種類分類不常使用，不在此介紹。（二）按燃燒方式可分為正壓燃燒加熱爐和負(fù)壓燃燒加熱爐（三）按使用用途分類可分為：摻水加熱爐、熱洗加熱爐、外輸加熱爐、脫水加熱爐、采暖加熱爐?；鹜彩郊訜釥t定義石油工業(yè)生產(chǎn)中，在金屬圓筒殼體內(nèi)設(shè)置火筒傳遞熱量的一種專用設(shè)備。分為火筒式直接加熱爐和火筒式間接加熱爐?；鹜彩街苯蛹訜釥t是指被加熱介質(zhì)在殼體內(nèi)由火筒直接加熱的火筒式加熱爐稱為火筒式直接加熱爐，統(tǒng)稱火筒爐（即為我們通常所說0.29MW、1.5MW、2.0MW、2.5MW等加熱爐，也包括具有加熱和其他功能的合一裝置）?；鹜彩介g接加熱爐是指被加熱介質(zhì)在殼體內(nèi)的盤管（由鋼管和管件組焊制成的傳熱元件）中，由中間載熱體加熱，而中間載熱體由火筒直接加熱的火筒式加熱爐稱為火筒式間接加熱爐。中間載熱介質(zhì)為水的火筒式間接加熱爐簡稱水套爐。在大慶油田上廣泛使用的即為火筒式加熱爐，其基本遍布大慶油田的各個角落，也是我們最需要關(guān)注、了解的加熱爐。在火筒式加熱爐基礎(chǔ)上相繼派生去其他種類加熱爐，即微正壓（可抽式、固定式）加熱爐、脈動燃燒二合一加熱爐和真空加熱爐。前兩種加熱爐均屬加熱緩沖二合一裝置類型，而真空加熱爐屬水套加熱爐類型。管式加熱爐定義石油工業(yè)生產(chǎn)中，用火焰通過爐管直接加熱爐管中的原油、天然氣、水及其混合物等介質(zhì)的專用設(shè)備。油田經(jīng)常采用型式基本為立式圓筒式爐和臥式圓筒式爐，其中立式圓筒爐主要應(yīng)用于天然氣原油穩(wěn)定站中。按燃燒方式可分為正壓燃燒加熱爐和負(fù)壓燃燒加熱爐1、正壓燃燒：燃燒時爐膛內(nèi)為正壓的燃燒方式。燃燒所用空氣進(jìn)入爐膛及煙氣排出是靠正壓鼓風(fēng)完成的。正壓燃燒加熱爐:真空加熱爐和微正壓加熱爐。2、負(fù)壓燃燒：燃燒時爐膛內(nèi)為負(fù)壓的燃燒方式。燃燒所用空氣靠較高煙囪產(chǎn)生的負(fù)壓抽吸方式進(jìn)入爐膛。負(fù)壓燃燒加熱爐:合一裝置、水套加熱爐、火筒加熱爐和立式、臥式圓筒爐。（一）火筒式加熱爐1、火筒加熱爐的結(jié)構(gòu)：火筒加熱爐主要由筒體、煙火管、煙箱、煙囪、燃燒器、進(jìn)出口管和底座等組成。

2、火筒式加熱爐工作原理：被加熱液體通過進(jìn)口管進(jìn)入爐體內(nèi)的下部并逐步充滿整個爐體，煙、火管均被浸泡在液體中。當(dāng)加熱爐點火后，熱量通過煙火管直接傳遞給被加熱液體，在冷熱液體比重差的作用下，熱液體上浮，由出口管流出加熱爐，達(dá)到液體升溫的目的。該爐在整個加熱過程中爐體始終為承壓。

三、各種加熱爐的結(jié)構(gòu)形式及其工作原理（二）合一裝置（以二合一為例）1、合一裝置基本結(jié)構(gòu)：加熱緩沖二合一裝置主要由筒體（加熱段、收油槽和緩沖段）、煙火管、煙箱、煙囪、燃燒器、隔板（堰板）、調(diào)水閥、進(jìn)出口管和底座等組成。各種合一裝置的功能主要為：①二合一，完成其加熱和緩沖的功能或者加熱和緩沖功能；②三合一，完成其加熱、分離、和緩沖的功能；③四合一，完成其加熱、分離、緩沖和游離水脫除功能；④五合一，完成其加熱、分離、緩沖、游離水脫除和電脫水功能。合一裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有其共同點，即一側(cè)完成加熱功能，另一側(cè)完成收油功能。中間根據(jù)需要添加各功能結(jié)構(gòu)。

2、二合一裝置工作原理

被加熱液體通過進(jìn)口管和調(diào)水閥進(jìn)入爐體的加熱段內(nèi)，煙、火管均被浸泡在液體中，當(dāng)加熱段液位超過隔板時，液體流過隔板進(jìn)入緩沖段，再由出口管流出加熱爐。當(dāng)加熱爐點火后，熱量通過煙火管直接傳遞給被加熱液體，達(dá)到液體升溫的目的。緩沖段液位的控制方法：當(dāng)緩沖段液位較低時，浮球也較低，通過連桿機(jī)構(gòu)開大閥門，進(jìn)水量加大，液位上升；液位上升時，浮球也隨液位上升，通過連桿機(jī)構(gòu)關(guān)小閥門，進(jìn)水量減少，液位下降。這樣，在調(diào)水閥的調(diào)節(jié)作用下，緩沖段液位就達(dá)到了一個動態(tài)平衡。

（三）水套加熱爐1、水套加熱爐基本結(jié)構(gòu)水套加熱爐主要由筒體、煙火管、煙箱、煙囪、燃燒器、加熱盤管和底座等組成。2、水套加熱爐工作原理筒體內(nèi)裝滿清水，煙、火管及加熱盤管均被浸泡在水中，被加熱介質(zhì)通過進(jìn)出口在加熱盤管中流動。當(dāng)加熱爐點火后，熱量通過煙火管傳遞給作為熱媒的清水，清水再將熱量傳遞給加熱盤管，從而盤管內(nèi)流動的介質(zhì)被加熱，達(dá)到介質(zhì)升溫的目的。

（四）真空加熱爐

1、真空加熱爐基本結(jié)構(gòu)與水套加熱爐相似，基本由筒體、煙火管、煙箱、煙囪、燃燒器、加熱盤管和底座等組成。但它具有一些鍋爐的特點，具備觀火孔、回燃室以及防爆功能。2、真空加熱爐工作原理真空加熱爐屬于微負(fù)壓容器，通過加熱中間介質(zhì)水產(chǎn)生水蒸汽，水蒸氣再加熱受熱盤管，水蒸氣被受熱盤管吸收熱量后冷凝為水，如此反復(fù)循環(huán)達(dá)到加熱目的。因此這種加熱爐也被稱為蒸汽換熱加熱爐。真空加熱爐可以實現(xiàn)集油加熱、摻水、采暖加熱多功能于一體。缺點是功率較低。

（五）微正壓加熱爐

1、微正壓加熱爐又分為可抽式加熱爐、固定式加熱爐兩種。常見多為具備滑道的可抽式加熱爐。微正壓加熱爐內(nèi)的煙管采用多跟細(xì)管組成。2、微正壓加熱爐工作原理微正壓加熱爐采用是正壓鼓風(fēng)，煙道壓力僅高于空氣壓力200-400帕。其主要靠送風(fēng)提高燃燒強(qiáng)度和效率，其與負(fù)壓燃燒正好相反。在二合一裝置采用的負(fù)壓燃燒抓喲是利用煙囪吸風(fēng)排煙的作用（煙的熱量高重度低，而空氣溫度低，重度大，形成煙道內(nèi)的負(fù)壓進(jìn)風(fēng)狀態(tài)）。微正壓加熱爐與二合一裝置的區(qū)別僅在于此，其工作原理一致。（六）臥式圓筒加熱爐1、臥式圓筒加熱爐的結(jié)構(gòu)臥式圓筒加熱爐主要由筒體（輻射室和對流室）、加熱盤管（輻射管和對流管）、火咀、煙囪和撬裝底座等。2、臥式圓筒加熱爐的工作原理火咀點燃后將火焰噴射到輻射室內(nèi)，煙氣經(jīng)對流室進(jìn)入煙囪排出；被加熱液體在輻射管內(nèi)接受輻射熱升溫后流向?qū)α鞴?，對流管及其?nèi)的液體吸收煙氣余熱后再次升溫，最后流出加熱爐。（七）立式圓筒加熱爐

1、立式圓筒加熱爐的結(jié)構(gòu)其主要結(jié)構(gòu)分為：輻射室、對流室、煙囪等三大部分。輻射室是整臺爐子的核心，其主要通過室內(nèi)火焰直燃對爐管內(nèi)的介質(zhì)（主要介質(zhì)為原油）進(jìn)行加熱。對流室是介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱空間，熱量來源主要是輻射室的余熱和高溫?zé)煔?。煙囪為煙氣的排出煙道。煙氣的排放量可以控制輻射室的燃燒效率，而達(dá)到控制輻射室溫度的目的。

2、立式圓筒爐工作原理①介質(zhì)進(jìn)入對流室進(jìn)行預(yù)熱。介質(zhì)主要接受的熱能為輻射室燃燒釋放的煙氣達(dá)到介質(zhì)熱量交換。②介質(zhì)進(jìn)入輻射室后進(jìn)行充分加熱。輻射室的溫度要求一般在800℃~1100℃。③空氣預(yù)熱器主要是利用通過對流室的煙氣對冷空氣進(jìn)行熱量交換。交換后的空氣通過引風(fēng)機(jī)、煙道進(jìn)入輻射室助燃，以減少熱量損失，提高燃燒質(zhì)量。④煙氣排放。煙氣通過輻射室、對流室、空氣預(yù)熱器的利用后，通過煙道排放。煙氣的排放溫度一般控制在200℃以下。

四、石油工業(yè)加熱爐制造工藝及要點

石油工業(yè)加熱爐必須是具備專業(yè)資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行設(shè)計、制造、安裝、驗收的一種特種設(shè)備。下面結(jié)合二合一加熱緩沖裝置為例講述石油工業(yè)加熱爐的制造要點。

水加熱后溢流過隔板收油口平衡液面出液進(jìn)液

二合一加熱緩沖裝置的工藝原理

1、制造工藝流程煙火管預(yù)制內(nèi)部附件安裝筒體預(yù)制（含煙火管一側(cè)封頭）筒體開孔煙火管穿越筒體煙火管水壓試驗合格外部附件安裝安裝二次封頭整體水壓試驗合格煙箱安裝內(nèi)外防腐成品出廠

（1）封頭制造我廠采用的是壓鼓、翻邊兩步法冷旋壓技術(shù)。旋壓封頭具有生產(chǎn)周期短，規(guī)格多樣化等特點。工藝流程如下：組對焊接壓鼓旋邊切割加熱焊道打磨打磨刨平焊接一次組對定位定位無損檢測返修整體檢驗熱處理成品

①下料、組對將板料按需求用吊車鋪平，進(jìn)行放樣，使用自動火焰切割機(jī)進(jìn)行切割，同時坡口加工，將對口處進(jìn)行砂輪機(jī)打磨，電焊組對。②焊接將組對后坯料進(jìn)行焊接。③焊道打磨根據(jù)壓鼓工藝要求，焊道必須處理光滑。用空氣壓縮機(jī)，連接氣刨線，對焊道進(jìn)行刨平。之后使用砂輪機(jī)進(jìn)行處理，達(dá)到光滑。④壓鼓將坯料吊至壓鼓機(jī)上，進(jìn)行壓鼓。⑤旋邊壓鼓后坯料吊至旋邊機(jī)上進(jìn)行旋制。⑥切割旋邊后，進(jìn)行周長檢測。合格后，用自動火焰切割機(jī)進(jìn)行切割。⑦無損檢測封頭焊道進(jìn)行無損檢測，對有缺陷焊道進(jìn)行返修處理，達(dá)到II級合格。⑧整體熱處理無損檢測合格后，對封頭進(jìn)行整體熱處理。將封頭吊至加熱爐內(nèi)，通電，溫度達(dá)到620℃，將至300℃出爐。加熱爐為我廠自制設(shè)備，溫控設(shè)備1套。

（2）筒體制造

①下料按展開尺寸進(jìn)行下料，要求長度、寬度、對角線偏差分別為1、1、1.5mm，按規(guī)定進(jìn)行標(biāo)記移植。②刨邊在刨邊機(jī)上進(jìn)行加工坡口。③預(yù)彎在滾板機(jī)上墊板壓頭預(yù)彎。④卷圓在滾板機(jī)上卷圓，滾板時不要一次成型，要反復(fù)幾次逐漸形成并用樣板校正無誤后再進(jìn)行對口點焊。⑤縱縫組對、焊接單節(jié)縱縫進(jìn)行自動焊。⑥筒節(jié)較圓在滾板機(jī)上較圓，對接縱縫處形成的棱角度E≤3.4mm，用弦長不小于667mm的內(nèi)樣板或外樣板檢查，外圓周長允許上偏差10mm。下偏差為0，同一斷面上最大與最小直徑差e≤25mm。⑦環(huán)縫組對、焊接（包括一次封頭）組對在組對胎上進(jìn)行，組對所有B類焊縫，對口錯邊量b≤3mm。⑧打磨按標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)焊、打磨。飛濺、焊渣等處理干凈。⑨檢驗進(jìn)行無損檢測、返修，外觀檢驗。

（3）煙火管制造

①火管、煙管單獨預(yù)制火管、煙管預(yù)制成型工藝與筒體預(yù)制工藝相同，其進(jìn)行無損檢測、外觀檢查合格后，進(jìn)入組裝工序。②火管、煙管加強(qiáng)筋組對、焊接火管、煙管加強(qiáng)筋分片下料，環(huán)繞筒體，全部滿焊。③火管與封頭，煙管與彎頭、大小頭進(jìn)行組對、焊接、無損檢測煙管與彎頭、大小頭的焊接必須達(dá)到設(shè)計要求無損檢測等級，保證全焊透。④火管、煙管整體組對、焊接火管、煙管及相應(yīng)支撐架、附件整體組對，焊接。⑤煙火管整體水壓試驗嚴(yán)格按照水壓試驗程序進(jìn)行，并由技術(shù)監(jiān)督局監(jiān)檢，合格后方可進(jìn)入下道工序。

（4）加熱爐整體組對焊接

①筒體號孔、開孔嚴(yán)格按照圖紙尺寸進(jìn)行號孔，經(jīng)質(zhì)檢部門檢驗合格后，方可進(jìn)行開孔，同時加工開孔坡口。②煙火管穿越一次封頭封頭開孔后，煙火管利用牽引機(jī)穿越，并調(diào)整好角度，加固焊接。③隔板，進(jìn)、出液管安裝將筒體內(nèi)臟件按照圖紙設(shè)計尺寸進(jìn)行安裝。④二次封頭組對、焊接內(nèi)臟件組焊完畢后，二次封頭與筒體組對，焊接后進(jìn)行無損檢測。⑤外部附件組對、焊接人孔、手孔、液位報警器、法蘭接口等進(jìn)行組對焊接。⑥水壓試驗整體外觀檢驗，尺寸校核，經(jīng)技術(shù)監(jiān)督局監(jiān)檢人員審查容器資料后進(jìn)行水壓試驗。水壓試驗合格后，將水排凈、回收。

（5）煙箱安裝，煙囪制作

煙箱安裝必須在水壓試驗合格后方可安裝，并要求校正煙囪法蘭平面。煙囪單獨預(yù)制，現(xiàn)場由施工單位組裝。

（6）內(nèi)外防腐，燃燒道砌筑

按圖紙設(shè)計要求進(jìn)行防腐，并達(dá)到設(shè)計厚度要求。燃燒道按圖紙設(shè)計要求砌筑，并保證牢靠。

2、制造要點（1）材料

加熱爐受壓元件用金屬材料和焊接材料應(yīng)符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。受壓元件用金屬材料應(yīng)為鎮(zhèn)靜鋼。

（2）主要受壓元件

火筒式加熱爐主要受壓元件指筒體、封頭、火筒、煙管管板、盤管、開孔補(bǔ)強(qiáng)板、設(shè)備法蘭、M36以上的設(shè)備主螺栓、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管及公稱直徑大于或等于250mm的接管和管法蘭。

（3）焊接

加熱爐主要受壓元件的對接接頭、加熱爐主要受壓元件之間或主要受壓元件與非受壓元件之間，必須要求全焊透。且不應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)力焊接。焊接產(chǎn)生的缺陷必須清除，并重新進(jìn)行無損檢測，達(dá)到合格要求。焊接接頭表面無裂紋、氣孔、弧坑和夾渣。

煙火管是加熱爐的重點部分，其焊接質(zhì)量直接影響著加熱爐工作壽命。火筒式加熱爐火筒穿封頭處、煙管與火管連接處以及煙管與翅片管連接處的角接接頭是加熱爐重點焊接部位。

（4）無損檢測無損檢測必須符合設(shè)計圖紙要求，且符合JB4730的規(guī)定。且保存底片。（5）水壓試驗主要受壓元件在水壓試驗時，單位質(zhì)量負(fù)責(zé)人和監(jiān)檢部門負(fù)責(zé)人必須到場，并監(jiān)督水壓試驗合格。檢查合格標(biāo)準(zhǔn)為：達(dá)到水壓試驗壓力并保壓到時，外觀無滲漏、無變形、無異響、無焊接裂紋。（6）結(jié)構(gòu)尺寸主要功能性結(jié)構(gòu)必須保障符合標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)?；鹜布訜釥t主要附件：隔板、液位報警器、進(jìn)出液管口、煙箱、煙囪法蘭、鞍座、浮球液位計、調(diào)節(jié)閥等。

煙囪法蘭煙箱隔板高度液位報警器浮球液位計、調(diào)節(jié)閥（7）、燃燒道和保溫燃燒道必須選用符合設(shè)計要求的專業(yè)廠家提供原料。砌筑、噴涂必須達(dá)到設(shè)計規(guī)定厚度、尺寸范圍。（8）防腐防腐涂料必須選用符合設(shè)計規(guī)定要求的專業(yè)廠家，涂刷遍數(shù)、厚度符合設(shè)計規(guī)定要求。沉積污垢燃燒段五、火筒加熱爐常見問題1、火筒受損火筒在正常使用壽命期間，其一般不會出現(xiàn)突然的壞損現(xiàn)象，但由于各種因素的發(fā)生，火筒加熱爐（包括水套加熱爐、微正壓加熱爐、合一裝置等）最容易出現(xiàn)的問題就是火筒受損?；鹜彩軗p的形式通常為火筒局部形成凹陷，嚴(yán)重的出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象。火筒局部凹