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[摘 要]随着炼油与石油化工工业发展的深入，对石油加工装置中加热炉提出了更高的要求。目前无论是国内还国外，管式加热炉在所有的加热设备中仍占主导地位。
[关键词]管式加热炉；节能途径；节能措施
中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0385-01
一、管式加热炉的介绍
管式加热炉是生产装置中的关键设备，也是主要耗能设备，由于管式加热炉在高温高压条件下进行操作，目前大部分在临氢状态下运行，工艺条件相当苛刻，因此安全生产对管式加热炉来讲显得更为重要。管式加热炉运行状况的好坏将直接影响到全厂的安全生產和经济效益，必须精心合理的认真操作，加强现场的安全和科学管理。
管式加热炉是炼油厂和化工厂重要的供热设备，化工加热炉不同于一般的工业加热炉，不仅要考虑经济性，还有其工艺上和安全性上的特殊要求。
1.加热炉的一般结构和主要技术指标
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五部分组成[1]。辐射室和对流室内装有炉管；在辐射式的底部、侧壁和顶部装有火嘴；在烟囱内装有挡板。低温物料先流进对流室炉管，在流经辐射室炉管，在炉膛内吸热后成为高温物料而流出。管式加热炉的主要性能指标：
（1）热负荷
每台加热炉单位时间内向介质传递的总热量称之为热负荷，炉子的热负荷越大其生产能力越大。加热炉的设计热负荷通常取计算值的1.15-1.2倍。
（2）炉膛热强度
燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛热强度，它表示单位的炉膛在单位时间里燃料燃烧所放出的热量。炉膛热强度越大，完成相同的传热物质所需的炉子越紧凑。
（3）炉管表面热强度
单位时间内单位炉管表面积传递的热量称为炉管表面热强度。炉管表面热强度越大完成相同热任务所需的传热面积越小，使用的炉管就越少，炉子的体积可减小，投资可以降低。应注意的是炉管表面热强度一般取平均值。
2、加热炉的种类
（1）按炉型结构分类
现代炼油厂与石油化工工厂的管式加热炉炉型结构主要分为三类：立式炉、圆筒炉和大方形炉[2]。这种划分方法仅依照辐射室的外观形状，而与对流室无关。
（2）按用途分类
按用途管式加热炉大致分为以下几类：炉管内进行化学反应的炉子、加热液体的炉子、加热气体的炉子、加热汽、液混合相流体的炉子。
3、加热炉选择上的基本原则
从结构、制造、投资费用方面考虑，应优先选择辐射室用立管的加热炉。前面已述及立管的一些优点，如炉管的支撑结构简单、辐射室管架合金钢用量少、管子不承受有自重而引起的弯曲应力等。另外，管系的热膨胀易于处理，炉子旁边不需要预留抽管所需要的空地。横管仅在下列特殊情况下才有优点：被加热介质容易结焦或堵塞，炉管要求有带堵头的回弯连接，以便除焦或清洗，要求管系能完成排空，管内为混相状态，要求流动平静、可靠性。对一般类型的中小型炉子，宜优先考虑立式圆筒炉。
4、加热炉主要部件
（1）炉管
炉管在管式加热炉中起着传热面的作用，它在十分苛刻的条件下操作，外面直接见火，温度高而且有氧化腐蚀；若管内油品结焦，则管壁温度急剧上升，经长期作用后，会有明显的蠕变现象，炉管胀大而变弯，在局部过热处甚至会破裂引起火灾事故，所以必须做到稳定操作。炉管的金属的耗量很大，约占炉子总消耗量的40%-50%，投资占60%以上。所以，炉管管径与厚度的计算的设计是否适宜，材料选择是否恰当，不但影响管式加热炉的传热性能和安全操作，而且对炉子的操作费用和基建投资都很大的影响[2]。
（2）炉管连接件
加热炉炉管连接件有很多，常用的有回弯头、U型铸钢弯头、急弯弯头、冲压集合管等。
二、管式加热炉节能综述
管式加热炉是炼油厂消耗燃料的主要设备，提高管式加热炉的热效率，对降低炼油厂总能耗具有重要的意义。随着能源的大量消耗和短缺，国内外都在寻找和开发节约管式加热炉能源的各种方法和途径。目前国内给炼油厂的管式加热炉效率要求在90%以上，因此，提高管式加热炉热效率、节约能耗是当前急需解决的问题。
1、节能途径和措施
（1）优化装置的换热系统
管式加热炉的热负荷大小，随装置的换热流程而改变，较小管式加热炉的热负荷，可减少其加热炉的燃料用量，如果将一个管式加热炉的热负荷降低10%，档次加热炉的热效率为80%时，从燃料消耗量考虑，相当于将原管式加热炉的热效率提高8.9%，而管式加热炉的热效率越高，相应使原管式加热炉效率提高的就越大。
（2）降低排烟温度
管式加热炉对流室出口温度为烟气温度，排烟温度在某种程度上对管式加热炉的热效率起决定作用，排烟温度越低，其烟气带走的热量越小，热损失越小，热效率越高。而排烟温度主要与被加热介质入口温度有关，并且随介质入口温度升高而升高，随烟气与介质之间的温差而变化。所以提高管式加热炉的热效率必须充分利用对流室，从而降低被加热介质入口的温度和缩小烟气与介质之间的温差，使排烟温度降低。
管式加热炉的原料一般都是先经装置换热后，在进入加热炉，所以可通过减少换热流程、采取冷进料方式来降低管式加热炉介质入口温度，或者增加余热回收设备，使排烟温度降低提高管式加热炉的热效率。
2.节能所带来的问题
降低管式管式加热炉的排烟温度，合理控制空气过剩系数，提高空气入炉温度，都会使管式加热炉热效率得到提高。当排烟温度过低，会在降低换热面上造成低温露点腐蚀。目前低温露点腐蚀已成为降低管式加热炉排烟温度和提高管式加热炉热效率的主要障碍，而低温露点腐蚀，不仅与管式加热炉的排烟温度有关，还与燃料中含硫量有关，其含硫量越高，露点温度就越高，为防止低温露点腐蚀，选择排烟温度必须高于烟气的露点温度。因此在确定管式加热炉的排烟温度时必须充分考虑炉管的腐蚀问题。
提高管式加热炉的热效率达到节约能源的途径很多，在选择利用上还应根据系统、装置的操作情况、特点来合理的确定，当管式加热炉的热效率降低时、节能措施应以降低热负荷为主；反之，应以提高管式加热炉的热效率为主。在减小管式加热炉的热负荷的基础上，进一步提高管式加热炉的热效率是最理想的，收效也是最大的。但必须考虑随之带来的问题，才能制定出合理的、最佳的方案，使管式加热炉的热效率得到提高达到节约能源的目的。
[关键词]管式加热炉；节能途径；节能措施
中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0385-01
一、管式加热炉的介绍
管式加热炉是生产装置中的关键设备，也是主要耗能设备，由于管式加热炉在高温高压条件下进行操作，目前大部分在临氢状态下运行，工艺条件相当苛刻，因此安全生产对管式加热炉来讲显得更为重要。管式加热炉运行状况的好坏将直接影响到全厂的安全生產和经济效益，必须精心合理的认真操作，加强现场的安全和科学管理。
管式加热炉是炼油厂和化工厂重要的供热设备，化工加热炉不同于一般的工业加热炉，不仅要考虑经济性，还有其工艺上和安全性上的特殊要求。
1.加热炉的一般结构和主要技术指标
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五部分组成[1]。辐射室和对流室内装有炉管；在辐射式的底部、侧壁和顶部装有火嘴；在烟囱内装有挡板。低温物料先流进对流室炉管，在流经辐射室炉管，在炉膛内吸热后成为高温物料而流出。管式加热炉的主要性能指标：
（1）热负荷
每台加热炉单位时间内向介质传递的总热量称之为热负荷，炉子的热负荷越大其生产能力越大。加热炉的设计热负荷通常取计算值的1.15-1.2倍。
（2）炉膛热强度
燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛热强度，它表示单位的炉膛在单位时间里燃料燃烧所放出的热量。炉膛热强度越大，完成相同的传热物质所需的炉子越紧凑。
（3）炉管表面热强度
单位时间内单位炉管表面积传递的热量称为炉管表面热强度。炉管表面热强度越大完成相同热任务所需的传热面积越小，使用的炉管就越少，炉子的体积可减小，投资可以降低。应注意的是炉管表面热强度一般取平均值。
2、加热炉的种类
（1）按炉型结构分类
现代炼油厂与石油化工工厂的管式加热炉炉型结构主要分为三类：立式炉、圆筒炉和大方形炉[2]。这种划分方法仅依照辐射室的外观形状，而与对流室无关。
（2）按用途分类
按用途管式加热炉大致分为以下几类：炉管内进行化学反应的炉子、加热液体的炉子、加热气体的炉子、加热汽、液混合相流体的炉子。
3、加热炉选择上的基本原则
从结构、制造、投资费用方面考虑，应优先选择辐射室用立管的加热炉。前面已述及立管的一些优点，如炉管的支撑结构简单、辐射室管架合金钢用量少、管子不承受有自重而引起的弯曲应力等。另外，管系的热膨胀易于处理，炉子旁边不需要预留抽管所需要的空地。横管仅在下列特殊情况下才有优点：被加热介质容易结焦或堵塞，炉管要求有带堵头的回弯连接，以便除焦或清洗，要求管系能完成排空，管内为混相状态，要求流动平静、可靠性。对一般类型的中小型炉子，宜优先考虑立式圆筒炉。
4、加热炉主要部件
（1）炉管
炉管在管式加热炉中起着传热面的作用，它在十分苛刻的条件下操作，外面直接见火，温度高而且有氧化腐蚀；若管内油品结焦，则管壁温度急剧上升，经长期作用后，会有明显的蠕变现象，炉管胀大而变弯，在局部过热处甚至会破裂引起火灾事故，所以必须做到稳定操作。炉管的金属的耗量很大，约占炉子总消耗量的40%-50%，投资占60%以上。所以，炉管管径与厚度的计算的设计是否适宜，材料选择是否恰当，不但影响管式加热炉的传热性能和安全操作，而且对炉子的操作费用和基建投资都很大的影响[2]。
（2）炉管连接件
加热炉炉管连接件有很多，常用的有回弯头、U型铸钢弯头、急弯弯头、冲压集合管等。
二、管式加热炉节能综述
管式加热炉是炼油厂消耗燃料的主要设备，提高管式加热炉的热效率，对降低炼油厂总能耗具有重要的意义。随着能源的大量消耗和短缺，国内外都在寻找和开发节约管式加热炉能源的各种方法和途径。目前国内给炼油厂的管式加热炉效率要求在90%以上，因此，提高管式加热炉热效率、节约能耗是当前急需解决的问题。
1、节能途径和措施
（1）优化装置的换热系统
管式加热炉的热负荷大小，随装置的换热流程而改变，较小管式加热炉的热负荷，可减少其加热炉的燃料用量，如果将一个管式加热炉的热负荷降低10%，档次加热炉的热效率为80%时，从燃料消耗量考虑，相当于将原管式加热炉的热效率提高8.9%，而管式加热炉的热效率越高，相应使原管式加热炉效率提高的就越大。
（2）降低排烟温度
管式加热炉对流室出口温度为烟气温度，排烟温度在某种程度上对管式加热炉的热效率起决定作用，排烟温度越低，其烟气带走的热量越小，热损失越小，热效率越高。而排烟温度主要与被加热介质入口温度有关，并且随介质入口温度升高而升高，随烟气与介质之间的温差而变化。所以提高管式加热炉的热效率必须充分利用对流室，从而降低被加热介质入口的温度和缩小烟气与介质之间的温差，使排烟温度降低。
管式加热炉的原料一般都是先经装置换热后，在进入加热炉，所以可通过减少换热流程、采取冷进料方式来降低管式加热炉介质入口温度，或者增加余热回收设备，使排烟温度降低提高管式加热炉的热效率。
2.节能所带来的问题
降低管式管式加热炉的排烟温度，合理控制空气过剩系数，提高空气入炉温度，都会使管式加热炉热效率得到提高。当排烟温度过低，会在降低换热面上造成低温露点腐蚀。目前低温露点腐蚀已成为降低管式加热炉排烟温度和提高管式加热炉热效率的主要障碍，而低温露点腐蚀，不仅与管式加热炉的排烟温度有关，还与燃料中含硫量有关，其含硫量越高，露点温度就越高，为防止低温露点腐蚀，选择排烟温度必须高于烟气的露点温度。因此在确定管式加热炉的排烟温度时必须充分考虑炉管的腐蚀问题。
提高管式加热炉的热效率达到节约能源的途径很多，在选择利用上还应根据系统、装置的操作情况、特点来合理的确定，当管式加热炉的热效率降低时、节能措施应以降低热负荷为主；反之，应以提高管式加热炉的热效率为主。在减小管式加热炉的热负荷的基础上，进一步提高管式加热炉的热效率是最理想的，收效也是最大的。但必须考虑随之带来的问题，才能制定出合理的、最佳的方案，使管式加热炉的热效率得到提高达到节约能源的目的。