加热炉及换热器
培
训
讲
义
年4月
目录
第一部分加热炉基本知识.2
一、概述.2
二、管式加热炉的主要技术参数.3
三、油田用加热炉的炉型及表示方法.4
四、管式加热炉设计的基础数据.5
五、加热炉热效率测试方法.6
六、提高加热炉热效率的措施.6
七、加热炉的吹灰控制.9
第二部分管式直接加热炉简介.10
一、管式直接加热炉的原理、性能特点、遵守的标准规范及应用.10
二、管式直接加热炉结构形式及特点.11
三、管式加热炉的运行与操作.14
四、管式加热炉故障处理.17
五、管式加热炉的维护与保养.19
第三部分水套加热炉简介.21
一、水套加热炉的工艺原理、性能特点及遵守的标准规范.21
二、水套加热炉结构形式描述.22
三、水套加热炉运行注意事项.23
五、U形管式换热器简介.24
一、U形管式换热器的结构特点、设计规范及型号表示.24
二、换热器的维护和检修.26
第一部分加热炉基本知识
一、概述
油田和长输管线加热炉(以下简称油田加热炉)系指用火焰加热原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备，是油、气生产和输送中广泛使用的设备。
在油、气田的集油站、集气站和联合站等站(库)内，加热炉对原油、井产物、生产用水和天然气等介质进行加热，以满足油气集输处理工艺的要求。在原油和天然气长输管道中，通过加热炉对原油和天然气进行加热，以满足原油和天然气长距离输送的要求。
应该指出，油气田和长输管线用加热炉，其对介质进行加热所要求达到的温度都不高，
一般只几十度，且介质无化学变化，这是与石油炼制、石油化工所用加热炉不同之点。
二、管式加热炉的主要技术参数
1、热负荷
单位时间内向炉管内被加热介质传递热量的能力称为热负荷，一般用KW表示。它表示加热炉生产能力的大小。
2、热效率
加热炉输出有效热量与供给热量之比的百分数叫热效率。它表示向炉子提供的能量被有效利用的程度，可用公式表示为η=被加热介质吸收的有效能量/供给炉子的能量。热效率是衡量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。早期加热炉的热效率只有60%～70%，最近已达到85%～88%，最新的技术水平已接近92%左右。
3、炉膛体积发热强度
燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛体积发热强度，简称为体积热强度，它表示单位体积的炉膛在单位时间内燃料燃烧所发出的热量，一般用KW/m3为单位。
炉膛大小对燃料燃烧的稳定性有较大影响，如果炉膛体积过小，则燃烧的空间不够，火焰容易舔烧炉管，炉膛温度也高，不利于长周期安全运行。因此，炉膛体积热强度不允许过大，一般控制在燃油时小于KW/m3，燃气时小于KW/m3。
4、辐射表面热强度
辐射炉管每单位表面积在单位时间内所传递的热量称之为炉管的辐射表面热强度，单位常为W/m2。它表示辐射炉管传热强度的大小，与管内介质的特性、流速、炉管材质、炉管尺寸、炉管的排列方式等因素有关。
5、对流表面热强度
含义同辐射热强度一样，单位也为W/m2，但它是对对流室而言。对流表面热强度是根据管内和管外的各种数据计算出来的，与对流传热系数的关系较大。管外：烟气流速越大，外膜传热系数越高；对流平均烟气温度越高，外膜传热系数也越高；对流管外径越小，外膜传热系数也越高。管内：介质的流速越大，内膜传热系数越高；介质的粘度越小，内膜传热系数也越高。当管内为液体，控制总传热系数的主要因素还是管外条件，管内条件影响不大。
6、火墙温度（炉膛温度）
指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是加热炉操作中的重要指标。
火墙温度高，说明辐射室传热强度大。但火墙温度过高，则意味着火焰太猛烈，容易烧坏炉管、管板等。此外，进入对流室的烟气温度也会越高，对流炉管也容易烧坏。从保证加热炉长周期安全运转考虑，一般加热炉将这个温度控制在℃以下。
7、管内流速
流体在炉管内的流速越低，则边界层越厚，传热系数越小，管壁温度越高，介质在炉内停留的时间也越长。其结果，介质越容易结焦，炉管越容易损坏。但流速太高又会增加炉管内的压降，增加了系统管路的动力消耗。在设计加热炉时，应在经济合理的范围内力求提高流速。
三、油田用加热炉的炉型及表示方法
油田和长输管线用的加热炉型式主要按基本结构、被加热介质种类和燃料种类进行分类：
1）按基本结构分可分为两大类，即火简式加热炉和管式加热炉。
管式直接加热炉（立式圆筒、卧式圆筒、卧式异形）、火筒式加热炉（火筒式直接加热炉、火筒式间接加热炉）两大类。
2）按被加热介质的种类可分为：原油加热炉、井产物加热炉、生产用水加热炉、天然气加热炉。
3）按燃料种类可分为：燃气加热炉、燃油加热炉、燃油燃气加热炉。
另外，按照加热炉中被加热介质的加热方式可分为：直接加热炉（含管式直接加热炉、火筒加热炉）和间接加热炉（热媒间接加热炉、水套加热炉、真空加热炉）。
4）油田加热炉的型号
油田加热炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。
型号的第一部分表示加热炉的基本结构型式和额定热负荷，共分两段：第一段用汉语拼音字母代表加热炉的基本结构型式，见表1；第二段用阿拉伯数字表示加热炉的额定热负荷为若干千瓦。两段连续书写，相互衔接。
型号的第二部分分为两段，其间以斜线相隔。第一段用汉语拼音字母代表被加热介质的种类，见表2；第二段用阿拉伯数字表示盘管或炉管设计压力为若干Mpa；火筒式直接加热炉第二段不表示。
型号的第三部分由两段组成：第一段用汉语拼音字母代表燃料种类，见表3；第二段用阿拉伯数字表示设计次序，第一次设计不表示。两段连续书写，相互衔接。
表1加热炉的基本结构形式代号
表2被加热介质代号表3燃料种类代号
四、管式加热炉设计的基础数据
进行管式加热炉设计前，需具备以下基础数据和资料：
l加热炉热负荷大小；
l加热炉设计压力（指炉管）或操作压力；
l操作介质的理化性质：密度、粘度、组分、比热容、热导率等；
l操作介质的流量、出入口条件——温度、压力、汽化率等；
l加热炉的热效率；
l加热炉的允许压降；
l燃料种类——燃料气、燃料油或油气混烧，烧油时的雾化剂种类等；
l燃料性质：组成、密度、粘度、热值、温度、压力等，烧油时还应有雾化剂的性质如温度和压力等；混烧时液体燃料和气体燃料的比例等；
l生产和检修的特殊要求；
l气象和地质资料，如环境温度、风力、地震、场土地等；
l环境保护、职业安全及其它要求等。
五、加热炉热效率测试方法
管式加热炉热效率的测定有标定测定和操作测定两种。标定测定时应对正、反平衡式所涉及的各参数都进行准确的测量，由于工作量大又比较麻烦，因此，只有评价某台加热炉或为获得设计数据时才采用。而操作测定则比较简单，它只测量反平衡计算式中涉及的各参数，一般只对烟气离开体系时的组成和温度进行分析和测量，用反平衡法计算出热效率或用连续测定仪直接显示出热效率，以作为调节操作参数的依据。
正平衡法：热效率η=热负荷/燃料发热量x%
反平衡法：热效率η=（1-各种热损失热量/燃料发热量）x%
计算热效率用反平衡法准确性相对较大些，另外，测点也比较方便，故现在采用较多。
目前，国内管式加热炉常用的热效率测试仪中分析烟气成分的仪表有：氧化锆测氧仪、磁导式氧分析仪和二氧化碳测定仪。在分析烟气时，用氧分析仪较二氧化碳分析仪要好些。
六、提高加热炉热效率的措施
措施一：降低排烟温度。
排烟损失在管式炉的热损失中占有极大比例，一般情况下排烟温度每升高17～20℃，加热炉的热效率约下降1%左右。当加热炉热效率较高（如90%）时，排烟损失占总损失的70%～80%，当加热炉热效率较低（如70%）时，排烟损失占总损失的比例高达90%以上，因此，降低排烟温度是提高加热炉热效率的主要措施。（中石化在加热炉运行管理规定中也明确要求最终排烟温度一般应不大于℃。）
降低排烟温度的主要措施有以下几种：
1）减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。以前末端温差一般在～℃，现在末端温差取50～℃比较适宜。
2）将需要加热的低温介质引入对流室
有些炼油装置如常减压装置，可以把管式炉的对流段作为换热器，加入换热流程中一并优化，将一部分冷油料引入对流室末端，而将另一部分需要换热的热油品用来预热空气。这就是常讲的冷进料—热油预热空气的节能方案。
3）除灰除垢，以保证管式炉长期在高热效率下运转
不完全燃烧产生的炭粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管的外表面，增加热阻，降低传热效果。随着积灰的增加，排烟温度迅速上升，热效率显著下降。为了保证管式炉长期在较高的热效率下运转，必须坚持用吹灰器定期清除积灰。
燃料油燃烧后，盐分会沉积在炉管外表面，特别是辐射室炉管外表面，这与积灰一样会增加热阻，降低传热效果。随着积盐的增加，火墙温度增加，排烟温度也随之增加，热效率下降。所不同的是积盐比积灰更难清除。目前，没有太有效的方法清除，根本的办法是减少燃料中的含盐量，即要求原油脱盐达标。
4）采用空气预热器以预热空气
采用空气预热器由烟气直接预热空气的优点是它自成体系，不受工艺流程的约束。在管式炉其他参数不变的情况下，空气预热温度每提高20℃左右，加热炉热效率约提高1%。值得指出的是，随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器过大的变形等问题。一般空气预热温度不宜超过℃。
用烟气预热空气是管式加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法，也是最常用的方法。
从理论上讲，排烟温度可以降到接近环境温度，这时可以获得最高的热效率，但在工程实际上是不可能的，因为排烟温度的降低要受经济和技术两方面的限制。随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积也就越来越大，一次投资迅速增加，因此必须根据经济评价确定一个经济合理的余热回收末端温差。
降低排烟温度在技术方面主要受烟气露点的限制。余热回收换热面的温度必须高于烟气的露点温度。否则换热面将受到露点腐蚀而损坏。另外，换热面在露点下积的灰将是“粘灰”。粘灰是很难清除的。这种粘灰越积越多，烟气侧的阻力迅速增加，甚至使余热回收系统难以操作而被迫停运。
措施之二：降低过剩空气系数以减少排烟热损失
管式炉是靠燃料燃烧供给热量的。在工业炉中，燃料不可能在化学平衡的空气量（理论空气量）下完全燃烧的，总是要在有一定过剩空气量的条件下才能完全燃烧。燃烧所用的实际空气量与理论空气量之比叫做过剩空气系数。一般炼油管式炉正常的过剩空气系数在烧气时为1.05～1.15，烧油时为1.15～1.25。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟热损失增加，热效率降低。由于过剩的空气是在排烟温度下排入大气的，所以排烟温度越高，过剩空气带走的热量就越多，对热效率的影响也就越大。在不同排烟温度下过剩空气系数每增加0.1，过剩空气系数太大不仅使热效率降低，还有其他有害之处，例如加速炉管和炉内构件的氧化，增加对流室、提高SO2向SO3的转化率从而加剧低温露点腐蚀等。
降低过剩空气系数的方法有：
1）选用性能良好的燃烧器以及加强燃烧器的维修
2）在操作中管好三门一板（风门、气门、油门和烟囱挡板）
3）封堵漏风
炼油管式炉几乎都是负压操作的，如果看火门、人孔门、弯头箱门等关闭不严或炉墙有泄露之处。从这些地方漏入炉内的空气一般都不参与燃烧而白白带走热量。平常通俗讲，针眼的孔，斗大的风。不能轻视堵漏问题，据国外资料介绍对一台29.26MW的加热炉，在辐射段炉底每平方英尺（cm2）漏缝即可导致m3/h的空气漏入，使过剩空气率增加8%，并使加热炉热效率下降1%。从另一角度讲，折合一下即4cm2漏缝即可导致12.2m3/h的空气漏入，这样的空气漏入量够1kg燃料油在过剩空气系数为1.2时燃烧所用空气量。
4）完善监测控制系统
根据对烟气含氧监测控制加热炉的抽力和进风量是炼厂传统作法。但是，由于加热炉漏风的影响，烟气中的含氧量可能增高甚多，因此，认为单独或主要依靠烟气含氧分析进行加热炉的进风控制是不够完善的。
措施三：减少不完全燃烧损失
由于不完全燃烧而造成的化学热损失，一方面降低热效率，另外造成大气污染。机械不完全燃烧产生的炭粒还会造成对流室炉管表面积灰，影响传热效果。
减少不完全燃烧损失的措施首先是选用性能良好的燃烧器并精心维护。目前加热炉不完全燃烧损失一般都较少，为6%左右。
措施四：减少散热损失
管式炉外壁以辐射和对流两种方式向大气散热。散热量与炉外壁温度、环境温度和风速等有关。当内壁温度一定时，炉墙材质、结构和尺寸也一定时，环境温度下降，炉外壁温度也降低，实际温差变化不大，散热损失变化也不大。同样，环境风速增加，外壁温度也降低，但对流传热系数增加，因此散热量变化也不大。也就是说，环境温度和风速对炉外壁温度影响较大，而对散热损失虽然有影响，但是影响并不大。
目前新建的炼油管式炉的热损失并不大，一般仅占炉子总供热量的1.5～3%。但对于已经使用多年，炉墙已有损坏的炉子，及时修补炉墙对减少散热损失，提高热效率却是很有必要的。用表面热流计，我曾经测试过几台旧的加热炉，最高的表面散热损失为6%左右
措施五：强化对流段
增大对流段热负荷占加热炉总负荷的比重，可以降低辐射段的操作强度和排烟温度，因之缓和了加热炉热效率对过剩空气系数的敏感性，提高了加热炉热效率和扩大加热炉能力。增强加热炉对流段的能力，除了在工艺流程上采用冷进料等措施外，在设备方面常用的措施如下：
1）扩大对流段换热面积首先考虑利用对流段的预留或多余空间增加管排数目。用翅片管或钉头管代替原来的光管。
2）加强清灰.
措施六：使用辐射涂料强化辐射传热
使用碳化硅辐射涂料涂抹在炉壁上是石油加热炉的一项新的节能技术，起特点是简单、易行，不消耗动力。日本在这方面应用较多。
措施七：改进燃烧器
七、加热炉的吹灰控制
燃料在加热炉中燃烧时不但释放热量，与此同时将生成烟气和灰尘。灰尘中的细小灰粒随烟气逸出炉膛，其中一部分将以各种形式沉积在随后的对流受热面上。受热面上的积灰与结渣增加了受热面的传热热阻，因而使加热炉效率降低，增加烟气流动阻力，加热炉的排烟温度升高，甚至积灰影响到加热炉的出力与安全运行。
为此，油田用加热炉常用浙江温岭的WQD-Ⅱ型气动旋转式吹灰器进行吹灰。它是利用压缩空气对加热炉灰尘进行吹灰的自动脉冲喷气旋转式吹灰设备，与控制器配套使用。其原理为控制器按吹灰参数设定程序将压缩空气从吹灰管喷嘴中以一系列的持续高压空气脉冲喷出，持续时间约2秒。在每次喷气中，吹灰管借助于吹灰机中的棘轮机构进行转动，使炉内的灰尘全部吹掉。
吹灰时间、吹灰次数、启动方式均可调整，吹灰半径1.2m，气源压力0.5～1.0Mpa。
注意：在长时间停炉不使用吹灰机时，应该每周至少开动一次。
第二部分管式直接加热炉简介
一、管式直接加热炉的原理、性能特点、遵守的标准规范及应用
管式直接加热炉采用被加热介质直接受火加热的方式，被加热介质在炉管内流动，燃料在加热炉炉膛内燃烧，产生高温烟气。高温烟气在辐射室炉膛内通过辐射传热将热量传给辐射段炉管内的被加热介质和在对流室通过对流传热将烟气中的热量传递给对流段炉管内的被加热介质，将被加热介质加热到所要求的温度后，烟气通过烟囱排入大气中。被加热介质在炉管内长周期连续运行，不间断操作（特殊要求可实现间断操作），可实现仪表监测、人工控制或自动化仪表监控运行。
管式加热炉技术性能特点：
l结构合理紧凑，传热效率高，露天布置，全天候运行。使用操作简单，运行费用低。
l优选热工工艺方案，采用多项节能技术，热效率设定适当，热负荷小于4MW，热效率η≥85%，热负荷大于4MW，热效率η≥90%。
l结构布置与热工参数确定合理，传热均匀，确保管内介质物性不受损伤，炉管使用寿命长。
l具有成熟的抗低温露点腐蚀，延长加热炉尾部受热面的使用寿命。
l安全自控技术先进可靠。
管式直接加热炉在设计、制造、检验、安装、使用、修理及改造等必须遵循的主要法规和规范如下：
SY-4《石油工业用加热炉安全规程》
SY/T-4《管式加热炉规范》
SY/T-94《石油工业加热炉型式与基本参数》
SY/T-98《加热炉工程施工及验收规范》
GB-《石油裂化用无缝钢管》
GB-3《钢结构设计规范》
JB-5《压力容无损检测》
GB-1《锅炉大气污染物排放标准》
管式直接加热炉热功率范围KW～KW。广泛应用于长输管道原油加热、油田油气集输、轻烃回收、原油稳定、分子筛再生气加热、罐区及管网伴热、以及化工工艺气加热等生产过程，产品遍及石油、石化、化纤、轻工等行业。
二、管式直接加热炉结构形式及特点
1、概述
管式加热炉作为方箱炉、火筒炉的替代产品，已被广泛应用在原油长输管道上。其主要特点是高效、快装和自动化程度高。目前该类型加热炉按结构形式可分成两类。一类称之为卧立炉型，其明显特点是辐射室为卧式布置，有圆筒形和八角形两种；对流室为立式方形结构；若辐射室为圆筒形，则对流室独立坐落在基础上，与辐射室以烟道相连；若辐射室为八角形，为其配备的对流室则坐落在辐射室后部钢结构上。另一类称之为立式炉型，这类加热炉为立式结构。辐射室和对流室叠加布置，一般用于化工厂或炼油厂的装置中，用于加热工艺介质。
管式加热炉具有实现加热炉全自动运行功能的控制系统和安全附属设备。具备自动点火、火焰监测、炉膛吹扫、炉管吹灰、负荷自动调节、炉膛灭火、运行参数监控和与站控系统通讯等功能。主要由直接管式加热炉、氮气灭火系统、吹灰供气系统、燃烧系统和仪表控制系统组成。各部分均相对独立，单独成撬。
2、加热炉结构形式及特点
管式加热炉为轻型快装卧管式结构，由辐射室、对流室、烟囱、烟囱挡板操纵机构、对流室梯子平台、转油线、燃烧器等组成。
八角型管式直接加热炉总图如下：
1、燃烧器2、辐射室3、对流室4、梯子平台
5、烟囱6、烟囱挡板操作机构7、转油线
辐射室为八角形，辐射炉管沿轴向水平蛇形布置，并沿圆周均匀排列。形成燃烧场所，被称为炉膛，燃料在此燃烧，产生高温烟气，与辐射炉管内的原油进行以辐射为主的换热过程。辐射炉管由辐射室前后墙穿出，用无缝弯头连成一体。辐射室外的炉管和弯头位于辐射室前后弯头箱内，辐射室前、后墙弯头箱采用法兰式连接，便于检修和更换弯头和炉管。
辐射室结构简图
对流室结构简图
对流室为立式矩形结构，座落于辐射室后部，通过法兰连接与辐射室形成一体。对流炉管采用钉头管强化传热，烟气垂直冲刷错列的对流炉管，实现管内原油与烟气对流换热。由于采用钉头管作为对流炉管，强化了对流传热，因而减小了对流室结构尺寸。为便于检修对流室，对流室侧墙为活动式，可开启。弯头箱也采用法兰式连接，便于检修。对流室结构图如下：
烟囱座落在对流室上部，通过天园地方过渡短节与对流室出口相连。烟囱内设置了烟囱挡板及操纵机构，可通过调节烟囱挡板的开度来调节炉膛的内压力，控制燃烧气氛，操作方便可靠。
为便于对加热炉进行日常维护和检修，在辐射室后墙和天园地方上设有人孔，检修人员可进入炉内对炉管进行检查和维护。除此以外，对流炉管和辐射炉管上的弯头均位于炉外的弯头箱内，与高温烟气不接触，一方面避免烟气对弯头和焊缝的腐蚀；另一方面弯头位于炉外便于检修和更换炉管，为了避免弯头箱结露现象，在弯头箱法兰间采用浸石墨的石棉编织带密封垫片。在本加热炉设计中，还在对流室上部设置了操作平台。为加热炉操作和维护提供方便。
为了确保管式加热炉的安全运行、延长其使用寿命，在加热炉的设计与制造方面必须着重考虑加热炉炉体结构尺寸、炉管选型、保温形式等因素。
1）关于炉体结构尺寸。如果炉膛体积过小，则燃烧的空间不够，火焰容易舔烧炉管，炉膛温度也高，炉膛体积发热强度也高，不利于加热炉长周期安全运行。
2）关于炉管的选用。炉管材质应根据管壁温度、设计压力和工作介质合理选用，炉管采用20#无缝钢管，GB，炉管最小壁厚必须符合《管式加热炉规范》中的要求。
3）关于对流室中钉头管的制造，必须保证钉头底部有85%以上的面积与炉管金属熔合在一起，否者会影响钉头的使用寿命以及加热炉的热效率。
4）在保温结构设计中，加热炉一般采用复合型保温结构，在不同位置，根据需要采用适用的保温结构和保温材料。在全炉保温中基本上是采用轻质保温材料，为硅酸铝耐火纤维针刺平铺毯、硅酸铝耐火纤维针刺折叠毯或硅酸铝耐火纤维毡。而燃烧道则采用耐火浇筑料或耐火成型砖,钉对加热炉人孔或看火视镜过热问题，采用了含锆纤维异形件，其特点是质地坚硬，抗风蚀强；低蓄热，热损失小，抗热震性强；可直接接触火焰用于耐热面。
5）全炉除烟囱和梯子平台外均采用内保温，可有效阻止炉体散热，采用这种保温结构处理的加热炉，除炉体上各开口处外，其余部位表面温度在环境温度为25℃和无风条件下，炉体和热烟风道的外表面设计温度均不高于80℃，炉体上的人孔及看火孔等处采用异型模块，其几何尺寸准确、耐压强度高、使用寿命长、热损失少、具有优良的抗震性能等特点。而对于外保温的加热炉，由于炉体直接受高温烟气的冲刷，炉体表面本身的温度高，容易发生高温氧化，严重影响加热炉的使用寿命，因此，对于外保温结构的加热炉不推荐使用。
三、管式加热炉的运行与操作
操作管理人员要熟悉加热炉的结构特点及自动控制系统操作特性,掌握操作技能,执行操作规程,操作人员和维修人员必须经过技术培训方可上岗操作。
1、点火前的准备工作
l检查燃烧道是否光滑、平整,有无杂物等。
l检查压力表、温度计等一次表及执行器件是否清洁完好。
l检查炉体及相连管道的保温防护是否完好,人孔门、防爆门、看火视镜等是否完好并关闭。
l检查燃烧器是否处于完好状态,燃料供应是否满足燃烧器运行的要求。
l打开为灭火系统供气的氮气瓶角阀，调节减压器，使汇流排出口压力为0.3Mpa，为氮气灭火操作做好准备。
l检查各系统阀门有无泄漏,是否完好。
l检查设备上各排放口是否关闭。
l按燃烧器使用说明书的要求作好其点火前的准备，并启动燃烧器上的供风系统，进行大风吹扫炉膛。
注意：每次停炉再启炉时均应重复上述操作，以保证系统及人员的安全。
2、点火操作
l将烟囱挡板关闭一定角度（45°左右）；
l按仪表控制系统说明书和燃烧器说明书启动点火程序，实现加热炉点火。
l待燃烧稳定后，通过复合调节器调节燃料油油量和风量，同时调整烟囱挡板的开度，从而调整合适的油、风量和炉膛负压，直至燃烧正常。
3、负荷调节
l通过调节燃烧系统的复合调节器来调节燃烧所需的油量和风量。
l提升加热炉负荷时，应通过复合调节器开大风门和调节旋转油阀，使其处于增大流量的位置；降低负荷时，应通过复合调节器关小风门和调节旋转油阀，使其处于减小流量的位置（以上过程均为自动控制）。
l正常燃烧时，火焰稳定，形状为近似长纺锤形，火焰颜色为亮桔黄色，炉膛内明亮，烟囱不冒黑烟（加热炉刚开始烘炉时除外）。
4、停炉操作
4．1正常停炉
l停炉时应按先降温、后停炉的顺序进行。一般应提前4小时通知加热炉岗位工作人员。
l关闭燃料阀门，并停止送风。
l火焰熄灭后，应将烟囱挡板关闭，使炉膛缓慢降温。
l停炉过程中，炉管内介质应继续循环，待炉温降到60°C以下时再关闭进、出口阀门。
4.2紧急停炉
当遇到下列情况时，应采取紧急停炉措施：
l发现炉内炉管有烧穿、鼓包、变形等异常现象；
l介质流动突然中断；
l炉体突然受到严重破坏；
l燃料气中断；
l发生二次燃烧；
l进、出口压力表、温度计等仪表失灵，无法显示各参数。
紧急停炉按以下步骤进行：
l停止燃烧器运行，自动关闭气电磁阀；
l关闭加热炉燃料气入口总阀；
l打开加热炉紧急放空阀口；
l关闭炉管进口阀；
l关闭炉管出口阀并进行炉管扫线；
l关闭燃烧器进风阀；
l用蒸汽或氮气进行炉内灭火；
5、供气吹灰系统的使用
为了防止对流炉管积灰，影响加热炉运行热效率，需定期对对流炉管吹灰。吹灰周期为每4小时吹灰2~3次。吹灰器正常工作压力为0.9Mpa左右。正常工作时，吹灰管线上的球阀应打开。
空气压缩机通过压力开关的启停自动对空气储罐供气，使空气储罐内的压力维持在0.9Mpa左右。定期启动吹灰器时，将空气储罐内的空气吸入，经吹灰器上的吹灰管将空气排出，对对流炉管吹灰。
6、氮气灭火系统的使用
按照汇流排使用说明书，调节氮气瓶上的减压阀，设定出口压力为0.3Mpa；打开截止阀及氮气汇流排出口相连的Q41F-16C、DN50的球阀，使该系统进入待机状态；
若炉膛内意外着火，整个系统紧急停炉，燃油电磁阀被切断，风机停运。氮气灭火电磁阀由控制柜内相应的电器开关控制自动开启，系统内喷出氮气，覆盖火焰，阻断火焰与空气接触，实现炉膛灭火功能。
每次灭火后，置换氮气。
加热炉运行中应至少每个月通过观看压力表检查一次汇流排的出口压力表指示值，其值不能低于设定值。
每次使用氮气灭火后，应及时更换掉空氮气瓶或重新填充氮气，保证每个氮气瓶始终处于充满状态，以保证下次灭火时使用。
7、运行监控
管式加热炉配置了仪表检测系统，可以在就地和控制室内得到加热炉的主要运行参数，如原油进出口温度与压力、炉膛排烟温度、燃料油温度与压力、排烟温度等。操作人员应定期巡视，记录各参数，发现数据异常应及时查明原因，迅速处理，避免事故发生。
8、运行中注意事项
l按燃烧器使用说明书进行点火操作。当点不着时,应全面检查系统中的各个环节，仔细查找原因,不得盲目强行点火,待排除故障后再次点火。每次点火不成功，再次点火前，均应进行大风吹扫，将炉膛内的油气吹扫干净。
l炉膛温度的升高不宜过快，且应低负荷运行一段时间。第一次点炉时温升应控制在°C/h左右，以利于烘干炉膛。
l正常燃烧时,火焰中不应有明显的火星,火焰不应偏斜,烟囱不冒黑烟，严禁火焰舔烧炉管。
l定期检查空压机、油泵、电加热器是否工作正常。
l当汇流排减压器阀压力低于0×3MPa时，则需更换氮气瓶，或重新填充氮气。
l定期打开吹灰器对加热炉进行吹灰操作，以避免炉膛积灰。
四、管式加热炉故障处理
加热炉运行中的故障多发生在燃烧系统中,操作人员除了解本说明书外,还应在实际操作中具体问题具体分析，掌握规律,消除隐患,保证加热炉安全运行。遇有下列情况之一时应立即停炉：
(1)燃烧器损坏严重,不能正常燃烧；
(2)炉管损坏严重；
(3)炉体某连接部位密封失严,大量冷空气漏入炉内；
(4)压力表、温度计之一失灵。
常见故障处理方法如下表：
五、管式加热炉的维护与保养
加热炉使用单位应制定日常的管式加热炉维护保养规程，由操作人员对各设备进行常规维护。维护保养按《加热炉维护保养规程》（Q/GD-93），分为日常维护保养、季维护保养与年维护保养。各自的保养的内容分别如下：
1）日常维护保养的内容与要求：
l日常维护保养的内容应按十字作业（清洁、润滑、调整、坚固、防腐）的要求进行。
l加热炉炉墙、炉顶、梯子、平台及栏杆应清洁、卫生，做到无油污、无杂物。
l加热炉管线、阀门及附件应清洁，保温完好，颜色符合要求。
l检查加热炉各种孔门应齐全、完好并严密不漏。
l采用旋杯式燃油器的加热炉应按规定搞好燃油器的调整和润滑，做到皮带松紧适中，轴承润滑良好。风阀、油阀开关灵活。
l检查管线、阀门、法兰、喷油嘴等应无渗漏，发现渗漏及时处理。
l检查燃烧器运行工况，发现喷油嘴或喷嘴砖结焦应及时清理，调整运行工况。
l检查喷嘴砖、挡火墙损坏情况，及时修补。
l烟道挡板和其手摇卷扬机、灵活好用，烟道挡板开度指示正确。
l吹灰系统的各类阀门、吹灰器应灵活好用、严密、管线畅通。
l加热炉进出口阀门，紧急放空阀门应灵活、严密、管线畅通无阻。
l加热炉在冬季运行时应做做好防冻、防凝措施。
l检查和调整风管碟阀，使其灵活。
l搞好紧急放空系统的润滑、紧固。定期活动阀门，保证灵活好用，放空管线畅通无阻。
l日常维护保养应执行点检卡制度。
2）季维护保养的内容与要求：
l在日常维护保养中发现的问题，根据重要程度、使用条件等不能马上处理的，分别纳入季维护保养或检修计划，加以实施，确保加热炉安全，完好运行。
l拆洗喷油嘴总成，更换损坏件，调整安装角度。
l对损坏的喷嘴砖、铸铁安装板、孔门砖应及时修补或更换。
l对炉墙、炉顶及各孔门的漏风处进行修补。
l检查和修补防雨棚及炉顶防雨层，防止雨、雪、风对加热炉的危害。
l检查炉顶、炉体及钢烟囱等金属件的防腐，必要时应进行修补、除锈和防腐。
l进行全面堵漏，达到无漏油、漏风、漏水、漏电、漏气。
l对管线保温进行修补。
l加热炉仪表及电气设备的检查、保养按有关规定进行。
l紧急防空阀每季检查保养一次。
l防爆门每季度手动试验一次。
l停炉后的维修保养。
l停炉后全面检查加热炉各部位情况，发现问题及时处理。
l加热炉停用后，停炉在0h以上时（除检修时外），必须进行以防腐为目的的干法保养。
l加热炉停止使用后，将其炉膛和对流室内油焦、烟灰、铁锈清理干净。
3）年维护保养的内容与要求：
l年度保养：针对加热炉的状况，每年春季（三、四月份）进行年度保养，使加热炉的技术状况达到完好标准。
l紧急放空阀每年试开关一次。
l加热炉清灰每半年一次。
l对停炉且不走油的加热炉，应进行干法保养，方法是：
将干燥剂分盛在若干无盖木盒子内，分别放入炉膛和对流室底部。装入的数量和位置应记在加热炉保养记录内，以免投入运行时忘记取出。放好干燥剂封闭人孔，将烟气系统与外界严密隔绝，防止湿空气进入。干燥剂放入半个月后进行检查，如发现干燥剂失效，应更换新干燥剂，根据检查情况，可确定下一次更换干燥剂的时间。
常用的干燥剂有三种：无水氯化钙（CaCl2）,生石灰（CaO）和硅胶。硅胶应先在~℃干燥后使用，硅胶失效后，可在~℃干燥后重新使用。
干燥剂用量：无水氯化钙（CaCl2），粒度在10~15mm，用量1~2kg/m3块状生石灰（CaO），用量2~3kg/m3；硅胶，除去1mm以下的碎粒，用量2~3kg/m3。
干燥剂潮解失效的象征是：生石灰吸水潮解后由块状变成粉状；无水氯化钙潮解后由块状变成粉状，甚至糊状；硅胶有两种，一种潮解后由绿色变成粉红色，另一种由乳白色变成发亮透明的白色。
加热炉投用前，取出全部木盒和干燥剂，打开烟气系统，即可投用。
第三部分水套加热炉简介
一、水套加热炉的工艺原理、性能特点及遵守的标准规范
被加热介质(原油、天然气、水等)在壳体内的盘管（由钢管和管件组焊成的传热元件）中，由中间载热体—水加热，而中间载热体—水则由火筒直接加热的火筒式加热炉，简称为水套加热炉。
工艺加热原理：燃烧器在加热炉的火管中燃烧产生高温烟气，高温烟气通过火管以辐射方式、通过烟管以对流方式将燃料燃烧产生的热量传递给中间载热体---水，中间载热体---水再与加热盘管中的被加热介质（原油）进行换热，以满足被加热介质（原油）的加热要求。中间介质在密闭空间内工作，正常运行状态下无需补充，避免了筒体内氧化腐蚀的产生，同时，筒体、盘管受热均匀，大大减少了热应力的破坏。
性能特点：
l水套炉配套设备数量少，结构紧凑，占地少。
l水套炉钢材用量少，投资成本低。
l运行维护简单。
水套加热炉设计、制造、检验与验收、运行、维护等方面须遵循的主要规范、标准及法规如下：
SY/T-0《火筒式加热炉规范》
SY/T-97《油田专用水套加热炉制造、安装及验收规范》
SY/T-94《石油工业加热炉型式和基本参数》
SY/T-4《石油工业用加热炉安全规范》
二、水套加热炉结构形式描述
水套炉是由加热炉（壳程）和热交换管（管程）两部分构成，壳程承压较低，管程承压高，其基本结构是卧式内燃两回程的火筒烟管结构形式，火筒布置在壳体的下部空间，烟管布置在火筒的另一侧，火筒与烟管形成U形布置；加热盘管布置在壳体的上部空间；膨胀槽则安装在壳体的上部，烟囱布置在燃烧前墙的侧面。
水套加热炉常为卧式圆筒形结构，由火筒、烟管、前烟箱、后烟箱、筒体、膨胀水槽、防爆门、烟囱、燃烧器、仪表自控系统等组成。（图一为本水套加热炉结构示意图）
水套炉的结构设计便于检修、维护和更换，结构各部分在运行过程中都能自由膨胀。在火筒中设置热膨胀节，保证了火筒由于热胀冷缩而产生的轴向自由膨胀，烟管与火管以弯头相联接，中间设有可靠的固定装置，以保证火筒不产生非轴向位移。加热盘管采用蛇形管、花板支承，以保证盘管的挠度变形量满足要求。加热炉壳体封头采用椭圆形封头；支座采用两个鞍式支座，其中一个设置为滑动支座。为便于加热炉日常维护和检修，分别在筒体和膨胀罐上设有人孔，检修人员可进入炉内对加热盘管、火筒和烟管进行检查和维护，同时为了操作简便，在加热炉筒体上设在操作平台。
为了防止加热炉爆燃而出现安全事故，在加热炉容易爆炸的部位设有可靠的防爆门，并具有良好的密封性。当在点火或运行不正常时，炉内可能发生瞬时压力过高，此时防爆门将自行开启泄压，避免炉内高压对炉体的破坏。在膨胀罐上设有安全阀。
全炉除烟囱和梯子平台外均采用外保温，可有效阻止炉体散热，采用这种保温结构处理的水套炉表面温度均不高于50℃，而燃烧道则采用耐火浇筑料或耐火成型砖。
图一：水套加热炉结构示意图
1、燃烧器2、前烟箱3、筒体4、防爆门5、火筒6、后烟箱
7、烟管8、盘管9、膨胀水槽10、液位计11、梯子平台12、烟囱
三、水套加热炉运行注意事项
l按燃烧器使用说明书进行点火操作。当点不着时,应全面检查系统中的各个环节，仔细查找原因,不得盲目强行点火,待排除故障后再次点火。每次点火不成功，再次点火前，均应进行大风吹扫，将炉膛内的可燃气体置换。
l正常燃烧时,火焰中不应有明显的火星,火焰不应偏斜,烟囱不冒黑烟。
l运行中应每天观察燃烧器的燃烧状态,观察火焰的长度等。
l加热炉运行时应将膨胀槽上的放空口阀门关闭,以防止水溢流，并不定期地打开放空口阀门进行排气。
l不定期地打开加热炉筒体下部的排污口阀门进行排污。
l经常检查液位报警装置,以防水位过低或过高造成严重事故。
第四部分、U形管式换热器简介
一、U形管式换热器的结构特点、设计规范及型号表示
1、结构特点
U形管式换热器是管壳式换热器的一种，它的管束由U字形弯管组成。管子两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。与其他可抽出管束的换热器比较，它的密封连接最少，与结构简单，管束可以抽出清洗空间，而且管束抽出的重量最轻。由于只有一块管板，而且无浮头，所以造价比浮头式换热器便宜。
U形管式换热器适用于管壳壁温差较大或壳程介质易结垢，需要清洗，又不适宜采用浮头式或固定管板的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料，因为这样，高压空间小，可以减轻重量、节省耐蚀材料、减少热损失和节约保温材料。
U形管式换热器结构简图
2、设计规范
U形管式换热器在设计、制造、检验中遵循下列规范：
–GB-《管壳式换热器》
–GB-《钢制压力容器》（含一号、二号修改单）
–GB-《压力容器用钢板》
–GB-88《碳素结构钢和低合金结构钢热轧后钢板和钢带》
–JB-0《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》
–GB/T-《输送流体用无缝钢管》
–GB/T-2《流体输送用不锈钢无缝钢管》
–GB/T-9《标牌》
–HG-97《带颈对焊钢制管法兰（美洲体系）》
–JB/T-0《钢制压力容器焊接规程》
–质技监局发[]号《压力容器安全技术监察规程》
–JB-5《压力容器无损检测》
–JB-0《钢制压力容器焊接工艺评定》
–JB/T-92《U形管式换热器型式与基本参数》
–JB/T-《鞍式支座》
–JB/T-2《补强圈》
–JB/T-92《管壳式换热器用缠绕垫》
3、型号表示
按GB-规定，换热器型号的表示方法如下：
例如：封头管箱，公称直径mm，管程设计压力4.OMPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积75m2,不锈钢冷拔换热管外径19mm，管长6m，2管程，单壳程的U形管式换热器，其型号为：BIU-4.0/1.6-75-6/19-2
二、换热器的维护和检修
为了保证换热器长久正常运行，必须对设备进行维护与检修，以保证换热器连续运转，减少事故的发生。
1、日常维护
u严格执行操作规程，确保进、出口温度、压力及流量控制在操作指标内，防止急剧变化，并认真填写运行记录。
u随时检查壳体、封头(浮头)、管程、管板及进出口管道等连接处有无异响、腐蚀及泄漏。
u检查各连接件的紧固螺栓是否齐全、可靠，各部仪表及安全装置是否符合要求。发现缺陷及时消除。
u检查换热器及管道附件的绝热层，保持绝热层完好。
u勤擦拭、勤打扫、保持设备及环境的整洁，做到无污垢，无垃圾，无泄漏。
u严格执行交接班制度，未排除的故障应及时上报，故障末排除不得盲目开车。
2、换热器的检修
1）中修a.清理换热器的壳程、管程及封头(浮头、平盖、凸形等)积存的污垢；b.检查换热器内部构件有无变形、断裂、松动、防腐层有无变质、脱落、鼓泡以及时壁有无腐蚀；局部凹陷、沟槽等，并视情况修理。c.检查修理管束、管板及管程与壳程连接部位；d.检查更换进出管口填料、密封垫；e.检查更换部分连接螺栓、螺母；f.检查校验仪表及安全装置；g.检查修理静电接地装置；h.检查更换管件、阀门及附件；i.修补壳体、管道保温层。2）大修a.包括中修内容；b.修理或更新换热器管束与壳体；c.检查修理设备基础；d.整体防腐、保温。
3、换热器清理
由于介质的腐蚀、冲蚀、积垢，必须进行清理，方法如下：
l机械除垢法。利用各种铲、削、刷等工具清理，并用压缩空气高压水和蒸汽等配合清洗。当结垢比较严重，或全部堵死时，可用管式冲水钻(桶管机)清洗。
l冲洗法。利用高压水泵打出的。水通过压力调节阀，再经过高压软管通至手提式喷射枪，进行喷射清理污垢。若在水中混入细石英砂效果更好。
l化学除垢。首先应对结垢的物质进行化学分析，再决定采用什么溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗，碳酸盐水垢则用酸洗，对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、洗涤剂等，与水按一定比例配制清洗。采用化学清洗时必须考虑加入缓蚀剂。经过化学清洗后，加清水循环冲洗数次，直至水呈中性为止。除以上清洗方法外，还可采用海绵球自动清洗法。