中石化洛阳设计院加热炉配管设计

1、 编 制张 生 校 对 谢林章 审 校 李苏秦1、适用范围1.1 本设计规定适用于管式加热炉的管道设计。1.2 管道设计的总原则按“ 管道布置设计总则” 执行。2、加热炉的种类2.1 加热炉的炉型(见图 2-1加热炉的炉型大体分下面三种型式。(1 直立圆筒型(2 箱式水平管型(3 箱式立管型三种炉型的详细资料及特征见附录一。图 2-12.2 燃烧器(喷嘴的型式及位置(1 燃烧器(喷嘴大体分下面三种型式,并详细情况见附录二。a 燃气喷嘴b 燃油喷嘴 第 2 页 共 35页 4sc007-1999 c 油、气混烧喷嘴(2 燃烧器一般设置在炉底及侧壁(底烧喷嘴或侧烧喷嘴。喷嘴数量及安装位置取决于加热

2、炉的热负荷及炉 体构造。(图 2-2、 2-3。图 2-240sc007-1999 第 3页 35页图 2-33、加热炉的布置加热炉是必须用火加热可燃性流体的设备, 常有发生火灾的危险, 应遵守有关法规 (消防法规及高压瓦斯监督 法规等,充分考虑其安全性、操作性、维修检查及预防噪声措施后再做管道设计。有关加热炉的布置的研究项 目(见“ 平面布置设计规定” 如下:(1 加热炉为明火,与处理可燃性流体的设备之间应有充足的安全距离;(2 加热炉与设备(连接加热炉出口配管的设备的相互布局,应在研究配管的热应力及振动措施之后确 定;(3 加热炉在装置中起重要作用,一旦发生事故,大多直接关系着装置的运行,

3、最好布置在能时刻监视其 运转的位置;(4 确保加热炉管检修作业的空地;(5 加热炉布置在装置的边缘,对确保与其他设备的安全距离是有效的。同时,对建设施工作业、检修作 业及消防活动亦大有裨益(见图 3-1(6 采用联合烟囱时,应与加热炉设计人员协商,研究加热炉及烟道的布置。(7加热炉宜布置在主导风向的上风向,避免吸进轻质烃;(8 加热炉与其相邻的建筑物、工艺设备应满足防火防爆的要求。 图 3 加热炉布置在装置边缘4、加炉炉体构架设计与配管的关系加热炉构架设计由工业炉专业担任。 但是, 从管道设计观点出发,亦应加以研究,作为管道设计的要求事项尽 快与加热炉设计人员联系。应指出,提供给工业炉专业的资

4、料按“ 加热炉设计资料规定” 执行。研究顺序如下: (1 工业炉尖首先提供给配管专业以下基础资料:a. 炉体总体筒图(含出入口嘴子; b. 平台布置草图; c. 火嘴(燃烧器图。(2根据以上资料,初步确定管道布置:第 4 页 共 35页 4sc007-1999 (a 重新研究平台的大小、位置及高度,必要时增加平台或协调炉嘴子方位变更等事宜。; (b 重新评估梯子形式、位置,或追加;(c 管道贯空平台的位置及形状应重新研究;大口径开洞应与工业炉专业协商并提出委托; (d 对于支架的设计,应安装在对构架受力较为理想的位置;4.1 立式圆筒型加热炉的构架举例( 图 4-1, 4-2图 4-140sc

5、007-1999 第 5页 35页 图 4-24.2 箱式加热炉的构架举例(图 4-3,图 4-4 图 4 3 第 6页 共 35页 4sc007-1999图 4-45 加热炉的管道设计加热炉有以下各种管道(1 工艺配管(a 加热炉入口配管(b 加热炉出口转油线(2 燃料配管 供油管 回 油管 燃 料气管 长 明灯燃料气管 雾 化蒸汽管(b 灭火蒸汽管(3清焦配管(4吹灰器配管(5消音器配管5.1 工艺管道加热炉的工艺管道属高温管, 管径亦较粗, 应在研究热应力措施的基础上做管道布置。 特别是加热炉出口转油 线,工艺不同,流体是气液混相,除满足应力要求外,还要求有防振措施。但是,管材多用高温特

6、殊材料,价高 且焊接条件和检查亦严格,施工成本高。所以,管道布置时管路应尽可能短。5.1.1 40sc007-1999 第 7页 35页图 5-15.1.2 加热炉入口及出口转油线(1 对称配管加热炉出入口管道只有一路时,不存在偏流,如果是多路时, 加热炉的出入口管道及炉管内会发生偏流, 受热 不均,使工艺上出问题,同时炉管还易结焦,配管应对称布置,以便各出入口管道的流量均匀分配。(见图 5-2 图 5-2对称配管指单根配管分支出多时, 为使各个分支管的流量相同, 将配管形状做成完全一样、 对称的形状。 见 “ 管 道布置设计总则” 的 4.5款。(2 调节阀组配管第 8页 共 35页 4sc

7、007-1999正如在(1中所述,当多路工艺配管连接加热炉时,应做成使其流量均匀分配的布置。设置调节阀时,签于 下列理由配管不需要对称布置。但是,应在考虑与其他燃料配管调节阀和这些调节阀的运转和操作后再做布置, 以便各配管的压力损失差较小(见图 5-3, 5-4,即:这些配管最好布置成近似对称的形状。(a 合适的流量靠调节阀控制;(b 即使各分支管形状差异会引起压力损失的不同,但配管的压力损失比加热炉的压力损失小得多,可忽 略不计; 加热炉型及配管形状不能对称布置时或有其它一些问题,需请工艺系统专业参加会议并讨论解决。 40sc007-1999 第 9页 35页图 5-4(3 与加热炉连接的管

8、道布置管嘴位置高时及管嘴处在加热炉最低处位置时, 管路中都有立管部分, 配管时尽量沿加热炉炉壁敷设, 以便安 装配管的承重支架和防振支架。此时,应注意以下各项:(a 决定管道走向不得与加热炉炉管交叉,不得碰撞炉体构架和支撑件;(b 防爆门前不得布置管道。一是爆炸的冲击波能把门全部打开,二是不致于破坏管道;(c 看火孔前不允许布置管道;(d 箱型水平管式加热炉,当加热炉前面布置燃烧器时,应注意不得碰撞喷嘴接管,同时在用于装卸喷嘴的 空间里不得布置工艺配管。(e 连接清焦管的管嘴周围, 应确保连接螺栓拆装及设置清焦管的空间。 关于清焦管道请见 5.3项 “ 清焦管” 。 5.1.3 考虑热应力的管

9、道布置(1 考虑热应力的管道布置加热炉出入口转油线,温度高,热胀量大,特别是加热炉出口转油线,经加热炉加热后温度更高。管道布置时应特别注意,不允许高温产生的热应力破坏管道,以及引起法兰垫片处泄漏。而且,管道布置应使管系的热胀不超过加热炉管允许的力、力矩及位移量。管道布置的注意事项如下: (a 管系应具有一定的柔性,以便管系作用于加热炉管嘴的反力、力矩及位移量在允许值范围内。见(后述 的(2“ 加热炉一配管连接处的反力、力矩及位移量” ;(b 管系做柔性布置时,要注意配管形状保持对称;(c 加热炉出口转油线的流体为气液混相流体。此时,流体出现气液不均匀的两相流动,碰到拐角引发振动。 为了吸收热应

10、力,这类管道必须有柔性。但是,对于防止振动,这种柔性又是不利因素。(2 加热炉接管处的反力、力矩及位移量(a 反力、力矩加热炉的设计是以加热炉接管处的各个方向反力各向 (X 、 Y 、 Z 不大于 Dx100kgD-加热炉炉管公称直径 (英 寸 ,同时不承受力矩为依据进行设计的。如此考虑的管系就有柔性。 当特殊原因使连接点的反力、 力矩超出上述值, 或者数根加热炉管以集合管箱形式 连接时,把资料提供给工业炉专业或把计算有关受力情况提供给工业炉专业。(b 加热炉接管处的位移 轴 向位移炉出口与管道连接点的允许轴向位移量,加热炉设计图纸上有标注,应按标注值考虑设计。此位移量应按最小值设计,但由于炉

11、体构造及支架方式不同,也有位移量大的情况。如果此位移量会影响配管设计,就应同加热炉设计人员磋商。 横向位移a. 横向位移量由加热管的贯穿孔决定,但是贯穿孔间隙不得大了,大了加热炉效率降低,原则上间隙取零。但 是,热应力计算时,对于图 5-5所示的三个方向,要求提供允许位移值。b. 对于需利用炉管吸收热位移的转油管道(如减压转油线;应事先与加热炉设计人员互通情况;待配管专业 进行完管道的应力分析后,再提出委托资料给工业炉专业。其中包括:各方向位移量;炉内吊架点受力和炉管导 向筒的位移深度值等。 第 10 页 共 35页 4sc007-1999图 5-5(3 配管的防振措施出口转油线多为气液混相液

12、,流速高,易振动,作为振动预防措施,应取图 5-6所示的配管形状。 图 5-65.2 公用工程管道加热炉的公用工程配管有燃料管、灭火、蒸汽管及吹灰蒸汽管等。5.2.1 燃料配管布置燃料管应很好理解加热炉的型式及燃烧方式(喷嘴形式,做设计时应考虑到阀门和燃烧器的操作方便。(1 燃料配管流程加热炉燃料配管流程如图 5-7。 40sc007-1999 第 11页 35页 图注: 燃料气体线 长 明灯燃料气体线 燃 料油伴热线(重油等高粘性流体带蒸汽伴热 燃 料油返回线(预防积油措施 雾 化蒸汽线(使燃料油成雾状,提高燃烧效率图 5-7(2 分配总管的布置为使到加热炉各燃烧器的燃料供应均匀分配,加热炉

13、周围或加热炉底下要设燃料分配总管。分配总管的安装位置,取决于喷嘴的位置,喷嘴位置和分配总管的关系,如表 5-1。 (注 0可设总管X 不允许设总管(a 炉壁 /炉底喷嘴分配总管设在平台上部时,通常多采用此种形式,见图 5-8a ,该分配总管的安装位置有 以下优点: 总 管及喷嘴配管的支架易装在炉体构架上; 管道布置时,燃烧器配管上的阀门可靠近看火孔布置,可根据炉内燃烧状态调节阀门; 加 热炉周围地面上无燃烧配管,方便操作和通行; 总 管位置高,没有凝液袋,可稳定供给喷嘴燃料及蒸汽;(b 炉壁(端壁喷嘴分配总管在平台下方时(见图 5-8b ,多采纳(1项的安装位置,只限于有以下理 由场合时采用

14、: 平台上部还有一个平台,平台间隔窄,设置总管及用于喷嘴配管的空间不足时; 喷 嘴的安装位置上下布置,连接上部喷嘴的配管的阀门位置高,操作困难时; 分配总管档梯子通行时、架空管或管箱等有妨碍时; 第 12页 共 35页 4sc007-1999图 5-8a图 5 8b(C 炉 底喷嘴的分配总管布置在地上时,(见图 5-8原则上有下述理由者不采用此种布置。 分 配总管易妨碍加炉四周的通行及对喷嘴的操作,则分配总管大多加鞍式过桥时; 喷嘴配管上的阀门在地上,不能从看火孔了解燃烧情况调节阀门时; 总管部分处于最低点,需采取排凝措施(特别是燃料气,应有冷凝液的处理措施时; 喷 嘴配管不便安装支架时;图

15、5-8C(3 调节阀如工艺流程所示, 喷嘴燃料供应线上设置有许多调节阀和操作阀, 对这些阀门的布置, 必须考虑加热炉的检查 维修、操作通道以及紧急处置等情况后再定。当几台加热炉集中布置在一起时,由于会误操作阀门,应对各个加 热炉做统一的调节阀布置并应用明确的标。(a 设置地点从操作运行考虑, 调节阀应尽量靠近加热炉布置, 但加热炉周围需要有用于检查和维修的空间, 又要求避开这 些地点设置。一般如图 5-9所示,多设置在紧靠加热炉的管架(管道侧的正下方或周围。 A: 可在管桥下面或周围设燃料线阀组B: A 处不能设调节阀时的设置空间。 40sc007-1999 第 13页 35页 图 5-9(b

16、 布置方法调节阀的排列, 应考虑阀门的操作及通行空间, 可采纳下面两种方法。 布置时应考虑与工艺线上调节阀的相对 位置(优先布置工艺线上的调节阀。 与 管架平行,布置成单列或双列(见图 5-10. 原则上在 a 管线上设燃料调节阀组;. 在 a 线上设燃料调节阀后不能确保与工艺管道间的通道时,应在 b 线上布置;. 在 A 、 B 任意一个区都可以集中布置燃料调节阀组; 工艺调节阀组布置在管架侧时 工艺调节阀组布置在加热炉前面图 5-10 垂 直于管架(和管架成直角布置(见图 5-11 第 14 页 共 35页 4sc007-1999 工艺调节阀组设置在管架侧 工艺调节阀组设置在加热炉前面图

17、5-11. A 侧不能布置燃料线上的调节阀组时可移向 B 侧布置;. 调节阀组布置时,应尽量与下列流程有关系的管道一并布置; 燃料油供应一雾化蒸汽线; 燃料气体一长明灯燃料气线; 燃料油调节阀组和雾化蒸汽调节阀组相邻布置。此种布置,如图 5-12所示,考虑了蒸汽线和燃料油线压差指示器(PDIC 变送器的设置及导压管。图 5-10注: 根据下述理由,仪表引出管的安装高度高于 PDIC 变送器的位置;蒸汽侧导压管内存蒸汽冷凝液,形成液封,高温蒸汽不直接作用于变送器;燃料油侧引出口比变送器位置能排出导压管内的空气; 由于蒸汽和燃料油的压差小,仪表引出口嘴子的位置应能使导压管的压力损失最小; 喷嘴配管

18、(a 喷嘴的管道流程燃气喷嘴、燃油喷嘴及油气混烧喷嘴的管道流程如图 5-13所示。燃气喷嘴 燃油喷嘴 油气混烧喷嘴40sc007-1999 第 15页 35页 图 5-13注: 1、亦有不设长明灯燃气喷嘴的情况,应予注意;2、要否柔性管,见(b 注;(b 从分配总管接出的分支管(见图 5-14图 5-16燃料分配总管上分出的到喷嘴的支管,因分配总管的位置而各异,原则上是:当分配总管水平布置时, 支管由 水平管上部引出;当分配总管垂直布置时,由侧面引出。 分 配总管布置在平台上方,见(图 5-14 图 5-14 分 配总管布置在平台的下方(图 5-15第 16 页 共 35页 4sc007-19

19、99图 5-15 分 配总管布置在地面(图 5-16 注 通常,柔性管设在燃料油、雾化蒸汽及常明灯燃气线上,由于燃料气管多有泄漏危险,大多不安装柔性管。但 是,也有用户要求在燃料油,雾化蒸汽及长明灯燃气线上装柔性管的,应予注意。图 5-16(C 喷嘴的详细配管(见图 5-17, 18 喷 嘴配管不得横跨看火孔等,也不得影响看火门开闭; 燃 烧器及风箱前板应容易拆卸(使用柔性管或法兰、活节等; 阀 门靠近看火孔布置,以便于观察喷嘴的燃烧状况,调节阀门; 长 明灯喷嘴用的阀门(喷嘴前第一个阀门应靠近喷嘴安装,有利于喷嘴点火; 图5-1740sc007-1999 第 17页 35页 燃料油(重质油线

20、因检修等原因而长时间停用,燃料油受气温影响而变粘,所以管道应避免形成存油段。 特别是喷嘴配管,因装有切断阀门,会发生喷嘴堵塞,影响运转。因此,燃料线(重质油应伴热,并采取排凝 措施; 喷 嘴上安装有火焰监测器时,应考虑其设置及检修空间; 燃 烧器中装有点火器,喷嘴配管布置时,应不妨碍电阻器手轮的操作及看火孔的观察。 使用柔性管时 不使用柔性管时注:(1 有设密闭凝液总管排凝液的情况(见 5.2.1项 (5(6;(2 应考虑点火器的插入空间、看火孔的观察和空气调节器手轮的操作;图 5-18(5 排凝管重油燃料线的排凝,排入喷嘴附近的敞开地漏有危险,一般采取下面方法;(a 排凝末端装有胶管,以便引

21、至能安全排凝的地方。这是最常用的方法,优点是阀后为螺纹短节和管帽, 无须设专门的排凝管;(b 加热炉周围设全封闭的排凝总管,引至远离加热炉的排水井(见图 5-19, 5-20,排凝总管与排水井之 间设埋地配管。 第 18页 共 35页 4sc007-1999注:(1 排凝总管的设置地点(地上或架空取决于燃料油线的排凝位置。总管取 1/500坡度,以便凝液 全部排出,而且,总管末端设蒸汽吹扫接头;(2 排水井的位置,它与加热炉应有充足的安全距离。安全距离执行现行防火规范。图 5-19 箱型注:排凝总管的设置及排水井位置,见前项(a 箱型图 5-20 立式圆筒型(6 热胀措施燃料配管温度低(重油

22、70-80,尺寸小,不用膨胀圈或膨胀仅节,靠管系自身的柔性即可吸收热胀。下面 是对管系柔性探讨的骤:(a 取下列配管为探讨柔性的对象。 雾 化蒸汽线 经 蒸汽伴热的燃料气及燃料油线,仅考虑长距离的分配总管; 用 蒸汽吹扫的管道(b 把管系分成下列三部分,用简易方法研究其柔性。 公 用总管(管架上配管分支点至调节阀固定点; 调 节阀至分配总管约束点; 分 配总管分支点至喷嘴配管的约束点,应从分支点位移量大者选一根进行研究;(c 应校核配管热位移对其周围的影响(相邻配管,必要时设导向架或止推卡等支架。(d 当炉型为箱型,且主管直线长度长时,应考虑对喷嘴配管的影响(柔性,再探讨设置如图 5-21所示

23、 的止推卡。应把止推卡在支架处产生的水平荷载(含摩擦力通知工业炉专业。 止推支架位置的研究顺序:假定加 热炉长度为向中心点 A 为设置止推 卡的位置,检查此点调节阀向(L 的柔性;若“ L ” 间的柔性没问题, 求位于分配总管末端的喷嘴配管分 支点 E 的移动量( N ;检查喷 嘴40sc007-1999 第 19页 35页配管有柔性是否能充分吸收该位 移量;如果按上述 -顺序审查 没问题,就定 A 点为止推位置;如果 有问题,再依次改变 A B C 为止推架位置。重复上述过程,至到满意为止。图 5-215.2.2 灭火蒸汽灭火蒸汽用于加热炉发生火灾时把蒸汽送入炉膛内(逐出炉膛内的空气,隔断大

24、气灭火,以及炉子点火前炉 内的蒸汽吹扫(燃料气泄漏,外部可燃性气体进入炉膛时,它是加热炉安全运行不可缺少的配管之一。 (1 阀门的设置(见图 5-22图 5-22灭火蒸汽线的操作阀,应按防火规范所要求的安全距离设置, 但是一般以加热炉发生火灾时,能安全操作,距 加热炉至少 10m. 设置在靠近仪表室的方向,在操作人员能尽快接近阀门的地面上。当多台加热炉集中布置时, 各灭火蒸汽的阀门可以以多条总管的形式布置在同一场所且应有明确标识, 使其能 够同时操作。(2 管道走向加热炉上的灭火蒸汽管道走向,应尽量靠近燃料线管道布置。(3 分支位置(见图 5-23灭火蒸汽在发生事故时使用, 所以它必须从蒸汽总

25、管上分支, 以便在任何运转状态下都能够供给蒸汽。 从总管 上引出处不设根阀,否则,应设带铅封开的阀门。 第 20页 共 35页 4sc007-1999图 5-23(4 预防水锤措施灭火蒸汽线会因冷凝水而发生水锤。当蒸汽进入常温管内后,产生大量的冷凝水,冷凝水以高流速冲击弯管、 分支点及总管末端等管壁而发生振动。为防止振动需采取如下措施。(a 布置管道时,一般不在使管系系产生液袋。如若形成液袋时,应在液袋部分(下游侧立管前的管底 设6mm 的排液的泪孔(见图 5-24加热炉的液袋部分 灭火蒸汽操作阀注:(1灭火蒸汽使用后,蒸汽冷凝液会倒流,阀门的下游一侧应设泪孔;(2排液管端部面向地面,以便操作

26、 人员操作阀门或通行时不致受到蒸汽及凝液的危害。图 5-24(b 管道弯头处设止推架,防止管道振动或因冲击而产生的振动。但应考虑管子热胀引起的位移。(5人身保护隔热(防烫保温灭火蒸汽线从主蒸汽总管到阀门应保温,但在下游侧,无特别指明的不须保温,因此,在阀门以下人可能接触 的部位,应防烫保温以免烫伤。5.2.3 吹器配管烧重油的加热炉,其对流段,特别是装有钉头管的对流段,应安装吹灰器以保持较高的热效率。吹灰器是一种靠喷射介质(蒸汽或空气吹掉传热面附着的灰尘、炭黑及熔渣等污垢的设备,其形式有伸缩式 和固定旋转式,有从全自动到手动等各种不同的操作方式。(1 配管流程需要数台吹灰器时,为了实施高效蒸汽

27、吹扫,多采用自动控制系统的吹灰器。 40sc007-1999 第 21页 35页图 5 25常见的配管流程(2 吹灰器的种类(a 固定旋转式吹灰器(图 5-26通常固定在与加热管成直角的对流段两壁间, 喷射管装有大量喷嘴转动使用, 停止使用时用空气等吹扫。 原因 是不吹扫,燃烧气进入吹灰器头部,与冷凝水接触会发生硫酸腐蚀。 图 5-26 固定旋转式吹灰器(b 伸缩式吹灰器(图 5-27平常喷射管在炉体外,只是用时插入炉内, 喷射管的头部装有两个喷嘴,吹灰时喷射管可前进后退,同时又旋 转,把喷射介质射向对流管。与(a 固定旋转式相比,喷嘴数少,喷射量大,吹灰效果好。有效吹灰半径,钉 头管组 1.

28、5m 左右,布管层数为 4-5层。 图 5-27 伸缩式吹灰器(3 吹灰器及单体控制柜的设置(a 吹灰器吹灰器的设置由工业炉专业决定,一般布置在煤灰附着最多的对流管区,如图 5-28, 5-29所示位置。第 22页 共 35页 4sc007-1999 图 5-28 箱式炉 图 5 29(b 吹灰器单体控制柜40sc007-1999 第 23页 35页 吹灰器单体控制柜是将吹灰器启动、 停运及自动控制用的必备电气开关。 与仪表安装在同一控制板上, 并设置 在容易接近操作处。下面列出有关设置的注意事项以及一般的布置示例,如图 5-30。注意事项: 吹灰器控制柜应设置在吹灰器一侧, 尽量靠近加热炉柱

29、子, 应不不妨碍操作及维修通道。 但是考虑检查维 修控制柜内电气和仪表用的作业空间。 设 置在吹灰器的平台的直梯附近。 如 果吹灰器平台的规格制造厂并没有指明,按最小 1m ×1m 决定其位置。 立式圆筒炉 箱型 图 5-30(4 管道布置吹灰器是间歇操作, 启用时, 管内产生大量的蒸汽冷凝液。 一旦进入吹灰器, 会因腐蚀作用而损坏吹灰器喷嘴、 加热炉管外表面或炉壁耐火材料等。因此,必须采取能确实排液、且凝液又不进入吹灰器的措施。管道布置时,应使管系保持充分的柔性,以便吹 灰器及安装吹灰器的炉壁不受过大的力。(a 考虑到平台上操作及冷凝液不流入吹灰器内,蒸汽总管最好布置在如图 5-3

30、1, 5-32所示的低于吹灰器的 操作平台下。总管应设符合制造厂规定的坡度。如果没有规定,应设 1/50左右的坡度使凝液全部排出。 第 24 页 共 35页 4sc007-1999 图 5-32 立式圆筒型(b 蒸汽主阀如管道流程所示, 通常运转过程中,蒸汽主阀是远离控制柜遥控操作的。阀门应处于关闭状态时,阀门前后不 存凝液,且尽可能靠近吹灰器的附近设置。一般情况下,阀门在该管系的最高位置,即多布置在操作台上面(见图 5-33注:(1吹灰器和阀门间不能确保 750mm 以上的操作通道时,可考虑延长平台;(2阀门位置应靠近蒸汽供给总管(管架设置,且对平台上的操作及升直梯口等无妨碍的位置; 图 5

31、-33(c 冷凝阀门冷凝液阀门如图 5-34所示,设在排凝线垂直段。这样布置是为尽快而干净地排出蒸汽总管内的凝液。 另外,到冷凝液阀门前的配管与总管尺寸相同。40sc007-1999 第 25页 35页图 5-34(d 热胀措施吹灰器与回转机(吹灰管在炉内反复旋转动作应同时考虑。因此,在做管道走向及合理的支架布置时,必须 使由于配管的热胀而作用在吹灰器连接嘴子上的反力和力矩尽量小。吸收热胀的方法:(1 各吹灰器接管的布置应有柔性,便于吸收蒸汽总管热胀而产生的位移。在距吹灰器嘴子最近的垂直配 管上设固定支架(见图 5-35。 图 5-35(2 当加热炉为箱型、 分配总管长、 且用吹灰器接管吸收不

32、了总管的热胀时, 分支总管的管道中设 U 型弯, 且有坡度,不集聚凝液(见图 5-36 图 5-365.3 清焦管第 26页 共 35页 4sc007-1999常减压装置的加热炉,管内流体汽化,而且炉出口温度超过 315,如在热裂化、减粘裂化及焦化装置的热裂 解炉,碳氢化合物裂解都会使管内表面结焦影响传热,使炉管产生过热,因此就必需清除炉管内面壁的结焦。 过去有机械除焦方法,但近年来多采用操作简单、且处理时间短的蒸汽空气清焦方法。此法是给管内通入适量蒸汽和空气,烧去附着在管内壁上的焦炭的方法。我们称除焦作业所需设备的配管为除焦管。5.3.1 原则流程图(图 5-37 注:热裂化、减粘裂化及焦化

33、等装置的加热炉,结焦严重,为了有效的剥落和燃烧 见 5.3.3项(A 、(B , 蒸汽及空气应反向流动。5.3.2 清焦罐的设置清焦罐因清焦作业次数非常少(年平均使用 1次,所以不用把它作为布置在重点,而应注意高温的配管的 热胀吸收措施。以下列出注意事项及设置事例(图 5-38、图 5-39。(1 根据下列理由,清焦罐原则上靠近加热炉布置。(a 远离加热炉布置,清焦管延长了,热补偿困难;(b 清焦管的支架可利用炉构架安装,易布置且经济;(c 清焦罐的排气线接入烟囱,排气管道应尽量短;(2 清焦罐布置在管架或转油线支架等的附近,最好设置在平台柱附近,以方便通行和阀门操作。(3 清焦罐原则上布置在

34、地上,焦炭颗及蒸汽凝液易于流入清焦罐。清焦作业结束后,方便排出碳渣。40sc007-1999 第 27页 35页 图 5-38 箱型炉的清焦罐布置 图 5-39 圆筒炉的清焦罐布置5.3.3 管道布置清焦管的布置必须有充足的柔性,以便吸收高温管道的热胀。(1 清焦罐入口线上接蒸汽、空气及清洗水(装置类型及处理的油种不同有不设的等线。这些配管基本上与一般管道一样。但是,应在理解以下各点的基础上进行最佳管道布置。(a 蒸汽线加热炉炉管外侧被加热,同时注入蒸汽送入管风,使炉管与焦炭保持温差,利用它们的热胀之差,使附着在管 壁的焦炭碎裂、剥落,最后蒸汽吹扫。称此为“ 剥落” 。另外也可用于控制燃烧,降

35、低炉管内温度。 凝 液的处理为使蒸汽冷凝不进入炉管内部,入口线布置应不出现液袋;避免不了液袋时, 应采取能完全排液的措施。 否则会出现冷凝液进入高温管内瞬间汽化、 引起异常升压和压力 波动,而使管线出现振动等问题。 流 量调节用阀门阀门原则上设在地上,尽量靠近加热炉布置。与空气线的流量调节阀门设在一起。便于两阀门的操作和调节。 孔 板液量计孔板流量计最好靠近流量调节阀门设置,调节流量时,可看着流量表调节阀门。孔板流量计、 流量调节阀以及 仪表的现场指示最好相互靠近布置。一般如图 5-40所示,采取布置在垂直蒸汽线上的方法。第 28页 共 35页 4sc007-1999 (b 空气线用“ 剥落”

36、 方式清不掉的焦炭,再给炉管内通入空气 蒸汽 +空气(10% ,将炉管加热烧去剩余焦炭,这就 是燃烧(烧焦。空气线的管道走向,类同于蒸汽线的布置。(C 清洗水线一般加热炉,若管内流体混有海水,焦炭上会形成盐层,随着清焦作业的进行,盐分会同焦炭同时清除,不能 清除时才用水洗。有时需要燃烧操作、剥落操作及水洗操作交替进行。由此可见,清洗水线的阀门操作和蒸汽、空气线的阀门操作关系密切,宜将这些阀门设置在同一区域。 (2 清焦出口线清焦出口线,注水口(急冷水注入前后会形成明显温差(从 650降到 350,所以应注意热胀,又因管 内燃烧气体(CO 2含有焦炭粒子,以及流动着蒸汽等流体,应尽量不要出现液袋

37、。(a 切换阀的位置由于清焦作业是逆流操作(见 5.3.1项管道流程,就需要切换阀。切换阀的位置大体有“ 地上设置” 和“ 平 台上设置” 两种方式。 地 上设置(图 5-41, 5-42多数清焦作业均集中在地上, 特别是这些阀门, 又靠近供给线上的阀门设置, 所以采用此种方法对易切换作业 等操作面有利。设置场所,原则上以 5.3-(3项“ 调节阀的设置方法” 为准。 40sc007-1999 第 29页 35页图 5-41 (地面上设置 图 5-42 (地上设置 平 台上设置此种方法与设置地上相比,阀门的操作面条件差,但如图 5-43所示,它有配管形状简单且易布置的优点。因 此, 此种方法适

38、合管径大的管线或加热炉周围地面缺乏充足空间等场合。 设置场所多设在靠近加热炉喷嘴的加热 炉本体平台上或操作台上(转油线的支架等。设置在加热炉的平台上时,应把阀门重量、位置及支承方式通知工业炉专业。 第 30页 共 35页 4sc007-1999图 5-43 (平台上设置 (b 急冷水线急冷水被注入到加热炉出口的高温燃烧气(焦炭的燃烧气和干蒸汽中,降低温度保护配管及清焦罐。同时, 减少蒸汽的体积。 连 接地点急冷水的注入应尽可能接在距加热炉出口嘴子处,尽可能缩短高温管道长度,以利于热补偿。注水的,水会立即蒸发、变成蒸汽,并在管内流动,应研究注水线的接口位置及方法,以便无凝结水积存。 注 水方法由

39、于出口线的管内流速是高速(有时达 300m/s,若注水方法不当,注水点的管壁会被冲蚀。作为预防冲蚀的措施,一般采取注水喷射嘴插入管内的形式,见图 5-44, 5-45,使水在管内均匀扩散。 注水喷射必须做成能够拔出的结构。 图 5-44 在直管上注水 注:(1 C D+10mm;40sc007-1999 第 31页 35页(2 向弯管处注水时,由于喷射嘴长(“ L ” 尺寸,应根据喷射管径,喷嘴部分用厚壁管,或者安装减 振支架等措施;图 5-45 在弯管上注水(C 采样线加热炉出口线上的采样,是采集燃烧气样进行分析。采样嘴采到的高温气体,应用采样冷却器冷却。 采 样线的接出方法(i 为了取样时

40、不带进燃烧焦炭,应从出口线的垂直立管接出或水平管的上部接出;(ii 接出点,应考虑出口线的热胀位移。 采 样冷却器的设置场所(i 采样冷却器布置在面向通道的地上,还要靠近其他阀门的操作面等;(ii 采样冷却器的设置地点,不得使采样线过长。(3 排气线排气线用于清焦作业产生的燃烧气体排入大气。排气线里,除有燃烧气体外,还混有蒸汽夹带的碳粒子粉尘(在清焦罐清除过半的碳粒子等。虽然排气经急 冷水冷却过,但温度还相当高(350左右,直接排入大气、仍有危险,粉尘对环境有影响等。一般情况下, 多接到加热炉的烟囱和燃烧气烟道。(a 管道走向管道路线应尽量短,如上所述,排气线属高温管道。因此,应把重点放在减少

41、管子热胀和反力方面。 管 系布置应不出现没有液袋。防止清焦后蒸汽冷凝液腐蚀管子; 管 系应有柔性,以便不因配管热应力或自重而对加热炉嘴施加过大的力。与此同时,布置时还应考虑在靠 近嘴子处设固定支架等应力措施; 为 了便于设置配管支架,应沿加热炉构架或邻接的平台柱子、梁等布置;(4 工艺管线和清焦线的连接方法与工艺线的连接位置及连接方法,在 P&ID图上应指明,现就一般采纳的连接位置、连接方法及其特点等做以 下叙述。(a 连接位置 连 接位置应尽量靠近加热炉管。一般情况下,和工艺线相比,清焦作业时的操作温度高,而且清焦气体含的碳粒磨损性大、流速高。在此条件 下应少用工艺线。 连 接位置应

42、取便于和工艺线进行连接操作的位置。加热炉出口线切换成清焦线时,按下面 (b项所示的法兰连接操作。(b 连接方法 回 转弯头方式该方法如图 5-46所示,在加热炉入口或出口管的弯管部分安装用于拆开回转弯头和配管的法兰,在清焦开始 之前,法兰处拆开转动回转弯头,使其能够把工艺配管同清焦管连接起来。这种连接方式,可以使工艺管系统和清焦管系统处于完全分离的状态。操作面的安全度高,故多采用。第 32页 共 35页 4sc007-1999 图 5-46注 : 回转弯头和法兰应符合工艺管的管线等级; 回 转弯头的连接法兰,应与工艺线的法兰等级一致,但材质可取清焦配管的等级; 取 同一平面尺寸; 在 不与加热

43、炉管侧连接的状态下,管自重会使管子变形过大,应考虑设支架。但不应妨碍管子热胀引起 的管位移; 8字盲板方式此法如图 5-47所示,是在工艺线和清焦线分别插入 8字盲板,切换操作 8字盲板实现两管线的切换运转。 该法优点是切换操作简单、作业时间短。 法 兰应与工艺配管的法兰等级一致。但是,其材质应为清焦管的等级; 8字盲板按工艺管的管线等级执行。但是,盲板圈和盲板分别制作时,盲板 圈的材质可取清焦 管的管线等级;图 5-475.3.4 热应力措施清焦线管道应设计成能吸收管道高温热胀的具有充分柔性的管道形状。 清焦线一般每年使用一次 (乙烯裂解炉 每 2-3个月使用一次,所以不必像其他高温管道设计

44、那样作为永久性管道设置,可把它设计成临时性管道(一 旦坏了,可更换或修理,重视其经济性。(1 吸收热胀的措施清焦线吸收热胀的措施,不采用柔性接头(被纹管或套筒补偿器而采用 U 型补偿器或管子本身的柔性吸收 热胀量。使用柔性接头,不仅成本高,而且在结构上,燃烧气体中的碳粒子会进入其内部引起故障。(2 热应力解析40sc007-1999 第 33页 35页清焦管根据标准“ 工艺管道应力分析” 技术规定解析其热应力。但是,对计算结果的判断应考虑如下事项。 (a 应力评价管系的应力按短期应力对待,按下面所示的许用值评价。 由 于胀热产生的二次应力应在许用应力范围内。 管 自重及内压产生的一次应力用“

45、工艺管道应力分析技术规定” 的许用应力进行评价。(b 加热炉与配管接点的反力及力矩(即加热炉嘴子处清焦操作时,加热炉和配管接点的反力及力矩,按短期荷载看待,用下面所示的许用值判断。反力 =150kg×D力矩 =0注 D:加热炉出口炉管的公称直径(英寸6、支架设计管架原则上按下列有关标准进行规划设计和选定。 配管支架的安装位置及支承方法, 在前述的配管设计各项已 有说明,本项阐述加热炉配管支架设置的有关问题。6.1 有关标准(1 管道布置设计技术规定(2 组合式支架通用图 40T0146.2 一般事项(1 加热炉炉体构架及平台上安装支架时,会因荷载的种类、轻重及安装位置的不同而影响加热炉体,存 在着经济设计问题,所以应与工业炉专业协商。(2 加热炉出口线既有热胀又有振动,转油线的支架应研究下列问题后再决定其位置及结构。(a 为了联振,应有足够的刚性,考虑到炉体构架的强度,应取独立于加热炉的结构。(b 作为防振用支架,有缓冲器、摩擦防振器和弹簧式防振器等,应考虑它们的安装位置、安装方向的