管式加热炉火灾危险性分析及其预防对策

管式加热炉火灾危险性分析及其预防对策

引言〔1〕

加热炉就是利用明火火焰或热烟道气加热物料的设备，它能将物料加热到很高的温度〔最高达1000℃〕，是原油加工、石油产品加工的主要设备，在炼油，石化生产中得到广泛应用。然而，在处理可燃物料时，由于是明火直接加热，因此这种加热过程危险性很大，是炼油，石化企业生产过程中防火防爆的重点防护设备。

加热炉所使用的燃料有瓦斯、天然气，液化石油气、燃料油等。加热炉主要有管式加热炉、转筒式加热炉二种类型。在炼油、石化企业中主要应用管式加热炉来处理物料。本文对管式加热炉的火灾危险性分析及其预防对策作以下探讨。

管式加热炉〔2〕

管式加热炉有多种炉型，常用的有立管箱式，卧管立式，圆筒炉和无焰燃烧炉、压缩式燃烧炉等。加热炉主要由炉体、辐射室、对流室、加热炉管、喷嘴〔火嘴〕、通风系统〔烟卤和空气送入部分〕等组成。炉体四周用耐火砖砌成，炉内主要有辐射室和对流室两部分。燃料经喷嘴雾化后在辐射室中燃烧。辐射室边壁上或顶部装有炉管，依靠火焰与炽烈火墙的辐射来加热流经炉管内的物料。对流室也装有炉管，用来自辐射室的高温烟气加热管内物料。一个比较先进的加热炉还配备烟气的余热回收系统，空气和燃料比的控制调节系统。

火灾危险性分析〔3〕

用明火火焰和烟道气处理易燃易爆物料时，温度控制不当，极易造成超温及局部过热现象。超温易导致物料分解和设备增压爆炸等危险；局部过热，轻者可使炉管内壁结焦，严重者可造成炉管局部烧穿，导致物料泄漏起火。

燃气、燃油的管式加热炉，操作，控制不当极可能发生炉膛内爆炸。发生爆炸一般有以下状况：

一是发生在加热炉点火开工阶段，燃料管道的燃料或炉管内的可燃物料漏进炉膛，尤其是气体燃料〔瓦斯、天然气使用比较多〕，可能与空气形成爆炸性混合物达到爆炸极限浓度；点火时违反操作规程〔主要是未按规定用蒸汽吹扫炉膛，可燃气体没吹扫干净〕，气体燃料集聚形成爆炸性混合物。

二是燃烧器的火焰突然熄灭未及时发现，而燃料持续供应时与空气形成爆炸性混合物达到爆炸极限浓度发生爆炸。造成熄火的原因：

〔1〕燃料油带水；

〔2〕燃料油温度低、油量少、雾化蒸气量大；

〔3〕燃料油压力波动大；

〔4〕气体燃料管线中存水或气体燃料本身带水；

〔5〕风门开度不当；

〔6〕临时中断进料；

〔7〕引风机或鼓风机故障。熄火后，进入炉膛的燃料蒸发，其蒸气和空气可形成爆炸性混合物而发生爆炸。

三是气体燃料带油，燃油喷嘴严重漏油、温度太高燃料油气化也可能形成爆炸性混合物。

当空气量不够，不能保证燃料完全燃烧，加热炉的烟道内可能发生爆炸。因为燃料不完全燃烧的产物含有的可燃气，与空气混合达到一定浓度能发生燃烧爆炸。

管式加热炉炉管损坏，管内物料漏入炉膛发生火灾。炉管破裂的原因有：

〔1〕管壁烧穿，管材腐蚀和磨损严重未及时修理；

〔2〕高温氧化；

〔3〕局部过热；

〔4〕原料中断；

〔5〕炉壁压力高于规定压力；

〔6〕炉管质量差；

〔7〕操作不当，超温超压等。

管壁常由于热交换面局部温度过高、材料的机械强度降低、金属出现屈服和不可恢复的变形、管壁变薄，导致管壁破裂或烧穿。炉管过热常常发生在有各种积垢〔焦炭、盐类等〕或集聚其他热差的外来杂质的管段。

炉管外表面受到空气中氧的作用和燃烧产物中硫化物的作用而腐蚀，且腐蚀速度随空气供给系数和管表面温度的升高而升高；炉管内表面受到高温物料及其杂质的腐蚀，还会受到流动物料的机械磨蚀。

管内结焦和盐的积垢，使系统流体阻力增加，导致物料压力增高。管式加热炉的回弯头由于它的特别性极易发生泄漏。回弯头发生泄漏的状况有：

〔1〕回弯头壳体有塞子脱落；

〔2〕炉管和回弯头连接处焊接质量不过关，没焊透或有裂缝；

〔3〕回弯头由于腐蚀、超温超压等导致破裂。

燃料管线由于法兰垫片损坏，阀门出现故障和管道破裂，泄漏出来的液体，气体或蒸气会被炉膛燃烧的火焰引燃而着火。

加热炉的明火、加热炉高温表面、高温炉膛、高温物料输送管线都可成为引火源。管式加热炉炉管冷却速度较慢，从10000℃冷却至250℃需3～6h，因此，即使燃烧器熄火之后，加炉仍可能成为着火源。加热炉烟囱的火星、移出的灰烬，如果处置不当，可能引燃邻近区域的可燃物。火灾危险性预防对策〔4〕

按照《石油化工企业制定防火规范》〔GB50160-92〕规定，加热炉宜集中布置在装置的边缘，并且位于可燃气体、液体烃、甲B类易燃液体设备的全年最小频率风向的下风侧。加热炉和相邻设备〔装置〕之间要留有不小于规范要求的防火间距。在明火加热炉与露天布置的液化烃设备之间，设置非燃烧材料的实体墙时，其防火间距不得小于15m。实体墙的高度不宜小于3m距加热炉不宜大于5m，并应能防止可燃气体窜入炉体。当液化烃设备的厂房或甲类气体压缩机房朝向明火加热炉一面为封闭墙时，加热炉与厂房的防火间距不得小于15m。

司炉岗位要严格按照加热炉安全技术规程操作，尤其是严格控制操作温度、压力、流量等工艺参数，严禁超温、超压、超负荷运行。压力、温度与流理要尽量采纳自动调节系统，安装高，低限自动报警系统，现场一次仪表与远程控制仪表相结合，要保证仪器、仪表灵敏好用。开、停工、检修时要制定安全施工方案，并且严格按照安全方案中的步骤执行。

加热炉要制定完善的事故应急预案，如：火灾、泄漏、停电等事故的紧急处理，岗位人员要人人熟知，并且定期进行模拟事故演练。

巡回检查是企业工艺操作中的一项重要内容，对加热炉也不例外，检查内容主要有：

〔1〕检查炉进料量、炉出口温度、炉膛温度、过热蒸汽温度及压力、燃料油温度及压力、瓦斯压力的变化状况；

〔2〕炉管是否弯曲、变形、结焦；

〔3〕火焰是否达到完全燃烧，烟囱冒烟状况；火焰是否偏斜，有无回火缩火现象；

〔4〕炉内花墙、耐火层及炉顶有无裂痕、脱落、倒塌现象；

〔5〕通风系统是否正常；

〔6〕燃料气是否带水，喷嘴是否结焦、漏油，炉膛长明灯是否完好等。

〔7〕燃油加热炉要查看燃油泵运转是否正常，燃油罐的温度及液位是否正常。

加热炉的制定要合理，选材制造要严格，安装加热炉严格按照《管式炉安装工程施工及验收规范》〔SH3506-2000〕、《石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件》〔SH3085-1997〕、《石油化工管式炉燃烧器工程技术条件》〔SH/T3113-2000〕、《石油化工管式炉急弯弯管技术标准》〔SH/T3065-1994〕、《压力容器无损检测》〔JB4730-94〕进行施工。

使用中要定期检测加热炉壁厚和耐压强度，并在加热炉和管道上加装压力表、温度计和放空阀，依据压力凹凸选择安装安全阀，保证加热炉安全附件完好，管式加炉的回弯头塞子应按孔洞磨合好，炉管有过热、变形、鼓胀等管段时要及时改换。对炉管进行水压试验，发现有缺陷和故障及时修理，做好防腐蚀工作，及时巡检、维护，防止燃料管线泄漏。

管式加热炉是明火高温加热，因此，加热炉的外部高温部件应用隔热材料保护，尤其是炉出口管线。应常常清除外部高温部位的污油，防止因高温表面引起火灾。灰烬应倾倒在指定的安全地点，倾倒时应确认熄灭后再离开。为了防止相邻工艺装置发生事故时产生可燃气体或蒸气窜入加热炉，或加热炉发生事故物料蒸汽窜入相邻工艺装置，应分别在炉外、相邻工艺装置相对加热炉的一面设置水蒸气幕，防止事故进一步扩展。

6.避免结焦、结垢和及时清除

采用多火焰、齐火苗燃烧，防止火焰过长飘，避免火焰直接接触炉管，造成炉管局部过热引起结焦、结垢。管式加热炉操作中，要保证炉管内物料的合理流速〔2～3m/s〕；燃烧器要合理布置，选型要合适，避免过大、过小，以保证整个炉管均衡受热。在燃料消耗不变的状况下，出现温度过高现象，说明辐射管热交换状况由于结焦而恶化，应马上采用清管措施，炼油厂广泛采纳的是蒸汽空气烧焦方法〔蒸汽坚持一定比例，通入空气自燃烧焦〕进行清焦，此方法方便有用。

对燃油、燃气的加热炉，在炉子点火前，应检查供油、供气阀门的开关状况，用蒸汽吹扫炉膛〔至少吹扫5min〕，排除其中可能积存的爆炸性混合气体，以免点火时发生爆炸。炉膛内的长明灯要坚持不灭，先进的加热炉应设置自动安全点火控制装置。强化巡检，燃烧器的火焰突然熄灭能及时发现。燃料气严禁含水，燃料气应设置分液罐，切除凝析油和水，定期清洗喷嘴，保证燃料供应，防止燃料供应中断熄火。

燃料燃烧时，要坚持最正确的空气供给系数，注意砖砌墙的完整和严密性，不同意空气被吸进烟道。

温度、压力、液位等报警和安全泄漏装置要齐全；加热炉燃料气调节阀前的管道压力小于0.4Mpa且