煉化企業(yè)加熱爐吹灰除灰技術綜述

解紅軍曾慶峰劉富余

（1.北京中油建設項目勞動安全衛(wèi)生預評價有限公司；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

煉化企業(yè)加熱爐吹灰除灰技術綜述

解紅軍1曾慶峰2劉富余2

（1.北京中油建設項目勞動安全衛(wèi)生預評價有限公司；2.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

加熱爐是煉化企業(yè)主要的耗能設備。爐管積灰結垢是加熱爐運行過程中的常見現象，清除爐管積灰，可以改善加熱介質的換熱效果，提高加熱爐效率。文中從技術原理、技術特點、適用范圍、應用效果等方面，對目前煉化企業(yè)常用的幾種加熱爐爐管清灰技術進行了分析，并指出在實際應用中，應根據加熱爐爐型、積灰特點、技術的節(jié)能效果及經濟性進行選擇。

加熱爐 熱效率 清除積灰 吹灰器

加熱爐是煉化企業(yè)主要的加熱設備，其作用是將油料（或其他介質）加熱至工藝所需要的溫度。加熱爐幾乎參與了石油加工的各類工藝過程，其燃料消耗占煉化企業(yè)能耗總量的比重較大，是主要的耗能設備之一。因此，提高加熱爐熱效率，減少燃料消耗，對于降低煉化企業(yè)能耗，提高企業(yè)經濟效益具有重要意義。

由于燃料在燃燒過程中會產生煙氣、煙塵，并不斷被吸附，爐管積灰結垢是加熱爐運行過程中的常見現象，其結果是排煙溫度上升，熱效率下降、設備腐蝕或損壞。目前，煉化企業(yè)一般采用機械清灰和化學藥劑清灰方式對加熱爐爐管進行清灰。其中，在加熱爐正常運行情況下，對流段爐管一般通過蒸汽、聲波、激波等機械清灰方式，輻射爐管一般通過清灰劑清灰；在停工檢修期間，輻射室爐管主要采用機械清灰方式清灰，而對流室內的爐管一般情況下（燒燃料氣）僅進行蒸汽吹掃和表層爐管清掃，對于積灰嚴重的對流室，需采用化學清洗及干冰清洗等方式清灰。

1 蒸汽吹灰技術

蒸汽吹灰作為一種傳統的吹灰方式，是利用從吹灰器噴口高速噴出的具有一定壓力和干度的蒸汽，對積灰的受熱面進行吹掃，以達到清除積灰的目的。該技術優(yōu)點是蒸汽來源比較充分，對受熱面的積灰清除和降低排煙溫度都有一定效果，特別是對結渣性強、灰熔點低的積灰和粘灰較為有效，一般適用于低硫燃料的加熱爐。

該技術長期以來在煉化企業(yè)加熱爐上得到了廣泛的應用，但隨著吹灰技術的發(fā)展以及我國加工原油品質的下降和加工深度的提高，加熱爐投燒的渣油灰分增加，爐管結垢情況愈加嚴重，蒸汽吹灰技術存在的問題逐漸暴露出來。具體表現在：運行頻次高，造成煙氣濕度大，易形成粘性積灰；尾部預熱器處因溫度低，露點腐蝕加重，灰干后易結焦堵塞煙道；吹灰能耗高，吹灰有效作用范圍受限，運行成本高；吹灰器伸縮部分易發(fā)生彎曲變形，造成卡桿，維護工作量較大。近年來，蒸汽吹灰技術正逐漸被其他吹灰技術所替代[1]。

2 聲波吹灰技術

聲波吹灰技術是通過將聲波吹灰器產生的聲波置入積灰區(qū)域，利用聲波的能量作用使空氣分子與粉塵粒子反復振蕩，阻止粉塵粒子之間的結合以及在爐管表面的沉積，并在煙氣流的沖刷和粉塵之間的碰撞作用下，保持懸浮流動狀態(tài)，從而脫離爐管表面，達到除灰的目的。

聲波吹灰器主要由發(fā)生器、喇叭、自動控制器等組成。發(fā)生器多數裝在密閉本體空間內，噪聲強度在一定程度得到了降低；源動力通常為空氣。聲波吹灰器作用大小與所使用的聲波頻率（頻率在人體聽覺頻率范圍內，對人體無明顯危害）及強度有關，作用半徑與聲波波長成正比。另外，由于聲波的反射、透射和繞射的作用，無論聲源安裝于什么位置以及方向如何，聲波均能對角落、邊緣、縫隙處灰塵顆粒產生作用，有效防止灰塵沉積。

由聲波吹灰技術的原理可以看出該技術對積灰的有效清除范圍廣，吹灰不留死角，結構簡單，啟停操作方便，運行可靠，維修工作量少，故障率低，運行費用少，但能量偏小，對于粘結性積灰、堅硬灰垢等無法清除。該技術比較適用于對燃料性質較好、特別是燃料氣加熱爐形成的積灰的清除。

目前，聲波吹灰技術已經廣泛應用于煉化企業(yè)加熱爐，取得了較好的效果。例如中國石化天津石化2008年在連續(xù)重整裝置加熱爐應用聲波吹灰等系列節(jié)能技術后，加熱爐排煙溫度降低了42℃，熱效率得到了明顯提高[2]；中國石油遼陽石化2009年在聚酯裝置加熱爐投用聲波吹灰技術后，加熱爐排煙溫度下降約10℃，進爐空氣溫度上升約5℃。

3 激波吹灰技術

激波是一種傳播速度大于聲波的劇烈的壓縮波，其強度與速度有關。經過激波的急劇的壓縮作用，空氣壓力和溫度都會有較大幅度的提高。一道4倍聲速的激波所造成的空氣參數脈動峰值比140 d B聲波引起的峰值要高10000倍。足夠強的激波會引起積灰從爐管壁脫離。

激波吹灰技術（亦稱脈沖吹灰技術）是20世紀80年代末由前蘇聯引進至我國的一種在線吹灰技術。它是通過制造可控制的燃料爆轟，產生一道強度可控的超音速沖擊波（激波），利用激波對加熱爐內積灰面的沖擊作用，實現破損、剝離積灰的目的[3]。

激波吹灰技術原理為：可燃氣體（通常是乙炔、天然氣或瓦斯氣等）在特殊結構混配點火裝置中與空氣混合，被高能點火器點燃，產生爆燃，使火焰鋒面后的燃燒氣體瞬時形成壓縮波，經火焰導管迅速傳至激波發(fā)生器，點燃其中的混合可燃氣體，爆燃氣體受罐體內特殊結構的調制瞬間產生沖擊波。當沖擊波作用于積灰表面時，其動能和聲能將對積灰粒子產生沖擊和加速擾動作用，使之與受熱面爐管表面分離，從而脫落。通過對兩種氣體的濃度配比和能量積蓄的控制，生成不同形式和不同強度的沖擊波，可完成不同類型積灰的清除。

激波吹灰技術目前在國內煉化裝置加熱爐得到了一定程度的應用，在一定程度上改善了加熱爐運行狀況，降低了加熱爐排煙溫度，提高了熱效率，節(jié)省燃料消耗、提高了經濟效益（一般投資回收期不到1年），但在實際應用中發(fā)現，對個別加熱爐襯里造成了一定程度的損壞。

總之，激波吹灰技術作為蒸汽吹灰等傳統吹灰技術的替代技術，它具有一些無法比擬的優(yōu)點：吹灰效果好、維護工作量小等等。隨著激波吹灰技術的日益成熟，將具有越來越廣闊的應用前景。

4 清灰劑

清灰劑按其性質分為兩大類，即氧化型清灰劑和還原型清灰劑，煉化加熱爐常用還原型清灰劑進行清灰。還原型清灰劑是以銨鹽和硝酸鹽為主要成分、以添加劑為輔助成分、按照一定比例配置的化學藥劑。

將化學藥劑噴入正在燃燒的爐膛內，銨鹽分解為堿性氧化物、氧氣等成分，堿性氧化物與煙氣中的酸性氣體反應,生成質脆、無粘性的無機鹽,進而阻止酸性氣被吸附到爐管受熱面上腐蝕設備；氧氣可以促進燃料完全燃燒，減少CO、SOx及固體碳的生成。熔融的硝酸鹽一方面可與管壁上的硬質灰垢形成低共熔點混合物，另一方面與硫、碳發(fā)生反應，產生微爆作用，形成沖擊波，使灰垢脫落。

清灰劑可以實現輻射室爐管積灰的在線清除，提高加熱爐運行效率，但容易在對流室及后續(xù)設備上造成松散的灰垢沉積，同時操作不當易對加熱爐襯里造成損壞。在實際操作時，要根據灰垢成分選擇相應的清灰劑，并根據清灰效果對用量進行調整，盡量減少清灰劑在爐壁上微爆，以降低清灰成本。

目前，清灰劑已經在煉化行業(yè)常減壓、二甲苯等裝置的加熱爐上應用，對于延長煉化加熱爐運行周期、提高熱效率、降低能耗發(fā)揮了積極作用。例如，中國石化洛陽石化芳烴聯合裝置二甲苯加熱爐上應用了CH-2型清灰劑后，在裝置負荷穩(wěn)定不變的情況下，加熱爐爐膛溫度降低了80℃，排煙溫度降低了13℃，較好的實現了加熱爐在不停工條件下的在線清灰，并使加熱爐運行周期延長半年，月節(jié)約燃料約216t，節(jié)能降耗效果顯著[4]；中國石油撫順石化烷基苯裝置加熱爐應用了新型的清灰劑和激波吹灰技術后，加熱爐爐膛溫度大大降低，解決了爐膛溫度過高的技術瓶頸，實現了加熱爐的安全平穩(wěn)運行，提高了熱效率，降低了燃料單耗，減少了硫化物、氮氧化物等污染物的排放，對于一臺熱負荷為418×104k J/h的工藝爐而已，每年可降低燃料消耗費用500萬元，經濟效益顯著[5]。

5 化學清洗技術

化學清洗是對加熱爐停工期間對流段爐管表面污垢進行清除的方式之一。該技術是利用以活性劑、螯合劑、油分散劑、預膜鈍化劑等為主要成分的清洗劑的潤濕、滲透、乳化、分散性能，通過預清洗、清洗、沖洗等工藝，使污垢分散于清洗液中，達到清除的目的。

化學清洗技術除垢率高，無死角，清洗工期短（一般只需2d時間），對輻射段、對流段爐墻爐襯無損傷，清洗費用相對較低，清洗劑對環(huán)境無污染，但對鐵銹腐蝕物清除效果不好，同時由于污垢一般呈酸性，且含有少量硫化物，清洗液應排放至污水處理廠。綜合考慮除垢效果、成本及施工周期，該項技術比較適用于大型加熱爐爐管表面污垢的清除。

目前該技術已在中國石化、中國石油等10余家煉化企業(yè)100多臺加熱爐上進行了應用，除垢效果較為理想，提高了加熱爐效率，延長了爐管的使用壽命。例如，中國石油烏魯木齊石化常減壓裝置加熱爐應用化學清洗技術后，煙道氣出口溫度降低30℃，加熱爐熱效率提高了2%以上，節(jié)能降耗效果顯著[6]；某石化企業(yè)乙烯裂解爐應用化學清洗技術后，排煙溫度降低了11℃，對流段煙氣阻力明顯降低，風機轉速減少了30 r/min，節(jié)約燃料氣268.37k g/h，每年可降低燃料消耗費用257.6萬元，節(jié)能效果和經濟效益顯著[7]。

6 干冰清洗技術

干冰清洗技術是利用在壓縮空氣驅動下噴射至爐管外表面的極低溫（-78.5℃）干冰顆粒（直徑3mm左右）與污垢的熱量交換作用，使污垢冷凍至脆化、爆裂狀態(tài)，當干冰顆粒進入污垢縫隙后，隨即升華，體積膨脹至800倍左右，由于干冰和污垢兩種具有不同膨脹系數的物質的膨脹量不同，兩者迅速分離，同時加上干冰顆粒的磨削、沖擊及壓縮空氣的吹掃、剪切作用，實現清除污垢的目的。

該技術為非破壞性除污（干冰顆粒硬度低,對金屬表面磨損?。?，除垢效果好，對加熱爐襯里不產生損壞；結構簡單，安裝方便，清洗介質無毒，對人體無危害，可避免員工處于危險工作環(huán)境中；清洗后無介質殘留，不產生二次廢料污染。該技術適用于清洗有機物類污垢，不適合清洗金屬表面氧化物類污垢，同時費用較高。

目前，該技術在哈爾濱石化、福建煉化、金陵石化等裝置上應用，取得了較好的效果，除垢率達到85%～95%[8-9]。

7 結論

從以上分析可以看出，目前常用的加熱爐在線清灰技術主要有蒸汽吹灰、聲波吹灰、激波吹灰和清灰劑，常用的停工除灰方式除機械除灰和水洗外，主要有化學清洗和干冰清洗。各類技術由于技術原理、特點不同，適用范圍有所區(qū)別，在實際應用中，應結合加熱爐爐型、積灰特點及技術的節(jié)能效果、經濟性進行選擇。

1）蒸汽吹灰技術適用于低硫燃料加熱爐對流段爐管的清灰。

2）激波吹灰適用于燒燃料油、燃料氣加熱爐的對流段爐管的清灰。

3）聲波吹灰適用于燒燃料氣加熱爐的對流段爐管的清灰。

4）清灰劑適用于燒燃料油加熱爐輻射室爐管。

5）化學清洗適用于停工期間燒燃料油、燃料氣加熱爐輻射段及對流段爐管的清灰。

6）干冰清洗適用于停工期間燒燃料油、燃料氣加熱爐輻射段及對流段爐管的清灰。

[1]解光奎.加熱爐管積灰分析及煙灰處理劑的在線應用[J].石油化工設備技術,2012,33(4):23-25．

[2]錢廣華.聲波吹灰技術在重整加熱爐對流段的應用分析[J].石油石化節(jié)能與減排,2011,1(7):25-27．

[3]黃文斌.燃氣激波吹灰技術在煉油裝置的應用[J].通用機械,2007(Z):97-100．

[4]白云川.芳烴加熱爐在線清灰技術的工業(yè)應用[J].石油化工安全環(huán)保技術,2009,25(2):9-11．

[5]郭永成.清灰先進技術在工藝加熱爐上的應用[J].化工進展,2009,28(Z):404-406.

[6]譚敏,田永生.采用先進爐管清洗工藝,提高加熱爐熱效率[J].石油化工腐蝕與防護,2008,25(4):23-24．

[7]姜建平,左理勝,路遠明.加熱爐對流段爐管外表面污垢清除技術[J].清洗世界,2011,27(1):1-4．

[8]鄭華東,林欲曉.管式加熱爐爐管的干冰清洗[J].石油化工設備技術,2004,25(4):49-54．

[9]葛傳碾.干冰清洗在石化常減壓加熱爐爐管清灰技術的應用[J].清洗世界,2005,21(5):12-15．

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.002

解紅軍，高級工程師，1991年畢業(yè)于南京大學（應用化學專業(yè)），E-mail：xiehongjun@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀區(qū)志新西路，100083。

2012-09-20）