二甲苯塔重沸爐2種爐型比較

安琳莎

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

PX(即對二甲苯)是反映一個國家化工水平的標(biāo)志性產(chǎn)品，伴隨著中國PX項目的迅速發(fā)展以及生產(chǎn)能力的提高，PX裝置逐漸向大型化的方向邁進，因此，其加熱爐的大型化成為必然之勢。目前國內(nèi)PX裝置的規(guī)模從20萬t/a逐步向200萬t/a發(fā)展，二甲苯塔重沸爐熱負荷也隨之大幅度提高，單爐熱負荷已突破100 MW，更有在建單臺爐熱負荷已突破200 MW；同時爐型也打破常規(guī)，一種新爐型在項目中得到應(yīng)用。下面就2種不同爐型的二甲苯塔重沸爐做一些簡單介紹和分析比較。

1 2種爐型的結(jié)構(gòu)及特點

1.1 雙輻射室-單對流室型圓筒爐

1) 爐型結(jié)構(gòu)

雙輻射室-單對流室型圓筒爐(見圖1)為雙輻射室立管圓筒形輻射-對流加熱爐，其中2個結(jié)構(gòu)相同的輻射室共用1個對流室。工藝介質(zhì)分多路由對流段上部進入加熱爐，經(jīng)對流段對流換熱后經(jīng)轉(zhuǎn)油線分兩側(cè)進入2個圓筒形輻射室，從輻射室頂離開加熱爐。輻射爐管沿圓筒內(nèi)壁垂直靠墻均勻布置在輻射室內(nèi)；對流段為長方體水平布置在2個輻射室的正上方，對流爐管水平布置在其中；燃燒器采用垂直向上燃燒的方式均勻布置在輻射室底部。高溫?zé)煔庠谳椛涫覀鳠岷蠼?jīng)由輻射室頂部對稱進入對流室繼續(xù)換熱，然后從對流室分2個出口進入主煙道。

2) 爐型特點

加熱爐輻射室為圓筒型，是傳統(tǒng)的煉油加熱爐爐型，也是管式加熱爐中應(yīng)用最廣泛的爐型，其制造及施工工藝技術(shù)成熟，工程造價相對較低。該爐型的輻射爐管由高合金鋼管架支撐吊裝在圓筒爐上部側(cè)墻上。對于立管立燒式加熱爐，輻射管直管段最大長度約18 m，圓筒爐最大的高徑比(h/d)為2.75，其中高度h為輻射段凈高(耐火層內(nèi)表面)，直徑d為爐管節(jié)圓直徑【1】。由于高徑比的限制，該爐型僅適用于熱負荷<100 MW的加熱爐。圓筒爐經(jīng)放大以后，爐膛內(nèi)顯得太空，爐膛體積發(fā)熱強度將急劇下降，結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟上都開始不利【2】。

圖1 雙輻射室-單對流室型圓筒爐

1.2 新型立管方箱爐

1) 爐型結(jié)構(gòu)

新型立管方箱爐(見圖2)為輻射-對流型箱式爐，其中輻射室由爐管分為多個輻射單元，每個輻射單元中設(shè)置燃燒器。輻射室頂部設(shè)置1個對流室，工藝介質(zhì)分若干管程從對流段進入加熱爐，經(jīng)對流段換熱后再經(jīng)外轉(zhuǎn)油線分兩側(cè)進入輻射室繼續(xù)加熱至工藝所需溫度，從輻射室側(cè)墻上部離開加熱爐。其中，靠墻布置的爐管為單排管單面輻射，中間部分的爐管為雙排管雙面輻射。

圖2 新型立管方箱爐

2) 爐型特點

新型立管方箱爐的優(yōu)點是爐管支撐簡單，不需要大量的高合金鋼管架，僅靠墻布置的輻射爐管需高合金鋼管架支撐吊裝在爐墻側(cè)壁上，其余輻射爐管吊裝在爐頂鋼結(jié)構(gòu)上，不需要承受由自重引起的彎曲應(yīng)力，因此，支吊架質(zhì)量輕，管系的熱膨脹易于處理【2】；管程多且根據(jù)實際布置靈活，爐管的傳熱及管內(nèi)阻力壓降特性一致，各輻射單元的爐管排布相同，每組氣體燃燒器上方布置一個煙氣出口，高溫?zé)煔庥纱诉M入到對流室。這種結(jié)構(gòu)爐管布置均勻?qū)ΨQ，操作靈活，可有效避免各輻射單元之間的爐膛火焰相互干擾。

2 2爐型各部分的分析對比

下面以某設(shè)計熱負荷>80 MW的雙輻射室-單對流室型圓筒爐和某設(shè)計熱負荷>160 MW的新型立管方箱爐為例進行分析對比。二者均為二甲苯塔重沸爐，分屬不同的PX裝置，其爐內(nèi)工藝介質(zhì)均為芳烴混合物，加熱爐出口溫度>260 ℃，操作壓力>1.5 MPa(表)，爐管均選用碳鋼材質(zhì)。

2.1 管系布置

雙輻射室-單對流室圓筒爐的設(shè)計中，輻射室采用144根長度為17 300 mm的爐管，對流室采用192根長度為21 400 mm的爐管。每個輻射室的爐管，周向均勻布置在輻射爐墻前，均為單排管單面輻射。隨著圓筒形輻射室熱負荷的提高，會出現(xiàn)爐膛空曠、體積熱強度低、爐管使用效率低、占地面積大、維護成本高等缺點。

新型立管方箱爐的設(shè)計中，輻射室采用240根長度為14 500 mm的爐管，對流室采用140根長度為28 500 mm的爐管，其中每2管程輻射爐管組成1組輻射盤管單元，每個輻射單元的爐管呈長方形排布，相鄰輻射單元的爐管錯位排布，每個輻射單元形成一個獨立的過火通道，每組單元的輻射盤管均為單排管單面輻射和雙排管雙面輻射爐管。此種爐管布局在實現(xiàn)加熱爐大型化的同時減少了加熱爐的占地面積，提高了爐膛體積熱強度及輻射室內(nèi)煙氣傳熱的均勻性，以及爐管的利用率和輻射室傳熱效率，減少了爐墻的熱損失。

2.2 燃燒器設(shè)置

雙輻射室-單對流室圓筒爐輻射室爐底設(shè)置燃燒器，沿每個輻射筒體底部圓形均布。新型立管方箱爐共10個輻射單元，燃燒器按每個輻射單元，呈長方形布置。但是，由于方箱爐需要的燃燒器數(shù)量較大，會導(dǎo)致爐底風(fēng)道配風(fēng)量調(diào)節(jié)操作復(fù)雜，不易實現(xiàn)全爐膛燃燒器的統(tǒng)一調(diào)整，對后期操作人員的要求較高。

2.3 吹灰器設(shè)置

雙輻射室-單對流室圓筒爐設(shè)置了32臺聲波吹灰器，新型立管方箱爐設(shè)置了30臺聲波吹灰器。

1) 聲波吹灰器優(yōu)點

a) 結(jié)構(gòu)簡單，沒有機械運動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，無易損部件，不會產(chǎn)生機械機構(gòu)運動的旋轉(zhuǎn)故障；

b) 體積小、質(zhì)量輕，沒有伸縮機構(gòu)，不存在機械卡殼現(xiàn)象；

c) 聲波效能高、 功率大、 頻帶寬， 清灰效果顯著；

d) 用氣量小，動力消耗少，氣源介質(zhì)任選，空氣或蒸汽均可使用；

e) 安裝方便，不需要搭設(shè)吹灰器平臺，爐墻內(nèi)外占地空間小，不影響加熱爐檢修作業(yè)；

f) 控制系統(tǒng)可接入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動化運行。

2) 聲波吹灰器缺點

聲波吹灰器對于燒燃料氣的積灰清除效果比較理想，但對于燒燃料油的積灰清除效果一般，而且噪音較大。

2.4 襯里結(jié)構(gòu)

雙輻射室-單對流室圓筒爐的襯里結(jié)構(gòu)：爐底采用憎水型陶瓷纖維板+隔熱耐火澆注料+輕質(zhì)粘土耐火磚的復(fù)合結(jié)構(gòu)；輻射室及輻射轉(zhuǎn)對流煙道部分采用陶瓷纖維制品+輕質(zhì)隔熱澆注料復(fù)合結(jié)構(gòu)；對流室及彎頭箱和煙囪采用隔熱耐火澆注料。襯里總質(zhì)量約490 t。

新型立管方箱爐爐底襯里采用憎水型陶瓷纖維板+高強低導(dǎo)澆注料+輕質(zhì)粘土耐火磚復(fù)合結(jié)構(gòu)；輻射室及輻射轉(zhuǎn)對流煙道部分采用高強低導(dǎo)澆注料+陶瓷纖維模塊復(fù)合襯里；對流室采用陶瓷纖維毯+憎水型陶瓷纖維板+輕質(zhì)隔熱澆注料復(fù)合結(jié)構(gòu)。襯里總質(zhì)量約550 t。

3 綜合分析對比

2爐型工藝設(shè)計及機械設(shè)計參數(shù)對比見表1，結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)對比見表2，加熱爐工程量對比見表3。

表1 工藝設(shè)計及機械設(shè)計參數(shù)對比

表2 結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)對比

表3 加熱爐工程量對比

注：由于新型立管方箱爐設(shè)計熱負荷是雙輻射室-單對流室型圓筒爐設(shè)計熱負荷的兩倍，因此表3以2臺圓筒爐工程量為基準(zhǔn)與新型立管方箱爐的數(shù)據(jù)進行對比。

4 結(jié)語

由表1～表3可以看出，圓筒爐的爐管用量、結(jié)構(gòu)工程量、襯里工程量、占地面積等均比新型立管方箱爐多。由此可見，相同熱負荷時，多臺雙輻射室-單對流室圓筒爐比新型立管方箱爐投資高、占地大，但是施工操作較方箱爐簡單。假設(shè)采用多臺圓筒爐，在停工檢修期間可單獨停1臺爐進行檢修，可做到降低熱負荷停工不停產(chǎn)，而大型新型立管方箱爐由于是單臺爐，所以在停工時需完全停工停產(chǎn)才能檢修。不同的項目不同的地域，由于設(shè)計和施工條件不同，影響因素眾多，且2種爐型各有優(yōu)缺點，因此，在裝置大型化的過程中，設(shè)計熱負荷基本相同的二甲苯塔重沸爐采用新型立管方箱爐還是多臺雙輻射室-單對流室圓筒爐，需要在設(shè)計時綜合考慮工藝輸入條件、場地資料、投資額及施工條件以及后期的操作維護等多方面因素，選擇較為合理、優(yōu)化的方案，但是如果進一步考慮到將來裝置處理量的提高及全爐模塊化，無疑新型立管方箱爐較雙輻射室-單對流室圓筒爐更有優(yōu)勢。