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天津渤化石化有限公司 300452
摘要：进料加热炉是丙烷脱氢制丙烯的主要设备之一，由于裂解所需温度很高，故其内部耐火水泥的浇筑质量将直接影响到进料加热炉的寿命以及运行成本。本文对进料加热炉耐火水泥的特点、浇筑过程、注意事项及热损失等都做了初步的论述。
关键词：丙烷脱氢进料加热炉耐火水泥浇筑
1引言
在丙烷脱氢制丙烯的生产工艺中，进料加热炉是最重要的设备之一，来自进料预处理单元的丙烷（纯度97%以上）在经过汽化并二次预热后进人进料加热炉盘管中进行加热到600℃，并利用烟道气用来预热进料丙烷，同时把装置锅炉给水从110℃加热到122℃。
进料加热炉盘管最高工作温度可以达到600℃；，辐射段炉内壁的温度可达700℃，而烧嘴周围的温度可以达到1400℃，但是对于进料加热炉外壁平均温度要求在70℃以下，以保证热损失在设计合理范围之内。这就对进料加热炉耐火、水泥的耐火性能、保温性能提出了很高的要求。由于箱式进料加热炉的结构特点，对于水泥的强度要求也很严格。因此，能否将耐火水泥精确而坚固的浇筑在炉体钢板上，将直接影响到进料加热炉的使用寿命和大修周期，对于今后的生产成本也有影响。
天津渤化石化有限公司2012年新建的丙烷脱氢装置中使用的进料加热炉是意大利ITT公司的产品，生产能力为60万吨丙烯/年。全炉分为三大模块：辐射段（radiant module）、对流段（convection module）和烟道段（stack module）。考虑 到中方施工的实际困难，对流段以及烟道段已经在生产厂家浇筑完毕，中方施工的部分为辐射段底板，共有墙板33块，面积合计708.61㎡。所有底板均在现场浇筑并养护后再进行吊装，现场总浇筑工程量178.18m3，94.15吨。
1.1 炉墙散热损失计算
根据热传导理论，炉墙散热损失计算应分为平壁和圆筒壁两种。当圆筒壁内径与外径之比大于0.5时，可近似按平壁计算。因此，石油化工厂管式 加热炉炉墙散热损失计算，均可以按平壁方法计算。通过平壁炉墙的散热损失可按下式计算：
Q = q? F
q===
Q一一炉墙散热量，kW；
F一一炉墙面积，m2；
q一一一炉墙散热强度，kW/m2；
T1，一一-炉墙内壁温度，K；
Ta--炉体附近大气温度，K；
Tn-一一炉墙外壁温度，K；
δi--多层炉墙各层壁厚，m；
λi各层炉墙相对应材料导热系数，kW/m2 · k；
an一一炉墙外壁对空气的给热系数，kW/m2 ·k。
显然从上式可以看到，炉墙散热量的多少与炉墙面积成正比，并受炉墙厚度和炉墙导热系数的影响。炉墙越厚，炉墙对应材料的导热系数越小散热越少。这也是炉墙采用不同种耐火水泥的原因，在不同的炉墙温度区间选择最佳的保温材料，能有效地防止热量损失。而炉墙的厚度和对应材料的导热系数最终影响的炉外壁温度，在炉墙面积和炉墙外大气温度无法改变的情况下，炉墙散热量与炉外壁温度直接相关，所有的保温措施都是为了有效降低炉外壁温度。在筑炉完成后，可以检查炉外壁温度，以确认筑炉的质量。
1.2炉墙外壁对空气的给热系数αn的计算
αn =anc+anr
αnc = A x
αnr=
nc一一对流传热系数，kW/（m2 · K）；
一一辐射传热系数，kW/（m2 · K）；
A一与炉壁表面散热有关的系数，一般取A
=2.2：
4.54一炉墙外壁黑度一般为0.8，外界空间的 黑度可取为1，绝对黑体表面的辐射系数为5.67，则：5.67 xO.8 xl =4.54。
最终可以将炉墙的散热损失公式表示为如下形式：
Q=F
此次筑炉为辐射段箱体，外形尺寸为：长24.74m，高10.19m，宽3.22m，按六面体算得：F =
729.2（m2）T.= 15.4℃，按2006年10月份烘炉时平均气温计算。
炉膛温度在正常工作温度670℃时，测得外壁平均温度Tn=43.1℃。
外壁温度Tn与炉墙热损失Q之间的关系如下表，表中还根据炉墙热损失，折算出了消耗的天然气量以及全年的天然气消耗费用。
天然气热值按每标准立方米8000大卡（33.5kJ）计算，天然气单价按1.6万立方米计算，全年按8000小时操作时间计算，见表4所示。
表1炉端散热损失及天然气消耗表
炉壁温度Tn（℃） 单位热损失
（kw/m?） 炉墙总热损失Q（KW） 炉墙总热损失Q（KJ/h） 天然气消耗
V（m?/h） 天然气年消耗
V ‘（Km?/a） 天然气年消耗费用（万元）
20.0 0.04 25.8 92.8 2.8 22.2 3.5
30.0 0.13 95.8 344.9 10.3 82.4 13.2
40.0 0.24 176.6 635.8 19.0 151.8 24.3
43.I 0.28 203.4 732.4 21.9 174.9 28.0
50.0 0.36 265.9 957.4 28.6 228.6 36.6
60.0 0.50 363.0 1306.6 39.0 312.0 49.9
70.0 0.64 467.3 1682.3 50.2 401.7 64.3
80.0 0.79 578.8 2083.8 62.2 497.6 79.6
90.0 0.96 697.5 2511.0 75.0 599.6 95.9
100.0 1.I3 823.4 2964.3 88.5 707.9 113.3
110.0 I.31 956.6 3443.9 102.8 822.4 131.6
120.0 I.50 1097.3 3950.4 117.9 943.4 150.9
2結论
丙烷脱氢进料加热炉辐射段炉底实际测量后计算 的单位热损失为O.28kW/m2，仅为设计热损失量（0.62 -0.73kW/㎡）的约30%，显示出极好的浇筑质量。在测量炉壁温度的过程中，发现内壁有裂纹的地方，炉外壁温度会异常升高，从表3中可以看到炉外壁温度每升高10℃，每年就要多消耗10 - 19万元的天然气。炉壁损失虽然不算大，但长久运行，仍然不可忽视。
参考文献：
[l]国家医药管理局上海医药设计院编.化工工艺设计手册.第二版.北京：化学工业出版社，1996
[2]钱家麟主编管式加热炉第二版.北京：中国石化出版社，2003
[3]代有凡编.石油化工厂设备检修手册.第7分册，加热炉.北京：中国石化出版社，2001
[4]姚玉英主编.化工原理.天津：天津科学技术出版社出版
摘要：进料加热炉是丙烷脱氢制丙烯的主要设备之一，由于裂解所需温度很高，故其内部耐火水泥的浇筑质量将直接影响到进料加热炉的寿命以及运行成本。本文对进料加热炉耐火水泥的特点、浇筑过程、注意事项及热损失等都做了初步的论述。
关键词：丙烷脱氢进料加热炉耐火水泥浇筑
1引言
在丙烷脱氢制丙烯的生产工艺中，进料加热炉是最重要的设备之一，来自进料预处理单元的丙烷（纯度97%以上）在经过汽化并二次预热后进人进料加热炉盘管中进行加热到600℃，并利用烟道气用来预热进料丙烷，同时把装置锅炉给水从110℃加热到122℃。
进料加热炉盘管最高工作温度可以达到600℃；，辐射段炉内壁的温度可达700℃，而烧嘴周围的温度可以达到1400℃，但是对于进料加热炉外壁平均温度要求在70℃以下，以保证热损失在设计合理范围之内。这就对进料加热炉耐火、水泥的耐火性能、保温性能提出了很高的要求。由于箱式进料加热炉的结构特点，对于水泥的强度要求也很严格。因此，能否将耐火水泥精确而坚固的浇筑在炉体钢板上，将直接影响到进料加热炉的使用寿命和大修周期，对于今后的生产成本也有影响。
天津渤化石化有限公司2012年新建的丙烷脱氢装置中使用的进料加热炉是意大利ITT公司的产品，生产能力为60万吨丙烯/年。全炉分为三大模块：辐射段（radiant module）、对流段（convection module）和烟道段（stack module）。考虑 到中方施工的实际困难，对流段以及烟道段已经在生产厂家浇筑完毕，中方施工的部分为辐射段底板，共有墙板33块，面积合计708.61㎡。所有底板均在现场浇筑并养护后再进行吊装，现场总浇筑工程量178.18m3，94.15吨。
1.1 炉墙散热损失计算
根据热传导理论，炉墙散热损失计算应分为平壁和圆筒壁两种。当圆筒壁内径与外径之比大于0.5时，可近似按平壁计算。因此，石油化工厂管式 加热炉炉墙散热损失计算，均可以按平壁方法计算。通过平壁炉墙的散热损失可按下式计算：
Q = q? F
q===
Q一一炉墙散热量，kW；
F一一炉墙面积，m2；
q一一一炉墙散热强度，kW/m2；
T1，一一-炉墙内壁温度，K；
Ta--炉体附近大气温度，K；
Tn-一一炉墙外壁温度，K；
δi--多层炉墙各层壁厚，m；
λi各层炉墙相对应材料导热系数，kW/m2 · k；
an一一炉墙外壁对空气的给热系数，kW/m2 ·k。
显然从上式可以看到，炉墙散热量的多少与炉墙面积成正比，并受炉墙厚度和炉墙导热系数的影响。炉墙越厚，炉墙对应材料的导热系数越小散热越少。这也是炉墙采用不同种耐火水泥的原因，在不同的炉墙温度区间选择最佳的保温材料，能有效地防止热量损失。而炉墙的厚度和对应材料的导热系数最终影响的炉外壁温度，在炉墙面积和炉墙外大气温度无法改变的情况下，炉墙散热量与炉外壁温度直接相关，所有的保温措施都是为了有效降低炉外壁温度。在筑炉完成后，可以检查炉外壁温度，以确认筑炉的质量。
1.2炉墙外壁对空气的给热系数αn的计算
αn =anc+anr
αnc = A x
αnr=
nc一一对流传热系数，kW/（m2 · K）；
一一辐射传热系数，kW/（m2 · K）；
A一与炉壁表面散热有关的系数，一般取A
=2.2：
4.54一炉墙外壁黑度一般为0.8，外界空间的 黑度可取为1，绝对黑体表面的辐射系数为5.67，则：5.67 xO.8 xl =4.54。
最终可以将炉墙的散热损失公式表示为如下形式：
Q=F
此次筑炉为辐射段箱体，外形尺寸为：长24.74m，高10.19m，宽3.22m，按六面体算得：F =
729.2（m2）T.= 15.4℃，按2006年10月份烘炉时平均气温计算。
炉膛温度在正常工作温度670℃时，测得外壁平均温度Tn=43.1℃。
外壁温度Tn与炉墙热损失Q之间的关系如下表，表中还根据炉墙热损失，折算出了消耗的天然气量以及全年的天然气消耗费用。
天然气热值按每标准立方米8000大卡（33.5kJ）计算，天然气单价按1.6万立方米计算，全年按8000小时操作时间计算，见表4所示。
表1炉端散热损失及天然气消耗表
炉壁温度Tn（℃） 单位热损失
（kw/m?） 炉墙总热损失Q（KW） 炉墙总热损失Q（KJ/h） 天然气消耗
V（m?/h） 天然气年消耗
V ‘（Km?/a） 天然气年消耗费用（万元）
20.0 0.04 25.8 92.8 2.8 22.2 3.5
30.0 0.13 95.8 344.9 10.3 82.4 13.2
40.0 0.24 176.6 635.8 19.0 151.8 24.3
43.I 0.28 203.4 732.4 21.9 174.9 28.0
50.0 0.36 265.9 957.4 28.6 228.6 36.6
60.0 0.50 363.0 1306.6 39.0 312.0 49.9
70.0 0.64 467.3 1682.3 50.2 401.7 64.3
80.0 0.79 578.8 2083.8 62.2 497.6 79.6
90.0 0.96 697.5 2511.0 75.0 599.6 95.9
100.0 1.I3 823.4 2964.3 88.5 707.9 113.3
110.0 I.31 956.6 3443.9 102.8 822.4 131.6
120.0 I.50 1097.3 3950.4 117.9 943.4 150.9
2結论
丙烷脱氢进料加热炉辐射段炉底实际测量后计算 的单位热损失为O.28kW/m2，仅为设计热损失量（0.62 -0.73kW/㎡）的约30%，显示出极好的浇筑质量。在测量炉壁温度的过程中，发现内壁有裂纹的地方，炉外壁温度会异常升高，从表3中可以看到炉外壁温度每升高10℃，每年就要多消耗10 - 19万元的天然气。炉壁损失虽然不算大，但长久运行，仍然不可忽视。
参考文献：
[l]国家医药管理局上海医药设计院编.化工工艺设计手册.第二版.北京：化学工业出版社，1996
[2]钱家麟主编管式加热炉第二版.北京：中国石化出版社，2003
[3]代有凡编.石油化工厂设备检修手册.第7分册，加热炉.北京：中国石化出版社，2001
[4]姚玉英主编.化工原理.天津：天津科学技术出版社出版