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[摘要]本文对高尚堡150万吨原稳装置原油加热炉炉管结焦原因进行分析，并对改造前后运行情况进行总结比较，阐述以后运行中的操作注意事项。
[关键词]加热炉 结焦 改造
高尚堡油气处理厂150万吨原稳装置加热炉，采用管式加热炉，负责对进入稳定塔前的原油进行加热，达到工艺要求的温度。
此加热炉由中国石油辽河设计院设计，天津冠杰石化有限公司生产制造，采用天然气作为燃料，炉体分为对流室和辐射室，来油汇管在对流室分为8路盘管，加热升温后再汇管进入辐射室，分为左右两路盘管，均匀受热后出炉，完成原油的加热过程。热负荷5000KW，采用高效燃烧器，按照设计热效率可达到85%以上。
加热炉2006年8月投入运行，设计进出炉温度值分别为173℃和200℃，实际运行过程中，由于原油密度偏高，进行了调整，进出炉温度降至100℃和130℃。
除了2007年的检修停炉1个月外，该加热炉累计运行时间超过23个月，基本处于连续运行状态，2年来未进行过设备大修和炉体炉管的清理和检测。
1结焦情况
2008年初的节能监测中，加热炉热效率仅为61%，排烟温度达到400℃以上，炉子热利用率很低，为此，对燃烧器进行调整，但效果不大，拟决定检修对加热炉内部炉管进行清理。2008年8月原稳装置停产检修，对加热炉内部检查时，发现对流室的8路炉管其中位于北侧的4路损坏严重，产生脱落，爆裂的现象，且其中1根完全断裂，南侧4路炉管看上去外观完好。见图1：
随即对损坏的炉管进行了部分切割，炉管内被碳状物质堵塞，观察碳状物质为焦碳，判断为原油在炉管中结焦所致；对脱落的炉管进行了取样，从断口来判断应为炉管长期干烧造成的结果。
对加热炉损坏炉管进一步的现场研究，判断该加热炉结焦时间在一年以上。
2原因分析
通過上述情况判断，原油在炉管结焦后，造成炉管断流烧损。原油结焦的主要原因分析如下：原油实际运行工况与设计工况不同，导致实际流速偏低，造成炉管内换热不好，管壁内局部过热结焦，管壁内的焦层进一步降低了炉管传热系数，使管外壁温度升高到允许值以上，最终结焦烧损。
对加热炉07年8月—08年8月的运行参数，包括流量、入炉温度、出炉温度、炉膛温度、进出炉压差进行了全面的统计后，造成流速低的主要原因如下：
2.1实际流量低于设计流量
该加热炉设计额定流量为220m3/h，最小流量不低于180m3/h，而07年8月～08年7月加热炉流量每月平均为175m3/h左右，低于设计的最小流量；当流量减小时，管内介质的流速会大幅降低，流动状态接近层流状态，容易在管壁结焦。
2.2实际温度低于设计温度
实际炉体进出口温度（进口温度基本上在104℃左右，出口温度在131℃左右）低于设计进出口温度（进口温度为173℃，出口温度为200℃），使进入加热炉的原油温度偏低；当原油温度偏低时，气化量减少，管内介质的流速降低，管壁容易结焦。
2.3对流室炉管并联数量过多，不适应实际生产条件
由于并联炉管过多（8路），炉管内流速进一步降低，管内介质的流动状态发生改变，管内介质的传热系数大幅度下降，北侧4路炉管（靠近辐射室）内首先产生结焦。结焦更加剧了对流室炉管的偏流，造成北侧4路炉管结焦加剧，最终被堵死、烧损。
2.4原油组分偏重，胶质含量高，引起了加速结焦
对原油取样化验后胶质+沥青质含量为18.4%，胶质含量高，加之实际运行过程中，原油组分偏重，流速低，容易产生结焦。
2.5其他非常规操作，如频繁内循环等，加速了结焦的速度
原油来油量低，为了保证运行，需要时常进行内循环操作，长期内循环运行时，加热炉内原油气化量大幅度下降，且原油温度升高，从而加速结焦的形成。
分析上述多种原因，同比参照辐射室炉管的运行状况，可以确定主要原因为加热炉设计选型不符合实际运行条件，对流室炉管并联数量过多造成对流室炉管运行异常、结焦烧损。
3改造过程
由于上述原因的存在，除了损坏的炉管外，外观完好的4路炉管和辐射室内的炉管不能排除结焦的可能。因为该加热炉整体部分和大部分炉管并未损坏，经适当检修改造后该加热炉可以继续使用，但要保证此加热炉安全运行，要做到以下几点：
（1）对对流室完好的4路炉管和辐射室的炉管进行管壁测试，测试是否已经发生了结焦。如发生了结焦，要进行炉管清焦。
（2）对流室的4路损坏的炉管进行拆除，与汇管连接处进行封死，只使用4路完好的炉管，同时，拆除辐射室的一边炉管，使辐射室的流量和对流室的流量相对应。此方案对炉管数量进行减半处理，可以使加热炉的设计流量减小至170m3/h，满足了实际流量的需要，但必然造成加热炉热效率的大幅度减低，不符合经济运行的要求。
（3）在保证对流室炉管换热面积的前提下，改造对流室炉管的流程和位置（由8路并联改为2路并联），此方案投资和施工难度较大，但符合安全运行、经济运行的要求。
（4）调整后的加热炉由于炉管结构的改变，运行后要对炉膛温度和出炉温度做相应的调整。
做到上述几点后，该加热炉可继续使用，满足了实际运行的要求。
结合150万吨原稳装置的实际运行要求，我们采用了对流室炉管的流程和位置进行改造的方案，对流室改造成双管程结构，且对流炉管采用钉头管。
此项改造2009年1月完成，3月底投入运行，经9个月的运行考核，改造达到了预期的目的，改造后的运行参数如下表1，表2：
4改造后的操作建议
根据以上分析加热炉产生结焦的原因，得出加热炉避免结焦的操作和维护保养方法：
（1）保证加热介质的流量在加热炉设计范围之内。
（2）保证加热炉的进出炉温度在加热炉设计范围之内。
（3）为保证进入加热炉的原油温度有足够的气化量，要避免原稳装置长期内循环运行。
（4）定期对原油的组分进行取样分析，根据分析结果及时调整加热炉的运行工况。
（5）定期进行停炉后的检查，对炉管的外观进行观察，并对炉管的壁厚进行检测，判断是否产生了结焦，如产生了结焦，要对炉管内进行疏通。
5结论
原油加热炉设计选型符合实际运行条件，是加热炉安全运行的前提条件，实际运行条件发生改变，必须及时调整加热炉运行工况或对加热炉进行必要的改造，以保证加热炉安全运行、经济运行的要求。
[关键词]加热炉 结焦 改造
高尚堡油气处理厂150万吨原稳装置加热炉，采用管式加热炉，负责对进入稳定塔前的原油进行加热，达到工艺要求的温度。
此加热炉由中国石油辽河设计院设计，天津冠杰石化有限公司生产制造，采用天然气作为燃料，炉体分为对流室和辐射室，来油汇管在对流室分为8路盘管，加热升温后再汇管进入辐射室，分为左右两路盘管，均匀受热后出炉，完成原油的加热过程。热负荷5000KW，采用高效燃烧器，按照设计热效率可达到85%以上。
加热炉2006年8月投入运行，设计进出炉温度值分别为173℃和200℃，实际运行过程中，由于原油密度偏高，进行了调整，进出炉温度降至100℃和130℃。
除了2007年的检修停炉1个月外，该加热炉累计运行时间超过23个月，基本处于连续运行状态，2年来未进行过设备大修和炉体炉管的清理和检测。
1结焦情况
2008年初的节能监测中，加热炉热效率仅为61%，排烟温度达到400℃以上，炉子热利用率很低，为此，对燃烧器进行调整，但效果不大，拟决定检修对加热炉内部炉管进行清理。2008年8月原稳装置停产检修，对加热炉内部检查时，发现对流室的8路炉管其中位于北侧的4路损坏严重，产生脱落，爆裂的现象，且其中1根完全断裂，南侧4路炉管看上去外观完好。见图1：
随即对损坏的炉管进行了部分切割，炉管内被碳状物质堵塞，观察碳状物质为焦碳，判断为原油在炉管中结焦所致；对脱落的炉管进行了取样，从断口来判断应为炉管长期干烧造成的结果。
对加热炉损坏炉管进一步的现场研究，判断该加热炉结焦时间在一年以上。
2原因分析
通過上述情况判断，原油在炉管结焦后，造成炉管断流烧损。原油结焦的主要原因分析如下：原油实际运行工况与设计工况不同，导致实际流速偏低，造成炉管内换热不好，管壁内局部过热结焦，管壁内的焦层进一步降低了炉管传热系数，使管外壁温度升高到允许值以上，最终结焦烧损。
对加热炉07年8月—08年8月的运行参数，包括流量、入炉温度、出炉温度、炉膛温度、进出炉压差进行了全面的统计后，造成流速低的主要原因如下：
2.1实际流量低于设计流量
该加热炉设计额定流量为220m3/h，最小流量不低于180m3/h，而07年8月～08年7月加热炉流量每月平均为175m3/h左右，低于设计的最小流量；当流量减小时，管内介质的流速会大幅降低，流动状态接近层流状态，容易在管壁结焦。
2.2实际温度低于设计温度
实际炉体进出口温度（进口温度基本上在104℃左右，出口温度在131℃左右）低于设计进出口温度（进口温度为173℃，出口温度为200℃），使进入加热炉的原油温度偏低；当原油温度偏低时，气化量减少，管内介质的流速降低，管壁容易结焦。
2.3对流室炉管并联数量过多，不适应实际生产条件
由于并联炉管过多（8路），炉管内流速进一步降低，管内介质的流动状态发生改变，管内介质的传热系数大幅度下降，北侧4路炉管（靠近辐射室）内首先产生结焦。结焦更加剧了对流室炉管的偏流，造成北侧4路炉管结焦加剧，最终被堵死、烧损。
2.4原油组分偏重，胶质含量高，引起了加速结焦
对原油取样化验后胶质+沥青质含量为18.4%，胶质含量高，加之实际运行过程中，原油组分偏重，流速低，容易产生结焦。
2.5其他非常规操作，如频繁内循环等，加速了结焦的速度
原油来油量低，为了保证运行，需要时常进行内循环操作，长期内循环运行时，加热炉内原油气化量大幅度下降，且原油温度升高，从而加速结焦的形成。
分析上述多种原因，同比参照辐射室炉管的运行状况，可以确定主要原因为加热炉设计选型不符合实际运行条件，对流室炉管并联数量过多造成对流室炉管运行异常、结焦烧损。
3改造过程
由于上述原因的存在，除了损坏的炉管外，外观完好的4路炉管和辐射室内的炉管不能排除结焦的可能。因为该加热炉整体部分和大部分炉管并未损坏，经适当检修改造后该加热炉可以继续使用，但要保证此加热炉安全运行，要做到以下几点：
（1）对对流室完好的4路炉管和辐射室的炉管进行管壁测试，测试是否已经发生了结焦。如发生了结焦，要进行炉管清焦。
（2）对流室的4路损坏的炉管进行拆除，与汇管连接处进行封死，只使用4路完好的炉管，同时，拆除辐射室的一边炉管，使辐射室的流量和对流室的流量相对应。此方案对炉管数量进行减半处理，可以使加热炉的设计流量减小至170m3/h，满足了实际流量的需要，但必然造成加热炉热效率的大幅度减低，不符合经济运行的要求。
（3）在保证对流室炉管换热面积的前提下，改造对流室炉管的流程和位置（由8路并联改为2路并联），此方案投资和施工难度较大，但符合安全运行、经济运行的要求。
（4）调整后的加热炉由于炉管结构的改变，运行后要对炉膛温度和出炉温度做相应的调整。
做到上述几点后，该加热炉可继续使用，满足了实际运行的要求。
结合150万吨原稳装置的实际运行要求，我们采用了对流室炉管的流程和位置进行改造的方案，对流室改造成双管程结构，且对流炉管采用钉头管。
此项改造2009年1月完成，3月底投入运行，经9个月的运行考核，改造达到了预期的目的，改造后的运行参数如下表1，表2：
4改造后的操作建议
根据以上分析加热炉产生结焦的原因，得出加热炉避免结焦的操作和维护保养方法：
（1）保证加热介质的流量在加热炉设计范围之内。
（2）保证加热炉的进出炉温度在加热炉设计范围之内。
（3）为保证进入加热炉的原油温度有足够的气化量，要避免原稳装置长期内循环运行。
（4）定期对原油的组分进行取样分析，根据分析结果及时调整加热炉的运行工况。
（5）定期进行停炉后的检查，对炉管的外观进行观察，并对炉管的壁厚进行检测，判断是否产生了结焦，如产生了结焦，要对炉管内进行疏通。
5结论
原油加热炉设计选型符合实际运行条件，是加热炉安全运行的前提条件，实际运行条件发生改变，必须及时调整加热炉运行工况或对加热炉进行必要的改造，以保证加热炉安全运行、经济运行的要求。