管式加热炉全方位指南：结构、分类、检修与腐蚀防治

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总为寻觅管式加热炉的电子资料而苦恼？别担心，本文将为您带来详尽的管式加热炉结构和分类解析，同时探讨其检修流程和腐蚀防治策略。

管式加热炉的分类

管式加热炉，根据其外形特征，可细分为以下几种类型：

箱式炉
横管和立管大型箱式炉

这两种炉型在结构上颇为相似，区别仅在于管道的布置方式——一者为横管，一者为立管。它们的核心优势在于，通过增加中央隔墙的数量，可以在保持炉膛体积热强度不变的前提下，实现炉子的灵活组合与扩展。这类炉型特别适合大型工业应用。然而，它们的不足也显而易见，如敷管率较低，需要合金吊挂炉管，造价相对较高，且需要独立烟囱等配套设施。

顶烧式炉

顶烧式炉，其燃烧器和辐射炉管以交错方式排列，形成单排列双面辐射的结构。这种设计使得管子能够沿整个圆周均匀分布热量，同时燃烧器采用顶烧方式，对流室和烟囱则位于地面。然而，这种炉型的缺点在于其体积较大，造价相对较高，因此，在仅需单纯加热的场合下使用可能不太经济。尽管如此，它在合成氨厂中常被用作大型轻烃蒸汽转化炉的炉型，发挥了其独特的作用。

斜顶炉

斜顶炉，源自箱式炉的改进，双斜顶炉是其常见形式，如图7-5所示。通过斜顶设计，箱式炉的受热不均问题得到了一定程度的改善，同时处理能力也有所提升。其特点在于对流室位于中央，烟气在地下或地面烟道中下行，最终排入烟囱。此外，烟道处还可加装空气预热器，进一步增强炉子效率。然而，这种炉型并未能完全克服箱式炉的其他不足，因此，除了旧装置的更新改造外，新建项目较少选用此类型。

立式炉

底烧横管立式炉，其传热方式与箱式炉颇为相似，但保留了立式炉的独特设计。在图7-6中，我们可以清晰地看到炉管被巧妙地布置在两侧，而中间则是一列底烧的燃烧器。烟气从辐射室出发，经过对流室和烟囱，一路向上排出。这种炉型采用众多小能量的燃烧器，它们在炉子中央共同营造出一道火焰膜，从而增强了辐射传热的效果。事实上，目前市场上广泛使用的立式炉多以此种形式呈现。

附墙火焰立式炉
图7-7展示了一种特别的立式炉设计——附墙火焰立式炉。其独特之处在于炉膛内设置了一道火墙，这一设计不仅增大了炉膛的辐射面积，还强化了炉管所受到的热力。更为巧妙的是，它巧妙地将辐射室一分为二，使得每室都可以独立输送油品，并分别进行温度的调控。

环形管立式炉
图7-8描绘了一种环形管立式炉的设计。在这种设计中，多根U型炉管将火焰紧密地环绕，特别适用于炉管路数众多、管内压力降较小的场景。随着炉子热负荷的增加，U形管的数量也可以相应地增加到两个甚至三个，如图7-9所示。


立管立式炉
图7-10展示了一种独特的炉型——立管立式炉，该炉型为我国首创。其设计特点在于炉管沿墙壁直立排列，这种布局相较于传统的横管立式炉，能够显著节省高铬镍钢管架的使用，同时保留了立式炉的诸多优点。因此，在需要高热负荷加热的场合，这种炉型常常成为首选。

无焰燃烧炉与阶梯炉

这两种炉型均属于单排管双面辐射类别。图7-11所示的无焰燃烧炉，其独特之处在于侧壁上布置了众多小能量气体无焰燃烧器，从而使得整个侧壁呈现出均匀的辐射特性。这种设计不仅保证了卓越的加热均匀性，还允许对不同区域进行独立温度调控。因此，无焰燃烧炉成为乙烯裂解和烃类蒸汽转化过程中理想的炉型之一。然而，其高昂的造价使得它在纯加热应用中显得并不经济。

图7-12所示的炉型为阶梯炉，其设计特点是在每级“阶梯”的底部都配备了一排扁平附墙火焰燃烧器。相较于无焰燃烧炉，其燃烧器数量较少，造价更为亲民。然而，在加热均匀程度和温度分区调节方面，阶梯炉的性能略逊于无焰燃烧炉。

接下来，我们探讨另外两种炉型：螺旋管式炉和纯辐射式炉。这两种炉型在炉子热负荷较小、热效率要求不严的情况下适用，它们结构简单，造价低廉。图7-13展示了螺旋管式炉，其炉管以螺旋状盘绕，尽管是立式设计，但管内特性更接近水平管，具有优异的排空能力和小压降。但需要注意的是，其主要缺点在于被加热介质通常只能走一路（即管程数为1）。
图7-14所示的是纯辐射炉，其设计特点为无对流室，火嘴位于炉底，而炉管则沿炉墙直立排成一圈。这种炉型结构简洁、重量较轻，但相较于其他炉型，其热效率略低。
图7-15展示了一种改进的纯辐射式圆筒炉，其特点是在炉顶增加了一个辐射锥。这一设计旨在增强上部炉管的受热强度，从而实现炉管全长的均匀受热。然而，由于辐射锥通常需要采用价格高昂的高铬镍钢制造，且在使用过程中容易遭受烧毁或腐蚀损伤，因此近年来采用这种设计的实例已经相对较少。

辐射—对流式炉
图7-16展示了一种现代普遍采用的炉型——辐射-对流式炉。这种炉型结合了辐射和对流两种加热方式，既充分利用了辐射的高效传热特性，又通过对流方式实现了炉内温度的均匀分布。因此，在现代工业生产中，辐射-对流式炉已成为一种不可或缺的加热设备。
它在辐射室顶部增设了水平管式对流室，并选用钉头管和翅片管，从而提高了热效率。但值得注意的是，这种炉型结构较为复杂，金属材料用量较大。此外，为确保对流管的高效运行，其面积通常设计得小于辐射炉管面积。此外，国内这种炉型的高径比通常控制在7-5的范围内。

接下来，我们来看看大型方炉。图7-17展示了一种大型方炉的设计，它通过两排炉管将炉膛巧妙地划分为多个小间，每个小间都配备了一个或两个高能量、高强度的燃烧器。这种“十字交叉”的分隔方法使得分隔可以沿两个方向进行。此外，大型方炉还常将对流室独立设置在地面上，并通过烟道将多台炉子的烟气汇集起来，送入一个共同的对流室或废热锅炉中。这种设计不仅结构简单、节省空间，还有利于余热的回收利用，同时实现了多炉集中排烟，有助于减轻大气污染。

管式加热炉的基本结构

管式加热炉，作为常见的工业加热设备，其结构主要包括辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统等五大核心部分。其结构详细组成如下：坚固的钢结构框架，承载着炉管、炉墙（通常设有内衬）以及关键的燃烧器等组件。此外，还包括一系列的孔类配件，用于确保燃烧和通风的顺畅进行。

辐射室：

辐射室是加热炉进行热交换的核心区域，其热负荷通常占据整个炉子的70%-80%。在辐射室内，炉管通过火焰或高温烟气进行传热，这些炉管被称为辐射管，因为它们主要以辐射热的方式进行传热。这些辐射管直接受到火焰的冲击，因此需要使用具有高温强度和化学稳定性的材料。

对流室：

对流室则利用从辐射室排出的高温烟气进行对流传热，以进一步加热物料。烟气以高速冲刷炉管管壁，从而进行有效的对流传热，其热负荷约占全炉的20%-30%。对流室通常位于辐射室之上，有的则独立置于地面。为了增强传热效果，常采用钉头管和翅片管等特殊设计。

余热回收系统：

余热回收系统旨在回收加热炉的排烟余热。回收方法可分为两类：一类是通过预热燃烧空气来回收热量，使回收的热量能够再次进入炉中；另一类则是采用独立的回收系统来回收热量。前者通常被称为空气预热方式，后者则常采用水回收方式，如废热锅炉。空气预热方式可包括固定管式空气预热器和回转空气预热器等多种型式。

燃烧器：

燃烧器负责完成燃料的燃烧过程，为热交换提供必要的热量。它由燃料喷嘴、配风器和燃烧道三个部分组成。燃烧器的类型会根据所使用燃料的不同而有所差异，例如燃油燃烧器、燃气燃烧器和油-气联合燃烧器。燃烧器的性能对燃烧质量和炉子的热效率有着直接影响。在操作时，需要确保火焰保持刚直有力，并通过调整火嘴来使炉膛受热均匀，避免火焰直接接触炉管，同时实现低氧燃烧。此外，可靠的燃料供应系统和良好的空气预热系统也是保证燃烧质量和热效率的关键。

通风系统：

通风系统在加热炉中扮演着至关重要的角色。它确保了炉内的空气流通，为燃烧过程提供必要的氧气，并帮助排出燃烧产生的废气。通风系统的设计必须合理高效，以确保炉子的安全稳定运行和良好的燃烧效果。
通风系统是加热炉中不可或缺的一部分，其核心作用在于将燃烧所需的空气引入燃烧器，并确保废烟气能够顺畅地排出炉外。通风系统通常分为自然通风和强制通风两种类型，前者主要依赖烟囱的自然抽力，而后者则借助风机来提供动力。随着炉子结构的日益复杂化，强制通风方式已逐渐成为主流。
此外，管式炉的主要结构还包括钢结构、炉墙、炉管以及其他配件。钢结构作为管式炉的承载骨架，通过焊接或螺栓连接等方式将其他构件紧密连接在一起，构成炉子的整体框架。炉墙则负责保护炉体并维持其内部的热环境，常见的炉墙结构包括耐火砖结构、耐火混凝土结构和耐火纤维结构等。而炉管则是物料摄取热量的关键媒介，根据受热方式的不同，可分为辐射炉管和对流炉管，前者置于辐射室内，后者则位于对流室内。

为了进一步了解管式加热炉的性能，我们还需要关注几个关键的技术指标，包括热负荷、炉膛热强度、炉管表面热强度以及炉膛温度等。这些指标不仅反映了炉子的生产能力和热效率，还为我们提供了优化炉子设计和操作的重要依据。
炉膛温度，作为烟气离开辐射室进入对流室时的关键指标，直接反映了炉膛内烟气温度的高低。这一指标在炉子操作中占据着举足轻重的地位，不仅关乎炉子的生产能力，更对热效率有着直接影响。同时，炉膛温度的稳定控制也是确保管式加热炉安全、稳定运行的重要前提。

在探讨管式加热炉的性能时，我们还需要关注另一个关键因素——管内流速及压力降。流速过低会导致边界层增厚，传热系数减小，进而使管壁温度升高，介质在炉内的停留时间延长，增加结焦和炉管损坏的风险。然而，过高的流速又会增加管内压力降，提升管路系统的动力消耗。因此，在操作过程中，需要找到一个合理的流速平衡点，以确保炉子的高效、安全运行。

此外，管式加热炉的安全检修也是不可忽视的一环。在检修前，需要做好充分的准备工作，包括落实检修项目、物资准备、施工准备等，并制定切实可行的实施方案。同时，对检修过程实行严格的检查和监督，对检修后的设备进行认真的验收和试车，确保检修的质量和安全。在制定安全检修措施时，除了遵循企业已制定的各项安全规定外，还应针对管式加热炉的检修特点提出补充要求，明确检修作业程序和安全纪律，并指派专人负责现场安全规定的宣传、检查和监督工作。
根据检修的项目、内容和要求，必须事先准备好所需的材料、附件和设备。同时，对起重设备、焊接设备、电动工具、索具、吊具等进行全面的安全检查，确保其处于良好状态。若涉及高空作业，应按照安全规定搭建脚手架，并指定专人负责安全检查。
此外，安全教育也是不可或缺的一环。在停车检修前，应明确安全负责人，成立安全领导小组，并制定相应的安全措施。同时，对所有参与检修的人员进行全面的安全教育，特别是对特殊工种人员，应进行专业的安全教育，以确保他们能够胜任检修工作。

另一方面，低温露点腐蚀是一个需要特别关注的问题。随着节能工作的推进，加热炉的排烟温度逐渐降低，这导致在空气预热器、余热锅炉等余热回收设备的换热面上产生了强烈的低温露点腐蚀。这种腐蚀严重影响了加热炉的正常运行，成为了降低排烟温度、提高热效率的主要障碍。因此，需要采取有效的防治措施来应对这一问题。其中之一就是提高空气预热器入口的空气温度，以降低低温露点腐蚀的风险。
提高空气预热器入口的空气温度是预防结露腐蚀的关键措施。一种常用的方法是采用空气再循环，通过再循环管道将已预热的空气引入风机入口，与冷空气混合以提升温度。然而，这种方法存在一些缺点，如风机能耗较高，同时缩小了空气与烟气之间的温差，对加热炉热效率的提升产生不利影响。

更为理想的方法是利用装置的废气或低温热源，通过暖风器将冷空气预热至60~80℃，然后再进入空气预热器。这样不仅可以提高换热面的壁温，还能有效利用能源，减少低温腐蚀的风险。

此外，优化空气预热器设计也是降低低温腐蚀的重要手段。例如，将管式空气预热器内的管子水平放置，使烟气在管外横流冲刷换热面，而空气在管内纵向流动。这样的设计可以提高预热器的壁温，从而减少低温腐蚀的发生。

同时，采用耐腐蚀材料也是预防腐蚀的重要措施。非金属和金属材料均可作为选择，具体可根据应用场景进行挑选。例如，在管式空气预热器的低温区域，可以采用硼硅玻璃管或涂上非金属防腐层来增强耐腐蚀性。

另外，控制燃烧过程也是降低低温腐蚀的关键环节。通过控制过剰空气量，可以减少SO3的生成量，进而降低露点温度。在石油化工厂的管式加热炉中，实现低氧燃烧需要确保炉墙的严密性，并精确控制每个燃烧器的进风量，以避免机械和化学不完全燃烧带来的问题。

最后，使用低硫燃料也是减少低温腐蚀的有效途径。烟气露点温度会随着燃料中含硫量或硫化物含量的增加而升高。因此，通过脱硫处理降低炼厂气体燃料中的硫含量，可以显著降低烟气露点温度并减少低温腐蚀的风险。