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圓筒形加熱爐擴能改造設計與探討

文檔作者：羅亮文檔來源：中國石化工程建設有限公司，		更新日期： 2026年06月13日	點擊數：
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上一篇：關于化工分析在化工生產過程中的重要性探析

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工業爐 4"i~I化lr設備技術，201 7，38(5)·23·
Pet ro—Chemical Equipment Technology
圓筒形加熱爐擴能改造設計與探討
羅 亮
(中國石化工程建設有限公司，北京1 00101)
摘 要：通過實例探討圓筒形加熱爐(以下簡稱圓筒爐)擴能改造的方法，詳細介紹了改造方案的制定、
改造界面的選擇以及改造工程的具體實施，提出了圓筒爐改造過程中的重要節點。針對爐管系統的優化及
鋼結構局部節點的加固．對比了多種改造施工方法．給出選擇具體施工方法的原則。同時，提出了圓筒爐改
造施Z-過程中應注意的問題，總結出圓筒爐改造技術特點，為煉油行業加熱爐的技術改造升級提供了一種思
路和方法。
關鍵詞：圓筒爐 改造 鋼結構加固
doi：10．3969／j．issn．1006— 8805．2O1 7．05．OO7
隨著國家對環保的要求日益提高，石油煉化
企、 需要不斷完善自身產品結構，為社會提供更
為清潔、環保、優質的石化產品。越來越多的煉
油廠希望通過新建裝爵或技術升級改造，提升
產和盈利能力。
當煉油裝囂進行升級改造時，加熱爐熱負荷
及工藝介質流掇通常會有相應的變化，加熱爐同
叫。。也需要進行技術改造。對于圓筒爐，“ 以通過
適度提高熱強度的方式進行改造，也町對管系
進行改造，比如利片j對流段預留管排增加對流爐
管數量等。而當以} 措施不能滿足新1-藝要求
時，則需要通過增加輻射爐管根數或長度、更換大
管徑的爐管、增加對流管排或者改變對流爐管擴
面部分的參數等，塒JJⅡ熱爐進行較大程度的技術
改造。
以某煉油廠200萬,／a加氫裂化裝置改造工
程為例進行詳細介紹。該裝置建成于2005年，加
熱爐采用現場制作安裝的傳統建造模式，其中分
餾進料加熱爐的結構參數見表1。
原設計分餾進料加熱爐為對流輻射捌圓筒
爐，輻射爐管為單排管單面輻射、靠墻布置形
式，設計熱負荷23．84 Mw，正常操作熱負荷為
l9．16 MW ，工藝介質流 為184 068 kg／h，人爐
溫度為266 C。出爐溫度為360 C。改造后該爐
設計熱負荷為33 Mw ，正常操作熱負荷為26
Mw ，工藝介質流量為l77 504 kg／h，入爐溫度
為l90．6 C，出¨溫度為325 C，對流段過熱蒸
汽的熱負荷 變。
1 改造方案
改造后設計熱負荷提高了38．4 9／6，正常操作
熱負荷提高了35．7 。針對本裝置加熱爐提出三
種改造方案：
方案A：分餾進料加熱爐結構維持不變，依據
工藝模擬汁算調整爐管材質及控制參數；
方案B：分餾進料加熱爐輻射段爐管維持不
變，塒流段增加五排翅片管用于預熱工藝介質。
方案(：：分餾進料加熱爐輻射段爐管每根增
長2 500 mm，塒流段增加兩排翅片管用于預熱工
藝介質。
改造后的分餾進料加熱爐 藝參數見表2。
從表l、表2中叮以看出，改造方案C中分
餾進料加熱爐除滿足工藝要求外，操作彈性較
大，并}IJ其輻射熱強度符合單面輻射熱強度要
求，可以更好地在長周期下平穩運行。所以改造
選擇方案C。
2 改造內容
2．1 改造方案的實施
依據工藝計算結果及最終確定的改造方案，
對該爐進行以下改動，見圖1。
收稿日期：2017—06 18。
作者簡介：羅亮，男，2003年畢業于北京化工大學過程裝備
與控制工程專業，學士，長期從事加熱爐設備設計工作，工
程師。
Email：luoliang@ sei．tom．cn。
油 化二【： 沒備技 術
表1 分餾進料加熱爐改造結構參數比較
爐膛內徑／m 8．247 8．247 8．247
爐膛凈高／m 17．627 17．627 17．627+2．5
輻射室 爐管規格／ram ≠168×8×16 500 ≠168X 8X16 500 ≠168×8×(16 500十2 500)
爐管材質
爐管數量／根
碳鋼
80
碳鋼
80
碳鋼
80
表2 改造后分餾進料加熱爐工藝參數
熱負荷／MW
爐膛溫度／℃
排煙溫度／℃
管內壓降／kPa
最高油膜溫度／C
最高管壁溫度／℃
輻射段平均熱強度／(W ·ra )
33．171
829．6
246．8
384．11
360．5
402．6
33 172
26．13O
769_8
25B．6
46O．96
354．6
389．4
27 528
圖1 改造方案示意
2．1．1 輻射室
1)原8O根輻射爐管每根增長2 500 mm，保
持4管 不變；
2)輻射筒體鋼結構和襯里結構相應加高改
造；
3)輻射段在爐頂處與對流段拆分，對流轉輻
射轉油線相應改造；
4)原輻射頂鋼結構按利舊考慮，如拆除過程
中損壞嚴重不能利舊則需重新制作；
5)輻射爐底、筒體、輻射爐頂襯里進行棚應
增加和修 ；
6)更換全部燃燒器。
2．1．2 對流室
1)原預留位置增加兩排翅片管；
2)原彎頭箱門在新爐管對應位置改造爐管
出人口。
2．1．3 煙道
原對流頂煙囪短節及煙道擋板利㈦，擋板以
上煙道相應縮短以保證與余熱回收水平煙道的原
有位置相接。
2．1．4 其他
對所有利舊部分，拆除時應采取有效措施減
少不必要的損壞，并應對此部分進行檢驗，滿足安
裝要求時方可利舊。如爐管，需進行管 測厚等
檢測，應特別關注遮蔽段，記錄壁厚減薄情況，若
腐蝕減薄嚴重則應更換爐管。
2．2 改造重點
2．2．1 管系
該圓筒爐管系為4管程，將輻射爐管切割后
接長爐管方案見圖2。切割部位選擇盤管底部直
38卷第5期
山 山山Ⅲ 山山Ⅲ
圖3 對流管束改造方粟不恿
2．2．2 鋼結構
1)簡體立杵
結構汁算結果顯示，原輻射簡體 柱截面在
強軸方向最大府力比已達159．6 ， 滿足結構規
范要求，需采用截面補強法 ，即在局部或沿構件
全長以鋼材補強，形成整體使之共同受力，提l島結
構整體承載力、剛度和穩度。利川慣性矩平移公
式在原輻射簡體 柱翼緣外側沒置T 加強，見
圖4。
慣性矩平移公式：
， 一，、 + “
式r1l：J 截I自f對X 4111慣性 i．cn1’；
j 他向肜心平行x軸慣 ．cn1 ；
“ 濺 形心趴x軸距離，cn]；
A 敲【(【『【fⅡ積．Crl。 。
原輻射簡體● 性截【『Ii為丁 鋼280，T 』JIl
強選川 緣 l6 FI11TI。翼緣覺l()0 IllFI]。腹板 10
mm 的T， 鋼，寬度為1 50 I／1Frl，運川慣性 平移
公式汁算后，J X慣 tq-：甜 為1 7 756．4 Cm‘，JY慣
勻i為796．25 CFI] 依據實腹式軸心受 構件的穩
定性公式¨ ：
≤ 廠 ① 、
式 }1．N j=}f1心J 或拉力，kN；
軸心受 構件的穩定系數；
／ 抗托姒度，MPa。
得劍 、弱軸穩定J、 力比最大值， 3。
表3 強、弱軸穩定應力比最大值
輻射立柱 159．6 90．2 68．6 46．6
爐底立柱 69 95．4 57．8％ 63．1
x
x‘。 ／
l
I＼
＼
_
、
x
件
f水外侄
圖4 輻射簡體立柱加強不熏
2)爐底立柱
結構汁 結 濕爾，原爐底 杞俄麗雖然
軸方向最火臆力比為69 ， 弱軸方向坡大
J、 力比 達到95．4 。 慮劍實際 中還會
未知倚載的波動影響，為增』Ju安令町靠性，需要對
其進行加 。Ⅲ樣采川截 補強法進行加 ．見
l皋I 5。根據械面特性，考慮腹板受力均勻，JJ【Jl州采
”J 腹板 側設 T 鋼。運剛慣性 平移公
式進行驗算，驗算結果 表3。
3)杜腳加
本此改造．分餾進料加熱爐桂腳艱 荷載增
加28％ 。水平倚載增加63 ，經結構 業核算，
沒汁樁基需安加 。另外，結構計 中}}{ I于水平
的增加 rfi i’ 在扯腳底板 樁基之問增設抗!)j『
石油 化 I 設 備技 術
件。但對于改造項目，尤法枉原柱腳板下方直接
焊接抗剪件，只能依據現有柱腳形式進行改造。
改造方法有兩種：
} Jill強
』卜＼ ’ 川 f爐『小外徑
蘭÷ 一v
圖5 爐底立柱加強示意
a．在原柱腳底板I 外孔，并且將柱腳板下的
基礎鉆洞，見圖6。然后將 棒形抗剪件插入孔
中，并且進行二次灌漿 ”，最后用蓋板將抗剪件與
柱腳底板焊接。
f：< 昏 ’天● I {
、 7 =z II ：{
，
＼
； ：
_(
! = ／
1【】f) ＼ 蓋1
圖6 第一種抗剪件示意
b．將柱腳板四周加寬至 砼基礎尺寸相同，
在砼基礎外周邊焊接框板，見圖7。
第一種方案由于要對爐底板及基礎進行鉆
孔，需要爐體柱腳與一層平臺梁之間有一定的施
T問硝 ，當此距離尤法安裝鉆孔工裝時只能采用
第二種改造方案。
本次改造原設計爐底 柱是長立柱，爐體柱
腳與一層平臺梁之問的問距較大，滿足安裝鉆孔
上裝要求，故采用第一種改造方案修改。
4)輻射簡體
輻射爐管加長后，輻射筒體隨之增高。輻射
筒體的加高常用兩種方法：
飯
新增)
框扳
新增)
加強筋 1強
圖7 第二種抗剪件示意
a．原輻射簡體沿吊鉤加強環粱卜表面切除
壁板，按新尺寸重新制作輻射簡體頂部結構，原簡
體相接處設置連接鋼板，新筒體底部與連接鋼板
相焊接，見圖8。
爐顧板I．表而
|
籬吊鉤中心線標高
— — — — ～ 十j
f
I 誼
＼
、 芷
、 {j=
fIj鉤『Jf1強梁上表面
— — — —
一
0 I 十t+ f
mf、 幣 一 ／
圖8 第一種輻射簡體安裝示意
b．原輻射室拆除爐頂部分，新制造增高部分
的輻射簡體及頂環梁。新制造的簡體立柱與原有
的頂環梁相焊接，立柱與原設計立柱應? 一對應．
第38卷第5期 羅 亮．圓筒形加熱爐擴能改造設計與探討
見圖9。
爐頂板上表面
一L |
戶管吊鉤巾心線標高 -
／
———— ，， f 坦
l
I 雜
＼
I 目
＼ 磐
原爐頂板上表面
— — — —
．L
原爐管吊鉤巾心線 -
— — — —
t
／
圖9 第二種輻射簡體安裝示意
第一種方案需要在切割前先將對流段及輻射
頂拆除，將爐管完全吊出，并對吊鉤加強梁做好支
撐加固，保證其圓度。在安裝新輻射段頂部筒體
時，需要將輻射立柱翼緣、腹板一一對應過渡相
焊，才能保證其連接強度。而第二種方案保留了
原輻射頂環梁結構，節省了施工用料和加固所需
施工周期，同時新輻射段頂部筒體立柱與原簡體
立柱通過組合環梁的方式過渡，結構強度得到保
證，而且焊接難度也小于第一種方案，所以圓筒爐
輻射簡體改造應采用第二種方案。
施工方案中應注意：若新增筒體立柱與原對
流底支座墊板相碰，應將原支座墊板拆除并打磨
平整，不得破壞原鋼結構及影響與新增筒體立柱
焊接，并保證新增簡體立柱與原組合環梁上環板
焊接平整穩固，見圖1O。
新增輻射簡體可分片制作，現場組裝后整體
吊裝。輻射爐管吊鉤位置相應上移，原設計吊鉤
位置壁板密封補襯里。
5)輻射爐頂與輻射段的連接
圓筒爐輻射爐頂常為爐頂板與輻射簡體頂環
梁直接相焊。改造時將爐頂板外沿按規定尺寸切
割后輻射簡體與輻射爐頂之間各自獨立，爐頂鋼
結構部分若拆除后完好無損可完全利舊，通過新
增連接角鋼與改造后新增輻射簡體頂環梁相焊，
見圖ll和圖12。
6)輻射爐頂與對流段的連接
輻射爐頂模塊通過連接槽鋼與對流段最下方
模塊壁板相焊形成封閉空間。將與連接槽鋼相連
的壁板切割后，輻射爐頂模塊與對流段模塊實現
完全分離。改造后可通過新增連接角鋼將二者重
新相連，見圖13和圖14。
／
)a／
／ =、- 1緣立伸柱下至槽端翼鋼 r一一、 ‘＼
l兩側開坡 l
400
i — l
I
圖l0 新增輻射筒體立柱與原輻射頂環梁節點
(切割范嗣)
圖12 改造后原輻射爐頂利舊安裝節點
7)對流模塊
對流底座通過底板與輻射頂環梁相焊，改造
時。拆除原輻射頂環梁與對流底座，底座板廢棄，
重新制造新的底座板與新增輻射簡體頂環梁相
焊，見圖15和圖16。
沒 技 術
lJ] 制拆除
8
二二 三
圖l3 原設計輻射爐頂與對流模塊拆除節點
圖l4 改造后輻射爐頂與對流模塊安裝節點
棚l j 增輻 J f水{訓 占構硐t擔f 01lJ
肟 對流曼J世Jl 飯拆l涂
圖l5 原設計對流底座拆除節點
圖l6 改造后對流底座利舊安裝節點
3 施工注意事項
1)改造項目的』JIl熱爐，其例結構損害的主要
素 ：
『【J倚哉變化 致結構承絨 小足；
b．構件產 彤、扭曲、傷賤、叫陷等，斂使
構什俄 iIjIJ弱。樸什翹¨1J，連接"裂等；
c．溫籃作川下 JI越構什或連接變形、Jl：裂和1
翹『I1l；
d．?于化 物質的侵蝕I~1 廣：，卜腐蝕以及電
化 腐蝕致使鋼結構構件罐Jl】 減薄。撼m 計 下
降等。
』!『i：以在改造項H施上川：始I1訂就J、 對利?n勺鋼
結構材料及部件進行檢測．確保 滿足改造
材料質 要求。
2)改造項II 利用裝 沒備檢修j9J作為
施I 周期，工期 ’緊張， 此幢最大化地實現
模塊化頂制 改造 施工順序的統籌規劃 為
重 。
3) 對 的JJI1 rflI J、 竹幣=考慮 臺支架
等原小附屬在 } 的結構。 保i“：’●： JJI1 i仃
效、亢好的前提下修改訌 附l=Ij結構．ji iI j 改
造安裝安令有效。
4)車ff{射管系 分組拆卸 放 預 半臺
上進-t 切割及Jl=fl接』Jll長工干1：． 17 1 8。
預制完成的新增 射簡體模塊吊裝就f ． I冬l
19。 j 沒汁輻射簡體頂環 進 接。輒i射段
鋼 構完成改造之后口r進行紺 t 施lr．-H‘ 養護
完成后將預制好 的輻射管系吊裝進入改造 的
輻射爐胖。
改造前后加熱爐三維模， 刈‘比 }鍪J 2()。
圖l7 輻射爐管拆除
圖I8 輻射爐管改造焊接
第38卷 5期 羅兜． 簡形／J【i熱爐擴能改造波汁 探 ·20 ·
圖l9 新增輻射簡體模塊吊裝
圖2ll 改造前后加熱爐三維模型對比
(上接第22頁)
況小。從理論計算不1l有限 C法得出的最大應力位
置(排除板2位于內緣的尖端應力歧化)及最大應
力值均比較接近。叮以說I】』j 論計算的辦法比較
可靠。
3．2 有限元模型一與有限元模型二的比較
模型一與模 二建、，：的主要區別在于接觸向
沒定的不 。模 一將接觸 設定為“一m狀
態”，而模型二將接觸而視為”約束狀態”。模型二
足一種認為卜子的作刖足夠大，使兩板接觸而完
傘貼合的理想狀態。町以石? 梭刑二的汁箅撓度
為2．03 rnin，儀為模 一的l／4。同時，目前沒仃
模型二計算相仿的朋淪汁釬：方法。況且在實際
程中也 難保 接觸 完令蚺合。模剄二 川J
于上程計算較為冒進。
通過分析『l『以得? ， 實際是介于模 一
與模 二之問的一種’l 況。卡；l型一的計算模
更適合于l 程計算，較為保 且無需人為加余
封
4 結語
改造足·項系統上程，改造后的加熱爐／f 儀
要滿足 藝操作的要求，而且應枉土建、儀喪等
他々、I 都能滿足 求的前提下才能確定最終力‘
案。應核算JJlI熱爐鋼結構強度，針塒小 的鋼結
構薄弱環 進行』JI1強，以滿足相關規范要求。
簡爐改造的符 點應根據模塊化制造的特點進行
設汁。如輻射刈‘流竹系、輻射簡體模塊、輻射頂模
塊、對流模塊、刈‘流頂煙道節點等，需考慮節點姒
度、模塊拆卸后的lIIf利剛等。
本文從沒汁、制造及施j二等方面對 簡形JJfI
熱爐的改造進行r詳細闡述，對圓筒爐在改造『f|
遇到的問題進行J，探索，為煉油行業加熱爐的技
術改造升級提供r一種思路和方法。
參考文獻：
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[3] J( 1 23 2Ol 2既有建筑地基基礎加剛技術規范
[s]．J匕 ：I?KI建筑1 業出版豐_卜．2()l2．
3．3 有限元模型二與有限元模型三的比較
模型 的建： 僅是在模型一的基礎上，增JJl1
了 筒受壓，I 7兄對模型的影響，與實際：【：程更JJ【1
符合，從汁算結果 叮以看出，兩種模型最大撓度和
最大f、 ，，J倆tj模 一幾乎一致。由此可進一步論
淪計算川于．1：程計算的口』靠性。
4 結語
1)娌淪計算 有限元分析結果 常接近．在
將來的一l 汁算小，可以用理論計算法取代 限
元分析；
2)板2 l平1J板3內緣視為“白山狀態”時的計
算l干u分析結 史接近交際情況，且較為保 ， 『心
川于 -H ~fl算；
3)計算 序『lr以用于類似的嘲環板、 平板
計算，¨使』{J較為方便。
參考文獻：
[1] 楊． 迪納斯．羅氏應力應變公式于冊[M]：第7
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