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圓筒形加熱爐擴(kuò)能改造設(shè)計與探討

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

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工業(yè)爐 4"i~I化lr設(shè)備技術(shù)，201 7，38(5)·23·
Pet ro—Chemical Equipment Technology
圓筒形加熱爐擴(kuò)能改造設(shè)計與探討
羅 亮
(中國石化工程建設(shè)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(kuò)能改造的方法，詳細(xì)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(jié)點。針對爐管系統(tǒng)的優(yōu)化及
鋼結(jié)構(gòu)局部節(jié)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(yīng)注意的問題，總結(jié)出圓筒爐改造技術(shù)特點，為煉油行業(yè)加熱爐的技術(shù)改造升級提供了一種思
路和方法。
關(guān)鍵詞：圓筒爐 改造 鋼結(jié)構(gòu)加固
doi：10．3969／j．issn．1006— 8805．2O1 7．05．OO7
隨著國家對環(huán)保的要求日益提高，石油煉化
企、 需要不斷完善自身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，為社會提供更
為清潔、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)的石化產(chǎn)品。越來越多的煉
油廠希望通過新建裝爵或技術(shù)升級改造，提升
產(chǎn)和盈利能力。
當(dāng)煉油裝囂進(jìn)行升級改造時，加熱爐熱負(fù)荷
及工藝介質(zhì)流掇通常會有相應(yīng)的變化，加熱爐同
叫。。也需要進(jìn)行技術(shù)改造。對于圓筒爐，“ 以通過
適度提高熱強(qiáng)度的方式進(jìn)行改造，也町對管系
進(jìn)行改造，比如利片j對流段預(yù)留管排增加對流爐
管數(shù)量等。而當(dāng)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(shù)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(kuò)
面部分的參數(shù)等，塒JJⅡ熱爐進(jìn)行較大程度的技術(shù)
改造。
以某煉油廠200萬,／a加氫裂化裝置改造工
程為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。該裝置建成于2005年，加
熱爐采用現(xiàn)場制作安裝的傳統(tǒng)建造模式，其中分
餾進(jìn)料加熱爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。
原設(shè)計分餾進(jìn)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(shè)計熱負(fù)荷23．84 Mw，正常操作熱負(fù)荷為
l9．16 MW ，工藝介質(zhì)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(shè)計熱負(fù)荷為33 Mw ，正常操作熱負(fù)荷為26
Mw ，工藝介質(zhì)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(fù)荷 變。
1 改造方案
改造后設(shè)計熱負(fù)荷提高了38．4 9／6，正常操作
熱負(fù)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(jìn)料加熱爐結(jié)構(gòu)維持不變，依據(jù)
工藝模擬汁算調(diào)整爐管材質(zhì)及控制參數(shù)；
方案B：分餾進(jìn)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(yù)熱工藝介質(zhì)。
方案(：：分餾進(jìn)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(yù)熱工
藝介質(zhì)。
改造后的分餾進(jìn)料加熱爐 藝參數(shù)見表2。
從表l、表2中叮以看出，改造方案C中分
餾進(jìn)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(qiáng)度符合單面輻射熱強(qiáng)度要
求，可以更好地在長周期下平穩(wěn)運行。所以改造
選擇方案C。
2 改造內(nèi)容
2．1 改造方案的實施
依據(jù)工藝計算結(jié)果及最終確定的改造方案，
對該爐進(jìn)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(yè)于北京化工大學(xué)過程裝備
與控制工程專業(yè)，學(xué)士，長期從事加熱爐設(shè)備設(shè)計工作，工
程師。
Email：luoliang@ sei．tom．cn。
油 化二【： 沒備技 術(shù)
表1 分餾進(jìn)料加熱爐改造結(jié)構(gòu)參數(shù)比較
爐膛內(nèi)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(guī)格／ram ≠168×8×16 500 ≠168X 8X16 500 ≠168×8×(16 500十2 500)
爐管材質(zhì)
爐管數(shù)量／根
碳鋼
80
碳鋼
80
碳鋼
80
表2 改造后分餾進(jìn)料加熱爐工藝參數(shù)
熱負(fù)荷／MW
爐膛溫度／℃
排煙溫度／℃
管內(nèi)壓降／kPa
最高油膜溫度／C
最高管壁溫度／℃
輻射段平均熱強(qiáng)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(jié)構(gòu)和襯里結(jié)構(gòu)相應(yīng)加高改
造；
3)輻射段在爐頂處與對流段拆分，對流轉(zhuǎn)輻
射轉(zhuǎn)油線相應(yīng)改造；
4)原輻射頂鋼結(jié)構(gòu)按利舊考慮，如拆除過程
中損壞嚴(yán)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(jìn)行棚應(yīng)
增加和修 ；
6)更換全部燃燒器。
2．1．2 對流室
1)原預(yù)留位置增加兩排翅片管；
2)原彎頭箱門在新爐管對應(yīng)位置改造爐管
出人口。
2．1．3 煙道
原對流頂煙囪短節(jié)及煙道擋板利㈦，擋板以
上煙道相應(yīng)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(yīng)采取有效措施減
少不必要的損壞，并應(yīng)對此部分進(jìn)行檢驗，滿足安
裝要求時方可利舊。如爐管，需進(jìn)行管 測厚等
檢測，應(yīng)特別關(guān)注遮蔽段，記錄壁厚減薄情況，若
腐蝕減薄嚴(yán)重則應(yīng)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(jié)構(gòu)
1)簡體立杵
結(jié)構(gòu)汁算結(jié)果顯示，原輻射簡體 柱截面在
強(qiáng)軸方向最大府力比已達(dá)159．6 ， 滿足結(jié)構(gòu)規(guī)
范要求，需采用截面補(bǔ)強(qiáng)法 ，即在局部或沿構(gòu)件
全長以鋼材補(bǔ)強(qiáng)，形成整體使之共同受力，提l島結(jié)
構(gòu)整體承載力、剛度和穩(wěn)度。利川慣性矩平移公
式在原輻射簡體 柱翼緣外側(cè)沒置T 加強(qiáng)，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(qiáng)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(jù)實腹式軸心受 構(gòu)件的穩(wěn)
定性公式¨ ：
≤ 廠 ① 、
式 }1．N j=}f1心J 或拉力，kN；
軸心受 構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；
／ 抗托姒度，MPa。
得劍 、弱軸穩(wěn)定J、 力比最大值， 3。
表3 強(qiáng)、弱軸穩(wěn)定應(yīng)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(qiáng)不熏
2)爐底立柱
結(jié)構(gòu)汁 結(jié) 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(dá)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(jìn)行加 。Ⅲ樣采川截 補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行加 ．見
l皋I 5。根據(jù)械面特性，考慮腹板受力均勻，JJ【Jl州采
”J 腹板 側(cè)設(shè) T 鋼。運剛慣性 平移公
式進(jìn)行驗算，驗算結(jié)果 表3。
3)杜腳加
本此改造．分餾進(jìn)料加熱爐桂腳艱 荷載增
加28％ 。水平倚載增加63 ，經(jīng)結(jié)構(gòu) 業(yè)核算，
沒汁樁基需安加 。另外，結(jié)構(gòu)計 中}}{ I于水平
的增加 rfi i’ 在扯腳底板 樁基之問增設(shè)抗!)j『
石油 化 I 設(shè) 備技 術(shù)
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(jù)現(xiàn)有柱腳形式進(jìn)行改造。
改造方法有兩種：
} Jill強(qiáng)
』卜＼ ’ 川 f爐『小外徑
蘭÷ 一v
圖5 爐底立柱加強(qiáng)示意
a．在原柱腳底板I 外孔，并且將柱腳板下的
基礎(chǔ)鉆洞，見圖6。然后將 棒形抗剪件插入孔
中，并且進(jìn)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(chǔ)尺寸相同，
在砼基礎(chǔ)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(chǔ)進(jìn)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(dāng)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(shè)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(qiáng)筋 1強(qiáng)
圖7 第二種抗剪件示意
a．原輻射簡體沿吊鉤加強(qiáng)環(huán)粱卜表面切除
壁板，按新尺寸重新制作輻射簡體頂部結(jié)構(gòu)，原簡
體相接處設(shè)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(biāo)高
— — — — ～ 十j
f
I 誼
＼
、 芷
、 {j=
fIj鉤『Jf1強(qiáng)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(huán)梁。新制造的簡體立柱與原有
的頂環(huán)梁相焊接，立柱與原設(shè)計立柱應(yīng)? 一對應(yīng)．
第38卷第5期 羅 亮．圓筒形加熱爐擴(kuò)能改造設(shè)計與探討
見圖9。
爐頂板上表面
一L |
戶管吊鉤巾心線標(biāo)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(qiáng)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(yīng)過渡相
焊，才能保證其連接強(qiáng)度。而第二種方案保留了
原輻射頂環(huán)梁結(jié)構(gòu)，節(jié)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(huán)梁的方式過渡，結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yīng)采用第二種方案。
施工方案中應(yīng)注意：若新增筒體立柱與原對
流底支座墊板相碰，應(yīng)將原支座墊板拆除并打磨
平整，不得破壞原鋼結(jié)構(gòu)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(huán)梁上環(huán)板
焊接平整穩(wěn)固，見圖1O。
新增輻射簡體可分片制作，現(xiàn)場組裝后整體
吊裝。輻射爐管吊鉤位置相應(yīng)上移，原設(shè)計吊鉤
位置壁板密封補(bǔ)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(huán)
梁直接相焊。改造時將爐頂板外沿按規(guī)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(jié)構(gòu)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(huán)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(xiàn)
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(cè)開坡 l
400
i — l
I
圖l0 新增輻射筒體立柱與原輻射頂環(huán)梁節(jié)點
(切割范嗣)
圖12 改造后原輻射爐頂利舊安裝節(jié)點
7)對流模塊
對流底座通過底板與輻射頂環(huán)梁相焊，改造
時。拆除原輻射頂環(huán)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(huán)梁相
焊，見圖15和圖16。
沒 技 術(shù)
lJ] 制拆除
8
二二 三
圖l3 原設(shè)計輻射爐頂與對流模塊拆除節(jié)點
圖l4 改造后輻射爐頂與對流模塊安裝節(jié)點
棚l j 增輻 J f水{訓(xùn) 占構(gòu)硐t擔(dān)f 01lJ
肟 對流曼J世Jl 飯拆l涂
圖l5 原設(shè)計對流底座拆除節(jié)點
圖l6 改造后對流底座利舊安裝節(jié)點
3 施工注意事項
1)改造項目的』JIl熱爐，其例結(jié)構(gòu)損害的主要
素 ：
『【J倚哉變化 致結(jié)構(gòu)承絨 小足；
b．構(gòu)件產(chǎn) 彤、扭曲、傷賤、叫陷等，斂使
構(gòu)什俄 iIjIJ弱。樸什翹¨1J，連接"裂等；
c．溫籃作川下 JI越構(gòu)什或連接變形、Jl：裂和1
翹『I1l；
d．?于化 物質(zhì)的侵蝕I~1 廣：，卜腐蝕以及電
化 腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)材料及部件進(jìn)行檢測．確保 滿足改造
材料質(zhì) 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(xiàn)
模塊化頂制 改造 施工順序的統(tǒng)籌規(guī)劃 為
重 。
3) 對 的JJI1 rflI J、 竹幣=考慮 臺支架
等原小附屬在 } 的結(jié)構(gòu)。 保i“：’●： JJI1 i仃
效、亢好的前提下修改訌 附l=Ij結(jié)構(gòu)．ji iI j 改
造安裝安令有效。
4)車ff{射管系 分組拆卸 放 預(yù) 半臺
上進(jìn)-t 切割及Jl=fl接』Jll長工干1：． 17 1 8。
預(yù)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(huán) 進(jìn) 接。輒i射段
鋼 構(gòu)完成改造之后口r進(jìn)行紺 t 施lr．-H‘ 養(yǎng)護(hù)
完成后將預(yù)制好 的輻射管系吊裝進(jìn)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(kuò)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(yīng)力位
置(排除板2位于內(nèi)緣的尖端應(yīng)力歧化)及最大應(yīng)
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(qū)別在于接觸向
沒定的不 。模 一將接觸 設(shè)定為“一m狀
態(tài)”，而模型二將接觸而視為”約束狀態(tài)”。模型二
足一種認(rèn)為卜子的作刖足夠大，使兩板接觸而完
傘貼合的理想狀態(tài)。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(jìn)。
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(jié)語
改造足·項系統(tǒng)上程，改造后的加熱爐／f 儀
要滿足 藝操作的要求，而且應(yīng)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(yīng)核算JJlI熱爐鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，針塒小 的鋼結(jié)
構(gòu)薄弱環(huán) 進(jìn)行』JI1強(qiáng)，以滿足相關(guān)規(guī)范要求。
簡爐改造的符 點應(yīng)根據(jù)模塊化制造的特點進(jìn)行
設(shè)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(jié)點等，需考慮節(jié)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(jìn)行r詳細(xì)闡述，對圓筒爐在改造『f|
遇到的問題進(jìn)行J，探索，為煉油行業(yè)加熱爐的技
術(shù)改造升級提供r一種思路和方法。
參考文獻(xiàn)：
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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(chǔ)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(jié)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(jìn)一步論
淪計算川于．1：程計算的口』靠性。
4 結(jié)語
1)娌淪計算 有限元分析結(jié)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(nèi)緣視為“白山狀態(tài)”時的計
算l干u分析結(jié) 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(huán)板、 平板
計算，¨使』{J較為方便。
參考文獻(xiàn)：
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