1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
文 献 综 述
0 引言
石油的炼制过程是蒸馏、萃取等物理过程，也是包含了裂解、缩合、转化等化学过程。在这些过程中都需要供给大量的热量才能完成。加热炉就是为这些过程提供热量的设备，其供热量直接影响后续产品的收率，或直接影响后续反应器的反应深度，从而影响最终的产品收率[1]。同时，加热炉又是炼油装置的能耗大户，其燃料消耗在炼油企业能耗中的比重约为40%，加热炉装置是否节能和高效直接影响着整个企业的运营和盈利。炼化常见加热炉燃料消耗占装置总能耗的比例为：常减压蒸馏装置一般为82%～92%，焦化装置约为90%，连续重整装置约为82%，柴油加氢装置约为30%[2]。因此，提高加热炉热效率，减少加热炉燃料耗量，在原油价格不断上涨的今天，对于落实节能减排政策、提高炼油企业经济效益和能效水平都有重要意义。
本课题针对炼化500万吨常减压加热炉的烟气余热，研制热管换热器进行回收，用来预热助燃空气，达到节能降耗的目的。
1 炼化常减压装置工艺
1.1 常减压装置概念
常减压装置是常压蒸馏和减压蒸馏两个装置的总称，因为两个装置通常在一起，故称为常减压装置。主要包括三个工序：原油的脱盐、脱水；常压蒸馏；减压蒸馏。从油田送往炼油厂的原油往往含盐（主要是氧化物）带水（溶于油或呈乳化状态），可导致设备的腐蚀，在设备内壁结垢和影响成品油的组成，需在加工前脱除。
常减压蒸馏是炼油加工的重要工序，常减压蒸馏装置是炼油厂和许多石化企业的龙头。装置的处理量即原油一次加工能力，常被用作衡量企业发展进度的标志。
常减压蒸馏装置由于加工原油的数量巨大，因而常减压蒸馏装置的规模及能量消耗巨大，其能耗一般约占炼厂总能耗的25%～30%左右[3]。
1.2 常减压装置主要设备及工艺流程
常减压装置的主要设备为：塔和炉
1.2.1 塔
塔是整个装置的工艺过程的核心，原油在分馏塔中通过传质传热实现分馏作用，最终将原油分离成不同组分的产品。最常见的常减压装置流程为三段气化流程或称为两炉三塔流程，常减压中的塔包括：初馏塔或闪蒸塔、常压塔、减压塔。工艺流程如图1。
初馏塔：原油换热至220-240℃左右，进入初馏塔或闪蒸塔，流入塔底的液相部分送至常压炉，气相上升至塔顶，在初馏塔顶分馏出重整原料或轻汽油（也称作石脑油）。
常压塔：常压塔的作用是在接近常压状态下分离出原油中的部分组分，获得汽油煤油等，为了使常压侧线产品初馏点和闪点合格，在常压塔侧还设有一汽提塔，采用水蒸汽蒸馏的方式分离出常压侧线产品中的部分组分，一般常一线常结线需设汽提塔，常压汽提塔是各侧线汽提塔连接起来的组合塔。
减压塔：减压塔的作用是在减压状态下，对经常压塔分馏后的常底油继续进行分馏获得重柴蜡油等产品。
图1 工艺流程图[3]
1.2.2 加热炉
加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统五部分组成。其作用为：是利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热炉中高速流动的物料，使其达到后续工艺过程所要求的温度。加热炉是石油化工行业最常用的设备之一，也是消耗能量最多的设备。一般来说，加热炉总能耗占炼油厂总能耗的 30％ 以上[1]。 因此，提高加热炉热效率，对降低炼油厂总能耗水平、提高经济效益，具有重要意义。
1.3 加热炉节能改造的方法
加热炉有诸多节能改造的方法与措施，其中主要有：
（1）提高衬里保温效果，降低炉体外表面温度，减少散热损失；
（2）高温辐射涂料的应用；
（3）提高炉体密封性，减少炉体漏风量；
（4）烟气余热回收系统改造。
加热炉余热回收系统由供风系统和排烟气系统两部分组成。供风系统的流程是：空气由鼓风机吸入空气预热器，经与烟气换热后，热空气分两路通过风道分别进入常压炉和减压炉燃烧器，供火嘴燃烧用。排烟气系统流程是：由常压炉、减压炉各对流室排出的大约300～380℃烟气，经过加热炉顶部汇集烟道进入换热器与空气换热，烟气温度降到170℃以下，被引风机抽出送到常压炉烟囱上部排入大气[2]。
对于烟气与空气之间的热交换，采用换热器来实现。换热器的种类繁多，如按照结构可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。如固定管板式换热器，由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。但其壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。因此，本课题是在装置正常运行情况下，对空气预热器系统进行了改造，由将普通空气换热器改为热管式空气预热器。
2 热管空气预热器
2.1 热管技术简介
热管是热管空气预热器的核心元件，其性能好坏与空气预热器整体性能的优劣密切相关。蒸馏装置加热炉空气预热器所用热管为重力式，其结构及工作原理如图2所示。它由管壳及工质两部分组成，热管加热段吸收烟气释放的热量，液态工质蒸发成蒸汽。蒸汽向压力较低的冷却段移动，到了冷却段蒸汽向管外空气释放热量，同时工质冷凝成液体，冷凝后的液体在重力作用下重新返回加热段，如此往复循环。热管工质按工作温度选择，如工质为钠的热管用于高温区，水热管用于低温烟气区，既无胀裂现象，又可节省投资。
热管以工质相变的方式进行传热，因此传热效率高。热管两侧都与气体进行热交换，为了强化管外换热，两侧都装设了翅片以增大传热面积。加热段翅片间距较冷却段大，主要是避免积灰结垢，防止降低传热效率。
图2 热管工作原理图[4] |
2.2 热管余热回收系统及结构
2.2.1原理
热管余热回收系统是由引风机把加热炉排出的高温烟气通过重合烟道引入热管空气预热器，经过放热后，由引风机排至重合烟囱，再由联接管经过加热炉本身烟囱排出。新鲜空气由鼓风机送入热管空气预热器，经过吸热后进入环形风道，继而进入炉内与燃料混合燃烧，从而使整个系统达到回收热量的要求[4]。改造后的热管空气预热器设备如图3示，主要由壳体和热管元件组成。壳体为一个钢结构件，下侧为热流体通道，上侧为冷流体通道，中间由隔板分隔开。
2.2.2 结构
热管余热回收系统主要由热管空气预热器、全方位自动吹灰装置、烟气系统、空气系统及控制系统组成，其结构示意图见图4[4]。
图3 热管式预热器设备图 | 图4 热管余热回收系统示意图 |
3 热管在常减压炉改造中应用的意义
由于炼油企业市场竞争日趋激烈，因此加大余热回收，降低加热炉的能耗，降低生产成本，成为节能的重要任务。热管空预器以它优良的热工性能、合理先进的结构、不大的投资、巨大的经济效益回报，具有很高的应用价值[7]。热管空气预热器是一种高新技术。其良好的均温性、热流密度可调性可有效防止酸露点腐蚀，良好的耐热性可有效地增加设备的使用寿命。热管空气预热器同时具备应用温度范围广泛，介质工作压力低，无爆管，启动速度快等优越性能为一体，是目前加热炉余热回收中空气预热的首选结构。
参考文献
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
1 研究的问题
本课题针对炼化500万吨/年常减压加热炉生产工艺流程，利用其烟气的余热来加热空气回炉子助燃，达到节能效果。
2 研究手段
