预热炉是一种将低劣质燃料（主要指高炉煤气，热煤气，尾气等低热值燃料）或空气，经过换热器，在加热炉的高温烟气中换热 ，将低劣质燃料或空气温度提高，一般到300－900度。从而提高劣质燃料的实际燃烧温度或空气的显热，达到低劣质燃料的高温煅烧或其它工艺，从而替代优质燃料。
预热炉简介
预热炉预热炉是一种将低劣质燃料（主要指高炉煤气，热煤气，尾气等低热值燃料）或空气，经过换热器，在加热炉的高温烟气中换热 ，将低劣质燃料或空气温度提高，一般到300－900度。从而提高劣质燃料的实际燃烧温度或空气的显热，达到低劣质燃料的高温煅烧或其它工艺，从而替代优质燃料。
实现了低劣质燃料对优质燃料的替代，从而大大节省燃料成本。同时，也减少了低劣质燃料或尾气的排放，减少污染。是一个非常节能而且环保的新工艺，新技术。
200 kt /a 甲醇装置预热炉原始设计为立式圆筒管式炉，辐射段对入转化炉的蒸汽和焦炉气进行预热，对流段对入转化炉的氧气和蒸汽进行预热，以满足转化炉的反应条件; 对流段上部对锅炉水进行预热，以回收烟气余热。可见，预热炉是甲醇装置中的重要设备，一旦发生故障，转化系统乃至整个甲醇装置必须紧急停车处理，其是否正常运行直接影响甲醇装置的安全、稳定运行。
设备技术参数
预热炉燃烧空间燃烧气为合成弛放气，其低热值为10 021 kJ /m3，消耗量为3 300 m3 /h; 进燃烧器合成弛放气压力3 ～ 8 kPa、温度40 ℃。
设备特性参数
预热炉壳体内径5 156 mm、H = 23 842 mm，烟囱高16 000 mm，材质为Q235-A; 预热炉内设有加热管，管外介质为燃料气，管内介质为焦炉气、蒸汽、锅炉水。
预热炉的运行情况
预热炉自，投用后，运行期间共发生过8 次设备异常事故，具体如下。
(1)预热炉辐射段出口法兰泄漏，停车对垫片及螺栓进行更换。原因分析: 安装质量方面的问题，螺栓选材错误。
(2)辐射段出口集气管联箱焊缝出现裂纹，停车进行补焊。原因分析:联箱制造焊接质量不合格。
(3)预热炉对流段锅炉水换热管泄漏，因修复困难、施工难度大，经专题会议研究决定将锅炉给水管道自炉外短接，锅炉给水进出口联箱处进行了封堵。原因分析: 对流段锅炉水换热管制造质量差。
(4)辐射段出口联箱与盘管角焊缝发生泄漏，系统停车对漏点进行补焊。原因分析: 辐射段盘管出口管与联箱的焊接结构原始设计和焊接工艺不完善; 角焊缝存在焊角高度不够且未焊透的问题。
(5)辐射段出口联箱与盘管角焊缝处再次发生泄漏，停车对联箱进行改造、更换，彻底解决了设计方面存在的缺陷。
(6)辐射段联箱出口配对法兰裂缝泄漏。原因分析: 配对法兰与管道在原始安装过程中存在错边现象，且该管道热膨胀应力集中在法兰高颈过渡区，运行过程中由于应力过大而导致裂纹产生。进一步检查发现联箱法兰高颈部位存在裂纹，对联箱法兰及配对法兰进行了更换。
(7)正常生产中，进入转化炉的氧气流量( F60611) 突然由7 453m3 /h 涨至8 066 m3 /h，氧气压力由2. 29 MPa 降至2. 21 MPa，预热炉出口氧气温度由353 ℃涨至370 ℃，转化炉热点( T60608) 由961 ℃ 降至908 ℃，转化炉热点温度较高只能达到954℃，其余指标均正常; 现场检查，预热炉内声音异常。经检查分析，确定为预热炉内氧气+ 蒸汽换热列管泄漏。系统停车后，经综合考虑决定不对预热炉进行解体检查，在外部对3 根炉管分别进行试压查漏，较内层盘管压力升不起来，判断此根盘管泄漏。于是对该盘管进行了两头封堵后重新开车，系统维持80%的负荷生产，同时甲醇厂制订了《预热炉监控运行措施》、《预热炉氧气炉管泄漏应急预案》。
(8)正常生产中，预热炉炉膛对流段温度( TI60627) 突然由406℃降至313 ℃; 预热炉出口氧气温度上涨，入转化炉的氧气流量上涨，氧气压力下降; 入转化炉氧气压力( P60618 ) 与入转化炉焦炉气压力( P60613) 的差值由0. 04 MPa 突然降至0. 02MPa; 现场能听见预热炉内声音异常。由于现场情况与设备故障现象一致，判断预热炉内氧气+ 蒸汽炉管再次发生了泄漏。甲醇厂转化系统随即紧急停车 [3]
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预热炉内氧气管道泄漏原因分析
设备设计存在缺陷
(1) 设计技术数据错误。预热炉设计中，在工艺流程与设备一览表中明确预热炉对流段炉管内介质为“氧气－ 蒸汽”，而在设计的预热炉设备图中，图纸数据一栏显示，预热炉对流段炉管内介质为“蒸汽”，预热炉工艺图与设备图中介质内容不相符，预热炉设备技术数据错误。
(2) 设备材质使用等级低。据检修检查结果，预热炉内一组3 根“氧气－ 蒸汽”管中有1根多处出现漏点。经分析发现， “氧气－ 蒸汽”盘管使用的材质为304。304 较OCr18Ni10Ti 和316、310 等材料在425 ℃以上产生晶间腐蚀的倾向更强，600 ～ 700 ℃属于304 的晶间腐蚀敏感区，腐蚀速率较快，而蒸汽+ 氧气属于湿氧状态，高温下能对Cr2O3防氧化膜产生破坏，对304 有强氧化作用。经与多家设计单位交流确认，304 材料不适宜在高温、高氧的环境下长期使用，即对于预热炉的运行工况来说，“氧气－ 蒸汽”盘管选材等级低，不能满足使用要求。
(3) 设备结构设计不合理。预热炉为立式圆筒管式炉，设计时全部采用盘管结构，从运行情况来看，其热效率不高，仅为75%，且炉管发生故障需检查、检修时必须对预热炉进行解体，可修性差，检修非常困难。
工艺设计本质安全方面存在缺陷
(1) 氧气经预热炉对流段预热后进入转化炉，焦炉气经预热炉辐射段预热后进入转化炉。焦炉气与纯氧同时在1 台预热炉内预热的工艺，在国内同类型甲醇厂无相同设计。而这种设计存在本质安全问题，即预热炉氧气盘管一旦发生大量泄漏，或发生少量泄漏而未及时发现和采取停车措施，高温氧气将导致预热炉发生重大事故;更严重的是，如预热炉内氧气管线大量泄漏，转化炉内1 000 ℃ 左右的高温气体倒流入氧气管线，还会引发二次事故，后果更加严重。之前2次氧气管线泄漏，幸亏及时发现，处理正确果断，避免了恶性事故的发生。
(2) 预热炉在原始设计时未设置“长明灯”，炉膛内燃料气泄漏或者瞬间熄火后，必然造成燃料煤气在炉膛内集聚，与空气混合形成爆炸性气体。
(3) 预热炉设计助燃空气为空气鼓风机强制送风，而一旦助燃空气鼓风机故障跳车，预热炉助燃空气必然停供，这时预热炉必须迅速切断燃料气并熄火，否则必然造成预热炉炉膛内燃料气大量积聚，较有可能发生燃爆，而且预热炉熄火后，无法对焦炉气、蒸汽、氧气进行预热，不能提供后工序转化反应所需热量，转化系统也必须停车。因此，预热炉助燃空气仅设计为鼓风机强制送风存在本质安全隐患。
(4) 预热炉设计时未设置火焰检测保护系统，预热炉熄火后，不能自动联锁切断燃料气，必然造成预热炉炉膛内燃料气大量积聚，较有可能发生燃爆。
技术管理方面存在缺陷
(1) 项目基建时期，由于技术管理不到位，技术人员没有及时发现原始设计、制造方面的缺陷。
(2)预热炉盘管发生泄漏后，相关技术人员未能对原设计存在的问题进行详细地识别与分析，只认为是炉管对接焊口处存在缺陷，采用试压查漏的办法确定泄漏位置为内圈炉管，因无法进行内部修理，仅对泄漏炉管进行了封堵，使用2 根炉管来保证系统80% 负荷的生产要求，同时对泄漏盘管、集气管上报计划进行采购( 到货周期约2 个月) 。由于技术管理不到位，结果预热炉盘管再次发生了泄漏。当然，在此期间，工艺人员也提出焦炉气与氧气在同1台管式炉内加热存在本质安全方面的隐患，需对预热炉进行改造 [1]
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改进措施
结合现场实际情况，针对原始设计、制造方面的缺陷，对预热炉进行改造，由预热炉制造厂家根据设计院提供的基础数据及技术要求对预热炉进行改造设计，同时完成改造施工。具体改造内容如下。
(1) 对流段炉管内介质由“氧气－ 蒸汽”改为“蒸汽”; 为避免开停车过程中异常工况对炉管造成的不利影响，确保装置的安全、稳定运行，对流段炉管操作温度按开车工况500 ℃进行设计选材，选用340H，采用新材料对对流段炉管进行整体更新。
(2) 对预热炉的4 台燃烧器进行更换，同时助燃空气由原来的强制送风改为自吸与强制引风可联锁自动切换的方式; 在预热炉对流段增设助燃空气预热器，回收预热炉烟气余热，提高助燃空气温度，减少预热炉燃料气的消耗。
(3) 对氧气流程进行变更，即预热炉不对氧气进行预热。改进后的系统流程为: 蒸汽在预热炉对流段进行预热后，在转化炉烧嘴入口处与氧气混合后进入转化炉。
(4) 由于对流段锅炉水换热管泄漏难以修复，预热炉就将锅炉给水管道自炉外短接，在锅炉给水进出口联箱处进行了封堵。此次改造中，取消了原预热炉对流段锅炉给水加热段。
(5) 为增大预热炉运行的安全系数，燃烧器增设了长明灯，消除了炉膛内瞬间熄火后燃料气在炉膛内集聚与空气混合可能形成爆炸性气体的安全隐患 [3]
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总结
(1) 本次氧气流程变更后，预热炉不对氧气进行预热，蒸汽在预热炉对流段预热后，在转化炉烧嘴入口处与氧气混合进入转化炉，杜绝了氧气在预热炉内泄漏的可能，提高了生产的安全性。
(2) 预热炉改造后，预热炉出口混合气温度为580 ～ 630 ℃ ( 指标为580 ～ 660 ℃) ，预热炉出口蒸汽温度为376 ～ 396 ℃ ( 指标为400 ℃以下) ，2 项关键指标及其他工艺指标均满足生产要求。
(3) 预热炉4 台燃烧器更换后，烧嘴温度明显降低，便于预热炉烧嘴燃烧气及空气的调节，操作人员的人身安全**也得到了提高; 助燃空气由强制送风改为自吸与强制送风可联锁自动切换的方式后，提高了预热炉运行的稳定性，避免了因风机故障而导致的预热炉和甲醇生产系统停车。
(4) 预热炉对流段增设了助燃空气预热段后，既提高了助燃空气的温度，又回收了烟气余热，降低了烟气的排放温度，利于环保。
(5) 预热炉燃烧器增设长明灯后，避免了预热炉熄火后炉膛内爆炸性气体的存在，提高了预热炉正常运行及紧急状态下的安全性
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