工业炉操作工艺参数测量之炉管温度及管内介质

zhangyang87

一、概述
加热炉炉管在温度升高时会失去其设计材料强度，并因为炉管内部压力影响，非常容易发生高温蠕动变形。为了延长炉管寿命、确保加热炉安全运行、避免炉管破裂造成不可挽回的重大损失，必须将炉管温度控制在设计限制内；工艺介质的流量、压力降和出口温度是通过常规仪器测量的。

二、炉管温度监测方法
大多数工艺加热炉是在辐射管的选定位置安装管壁热电偶。这些热电偶通常可以屏蔽辐射，一般安装在炉管上的火焰一侧，大约在火焰长度的一半到三分之二处。这种带屏蔽的管壁热电偶特点寿命长、测试精度高。热电偶通常连接到数据收集系统，以记录选定点的管外表面温度，以及这些温度参数随时间变化趋势图。

另一种检查炉管壁温度的方法红外热成像。红外热成像可以提供加热炉炉膛内部的数字图像，其中炉管和耐火材料的温度由颜色或对比度表示。红外成像仪不能作为连续监测的技术支撑。它通常仅限于例行检查，以识别由火焰冲击、炉管内部积垢或不稳定的热烟气流模式引起的局部过热区域。需要特别注意，需要一定经验人为区分炉管内部结垢还是外部结垢积灰，外部氧化结垢积灰也会改变炉管表面发射率，也会改变炉管表面特性使其温度升高；由于内部积垢导致的高管温度通常可以通过视觉观察到。管子上的红色或银色斑点是局部过热的迹象。当识别到热点时，应调整加热炉的操作，以防止管子变得更热。

三维温度场（源自网络）的方法基于燃烧自发辐射信息，通过辐射传递方程建立热辐射成像模型，并考虑炉内燃烧介质和壁面的发射、吸收、散射（反射）作用。该模型能够将炉内燃烧温度、辐射特性（组分浓度）电荷耦合器摄像机检测到的热辐射图像联系起来，建立定量关系，从而利用辐射传递结合成像模型求解获得炉内三维温度分布。

在加热炉炉膛，尤其是炉管壁温度监控的应用中。传统的温度测量方法往往局限于点测量或者一维测量，难以全面反映炉内复杂的温度分布情况。热辐射成像法则能够提供炉膛内三维的温度场信息，通过对炉内火焰的热辐射图像进行分析，可以实时监测炉膛内部的温度分布，及时发现异常情况，如局部过热或燃烧不充分等，从而采取相应的调控措施。此外，这项技术还可以应用于炉管壁温度的监控，通过对壁面热辐射的成像，可以准确地监测炉管的壁温，预防因温度过高导致的炉管损坏或寿命缩短，确保设备安全运行具有重要意义。

三、应对炉管超温操作建议
一个选择是增加炉管内工艺介质流量。增加的工艺介质流量提高了管内的对流热传递，能够更快地从管壁移除热量。应了解此操作可能会对其他炉管通道流量减少的的影响，其他通道中的管道可能温度会升高，必须缓慢操作仔细观察；

第二个选择是通过增加过量空气来降低辐射区热气体的辐射效果和温度。热气体的辐射能力与其温度的四次方成正比，与氧气和氮气等对称分子的浓度成反比。随着氮气和氧气浓度的增加，烟气温度下降，气体向辐射管辐射的能量减少。热点通常发生在辐射区炉膛中，此操作对加热炉的影响是进入对流段的烟气量增加。对流段的工艺温度和热吸收将上升。负荷将从辐射段转移到对流段。

如果局部过热来自于，火焰冲击，第二种操作，可能反而会带来情况的恶化，第三个选择且最有效的操作是节流这台燃烧器的燃料或关闭该燃烧器来减少或消除火焰冲击，及时找出火焰异常的问题源头，从根本上改善火焰状态；

三、工艺介质
在大多数工艺加热炉中，都监测每个单独管道或管程的介质流量。也有通过测量总流量，配合设计良好的分配歧管及限流孔来控制分配各个通道的流量；

工艺介质的流动本质上冷却炉管并保持炉管在设计温度内，工艺介质流量的减少将导致炉管温度上升，炉管温度上升会导致介质的相变或化学降解。在充满液体的管道中可能形成蒸汽增加压力降，并导致流量进一步减少和冷却能力下降，从而引起管温度进一步上升；

烃类的化学降解可能会导致相变，这可能会降低产品收率。烃类的分解会导致在管子内表面形成焦炭。由于其低热导率，这层材料阻碍了热量从管子传递到工艺流体，导致局部温度升高，同时，由于管道截面积的减小，通道中的压力降可能会显著增加。最终，炉管温度会升高至需要清焦以防止管子失效的水平。

为了最小化管温度之间的差异，当加热炉在额定热释放的75%以上时，通道流量应几乎相等。热电偶通常安装在每个管道的出口。如果管道中的流量减少，出口温度将上升。相反，如果管道的流量增加，其出口温度将下降。如果管道出口温度发生变化，而管道流量没有变化，操作人员应立即进行检查可能的仪表问题，实际的流量减少，以及可能潜在的管道过热。