石油精製所用の加熱ヒーターとは何ですか?タイプの説明

直接の答え

石油精製所の加熱式ヒーターは、燃料ガスまたは燃料油を燃焼させて、炉内の管状コイルを流れるプロセス流体の温度を上昇させる中核となる熱機器です。これは、原油蒸留、水素化分解、遅延コークス化、接触改質および水素化処理に必要な正確で制御可能な熱を供給し、放射セクションと対流セクションが適切に設計されている場合、通常は 85 ～ 92 パーセントの熱効率に達します。

850～1000℃ 反応サービス用のチューブメタル動作範囲

85～92% 最新のユニットの一般的な熱効率

60-65% 総運用コストに占めるエネルギーコストの割合

製油所燃焼ヒーターの仕組み

燃焼は炉の底部で起こり、高温の排ガスは 2 つの接続されたゾーンを通って上昇し、煙突から排出されます。プロセス流体は対流管を通って入り、燃焼排ガスから残留熱を吸収し、最も高い熱流束が発生する放射コイルに入ります。

バーナーの燃焼

燃料ガスまたは燃料油は床または壁のバーナーで点火し、炎ゾーン付近で 1300 ℃を超える排ガス温度が発生することがあります。

放射コイル吸収

遠心鋳造された合金チューブから作られた放射コイルは、主に放射を通じて熱を吸収し、チューブの金属温度は摂氏 850 ～ 1000 度に達します。

対流セクションの回復

フィン付き対流管は、上昇する煙道ガスが煙突から出る前に残留熱を回収します。これは全体的な熱効率にとって重要な要素です。

マニホールド、コレクタ、配管

加熱された流体は、出口マニホールドとコレクターを通ってコイルから出て、流れを下流の反応器または塔に送るチューブシート継手によって接続されます。

製油所燃焼ヒーターの 2 つのコアカテゴリ

反応ヒーター

反応管内では850～1000℃で加熱と触媒反応が同時に起こります。水素化分解および接触改質に使用され、ヒーターが触媒管システムと連携して反応環境を維持します。

蒸留ヒーター

不要な分解反応を引き起こすことなく、炭化水素ストリームを特定の目標温度まで上昇させます。原油蒸留や芳香族化合物の分離に使用され、コイル全体の温度均一性が製品のカット品質に直接影響します。

API 560 標準によると、一般的な構成には、垂直円筒形ヒーター、キャビン水平コイルヒーター、垂直管を備えたボックスヒーター、およびヘリカルコイルヒーターが含まれます。垂直円筒型ヒーターにより、高い伝熱効率と均一な温度分布を実現します。キャビン水平コイルヒーターは設置面積がコンパクトです。垂直チューブを備えたボックスヒーターによりメンテナンスへのアクセスが容易になり、ヘリカルコイルヒーターにより高粘度サービスでの圧力降下と汚れの可能性が最小限に抑えられます。

熱効率: 熱はどこへ行くのか

放射回収と対流回収を併用すると、通常、入力燃料エネルギーの 85 ～ 92 パーセントが捕捉され、残りはスタックと炉ケーシングを通じて失われます。対流セクションの設計の改善と過剰な空気の削減は、このギャップを狭めるための 2 つの最も効果的な手段です。

放射および対流吸収 — 88%
煙道排ガス損失 — 8%
ケーシングと放射損失 — 4%

石油精製産業向け加熱ヒーター製品

各製油所プロセスユニットには、独自の温度プロファイル、流体粘度、コークス化傾向に合わせて設計された加熱ヒーターが必要です。以下のラインナップは、最新の製油所で使用される最も一般的なユニットをカバーしています。

蒸留

ディレードコーキングヒーター

運営予算の行き先

燃料とエネルギーの消費量が加熱ヒーターのランニングコストの大半を占めます。そのため、燃焼制御と対流セクションの清浄度が製油所の経済性に多大な影響を及ぼします。

燃料とエネルギー

62%

メンテナンスとデコッキング

15%

労働と運営

10%

触媒と化学薬品

その他

プロセスユニット別の製品ポートフォリオ

製品名	アプリケーションユニット	コア機能
CDU および VDU 用加熱ヒーター	粗蒸留装置	原油を蒸留温度まで加熱して成分を分離する
水素化分解燃焼ヒーター	水素化分解装置	重油水素化分解反応に高温熱源を提供
残渣水素化分解ヒーター	残渣水素化処理装置	高硫黄、高金属残留物を処理して軽油の収率を向上
水素生成改質器	水素製造 Unit	炭化水素の水蒸気改質に摂氏1000度レベルの熱を供給
フォーインワン改質燃焼ヒーター	接触改質装置	マルチパス反応加熱を統合してユニットのコンパクト性を向上
ディレードコーキングヒーター	ディレードコーキングユニット	石油コークス製造のための重質残留物を分解温度まで加熱
ディーゼル水素化処理燃焼ヒーター	ディーゼル水素化処理装置	水素化脱硫および脱窒反応のための原料の予熱
硫黄焼却炉	硫黄回収装置	硫黄含有排ガスを焼却して環境基準を満たす

コークス化: 長期サイクル運転に対する主な脅威

コーキングは主に、過度の管壁膜温度、低い流体速度、および放射コイル内の滞留時間の延長によって発生します。フィルム温度が華氏 20 ～ 25 度上昇するごとに、コーキング速度は約 2 倍になります。そのため、平均バルク温度よりもフィルム温度制御の方が重要です。

膜温度が設計点を超えて上昇するときの相対コークス化速度乗数

防止策には、質量速度を上げて膜温度を下げること、蒸気を注入してコークス化率を約 16% 減らすこと、反応管表面全体の熱流束を滑らかにするために小火炎マルチバーナー配置を採用することが含まれます。

寿命を決める材料と炉部品

放射コイルと反応管

HP-50 や HP-Plus などの HP シリーズ遠心鋳造炉チューブグレードは、摂氏 950 度を超えても安定しており、放射コイルと反応管の両方に耐高温クリープ性と耐浸炭性を提供します。

対流セクションフィン

フィン付き対流管は、排ガス腐食に対する耐熱性のバランスをとり、動作サイクル全体にわたって効率的な廃熱回収をサポートします。

マニホールド、コレクター、チューブシート

マニホールド、コレクター、チューブシートはコイルパス間の接続ネットワークを形成し、流れを均等に分配し、各炉部品の接合部での局所的な過熱を防ぎます。

モジュール式耐火物ライニング

軽量の耐火繊維モジュールは従来のレンガの内張りに代わるもので、優れた断熱性と、ターンアラウンド作業時の迅速な設置を実現します。

燃焼制御と環境コンプライアンス

空気過剰率が 1% 増加するごとに、燃料消費量が約 0.5% 増加し、それに応じて NOx と CO2 の排出量が増加します。煙道ガスの酸素含有量と管壁温度を正確に監視することで、加熱ヒーターが燃焼効率と排出目標の両方を同時に達成することができます。段階的燃焼と燃焼排ガス再循環を使用する低 NOx バーナーは、NOx 排出量を通常立方メートルあたり 30 ミリグラム未満に抑えることができます。

製油所の操業においては、起動段階と停止段階に最も高い安全リスクが伴います。信頼性の高い火炎検出、自動燃料遮断、および換気インターロックシステムは、燃焼ヒータープロジェクトのエンジニアリングの標準要件であり、同じ安全ロジックが、エチレン分解炉やエチレン分解炉スコープ用の EPC などの石油化学産業サービス用の燃焼ヒーターにも適用されます。

よくある質問

Q1 製油所で燃焼するヒーターは通常どの程度の熱効率を達成できますか?

最新のユニットは通常、熱効率が 85 ～ 92% に達します。放射セクションは放射と対流によって熱を伝達し、対流セクションはフィン付きチューブで残留熱を回収します。適切な空気過剰率を維持し、対流汚れを定期的に除去することで、効率をその範囲の最高近くに維持します。

第2四半期製油所で使用される主なヒーター構成は何ですか?

API 560 では、一般的な構成には、垂直円筒形ヒーター、キャビン水平コイルヒーター、垂直管を備えたボックスヒーター、およびヘリカルコイルヒーターが含まれます。選択はプロセス要件、敷地面積、投資予算によって異なります。

Q3 デコッキングイベント間の一般的な動作サイクルの長さはどれくらいですか?

ディレードコーキングヒーターは通常、オンラインデコーキングを 3 ～ 6 か月ごとに行い、蒸気空気デコーキングはおよそ 12 か月ごとに行われます。原料蒸留ヒーターは、原料の品質と燃焼制御に応じて、大規模なデコーキングの間に 3 ～ 5 年間稼働できます。

Q4 対流セクションの汚れはヒーターの性能にどのような影響を与えますか?

汚れは断熱材として機能し、熱伝達効率が低下し、スタック温度が上昇し、燃料消費量が増加します。蒸気スートブロワーによる定期的な清掃は不可欠であり、対流バンク内の浸食損傷を避けるために蒸気の乾燥を確保する必要があります。

Q5 EPC が加熱ヒータープロジェクトを契約する利点は何ですか?

EPC 契約では、設計、調達、建設が単一の責任主体の下で行われるため、個別の請負業者に範囲を分割する場合と比較して、スケジュールが短縮され、インターフェース管理コストが削減されます。

プロジェクトタイプ別選定ガイダンス

新しい製油所プロジェクト

長期的な運用コストを制御するには、高効率で高度に自動化されたヒーター構成を優先します。放射コイルには高温合金の遠心鋳造チューブ、対流セクションには耐食性のフィン付きチューブ、およびモジュラーファイバー耐火ライニングを使用します。

改修プロジェクト

エネルギー効率改善の可能性と排出ガスコンプライアンスの経路に焦点を当てます。フルチューブ壁温度監視システムを構築し、定期的な燃焼最適化チューニングをスケジュールし、データ駆動型のデコーキングスケジュールを設定して動作サイクルを延長します。

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