Was ist eine befeuerte Heizung für eine Ölraffinerie? Typen erklärt

Direkte Antwort

Eine befeuerte Heizung für eine Ölraffinerie ist die zentrale thermische Ausrüstung, die Brenngas oder Heizöl verbrennt, um die Temperatur der Prozessflüssigkeiten zu erhöhen, die durch Rohrschlangen im Ofen strömen. Es liefert die präzise, kontrollierbare Wärme, die für die Rohdestillation, Hydrocracken, verzögerte Verkokung, katalytische Reformierung und Hydrotreating benötigt wird, und erreicht typischerweise einen thermischen Wirkungsgrad von 85 bis 92 Prozent, wenn die Strahlungs- und Konvektionsabschnitte richtig ausgelegt sind.

850-1000°C Arbeitsbereich von Rohrmetallen für Reaktionsanwendungen

85-92 % Typischer thermischer Wirkungsgrad einer modernen Einheit

60-65 % Anteil der Energiekosten an den Gesamtbetriebskosten

So funktioniert eine raffineriebefeuerte Heizung

Die Verbrennung findet am Boden des Ofens statt und heißes Rauchgas steigt durch zwei verbundene Zonen auf, bevor es den Kamin verlässt. Prozessflüssigkeit tritt durch die Konvektionsrohre ein, absorbiert Restwärme aus dem Rauchgas und gelangt dann in die Strahlungsschlange, wo der höchste Wärmefluss auftritt.

Brennerverbrennung

Brenngas oder Heizöl entzündet sich an den Boden- oder Wandbrennern und erzeugt in der Nähe der Flammenzone Rauchgastemperaturen, die 1300 Grad Celsius überschreiten können.

Strahlungsspulenabsorption

Die aus zentrifugal gegossenen Legierungsrohren gefertigte Strahlungswendel absorbiert Wärme hauptsächlich durch Strahlung und erreicht Rohrmetalltemperaturen von 850 bis 1000 Grad Celsius.

Wiederherstellung des Konvektionsabschnitts

Konvektionsrohre mit Lamellen gewinnen Restwärme aus dem aufsteigenden Rauchgas zurück, bevor es den Schornstein verlässt, was ein entscheidender Faktor für die thermische Gesamteffizienz ist.

Verteiler, Sammler und Rohrleitungen

Erhitzte Flüssigkeit verlässt die Spule durch den Auslassverteiler und den Sammler, verbunden durch Rohrbodenanschlüsse, die den Strom zum nachgeschalteten Reaktor oder zur nachgeschalteten Kolonne leiten.

Zwei Kernkategorien raffineriebefeuerter Heizgeräte

Reaktionsheizer

Erhitzung und katalytische Reaktionen finden gleichzeitig im Reaktionsrohr bei 850 bis 1000 Grad Celsius statt. Wird zum Hydrocracken und zur katalytischen Reformierung verwendet, wobei die Heizung mit einem Katalysatorrohrsystem zusammenarbeitet, um die Reaktionsumgebung aufrechtzuerhalten.

Destillationsheizung

Erhöht Kohlenwasserstoffströme auf eine bestimmte Zieltemperatur, ohne unerwünschte Crackreaktionen auszulösen. Wird für die Destillation von Rohöl und die Trennung von Aromaten verwendet, wobei die Temperaturgleichmäßigkeit über die Spule sich direkt auf die Qualität des Produktschnitts auswirkt.

Gemäß API 560-Standards gehören zu den gängigen Konfigurationen vertikale zylindrische Heizgeräte, horizontale Kabinenheizregister, Kastenheizgeräte mit vertikalen Rohren und spiralförmige Heizregister. Vertikale zylindrische Heizgeräte bieten eine hohe Wärmeübertragungseffizienz und eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Kabinen-Horizontalheizregister zeichnen sich durch eine kompakte Stellfläche aus. Kastenheizer mit vertikalen Rohren ermöglichen einen einfachen Wartungszugang, während Wendelheizer den Druckabfall und die Verschmutzungsgefahr bei Hochviskositätsbetrieben minimieren.

Wärmeeffizienz: Wohin die Wärme geht

Strahlungs- und Konvektionsrückgewinnung erfassen zusammen typischerweise 85 bis 92 Prozent der zugeführten Brennstoffenergie, der Rest geht über den Schornstein und das Ofengehäuse verloren. Die Verbesserung des Designs des Konvektionsabschnitts und die Reduzierung überschüssiger Luft sind die beiden wirksamsten Hebel zur Verringerung dieser Lücke.

Strahlungs- und Konvektionsabsorption – 88 %
Rauchgasverlust – 8 %
Gehäuse- und Strahlungsverlust – 4 %

Befeuerte Heizprodukte für die Ölraffinerieindustrie

Jede Raffinerie-Prozesseinheit benötigt eine befeuerte Heizung, die für ihr eigenes Temperaturprofil, ihre eigene Flüssigkeitsviskosität und ihre eigene Verkokungsneigung ausgelegt ist. Die folgende Aufstellung deckt die gängigsten Einheiten ab, die in einer modernen Raffinerie zu finden sind.

Destillation

Verzögerte Verkokungsheizung

Wohin das Betriebsbudget fließt

Der Kraftstoff- und Energieverbrauch dominieren die Betriebskosten einer befeuerten Heizung, weshalb die Verbrennungskontrolle und die Sauberkeit des Konvektionsbereichs einen übergroßen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer Raffinerie haben.

Kraftstoff und Energie

62 %

Wartung und Entkokung

15 %

Arbeit und Betrieb

10 %

Katalysatoren und Chemikalien

8 %

Andere

5 %

Produktportfolio nach Prozesseinheit

Produktname	Anwendungseinheit	Kernfunktion
Befeuerte Heizung für CDU und VDU	Rohdestillationseinheit	Erhitzen von Rohöl auf Destillationstemperatur zur Komponententrennung
Mit Hydrocracken befeuerte Heizung	Hydrocracking-Einheit	Bereitstellung einer Hochtemperatur-Wärmequelle für Schweröl-Hydrocrack-Reaktionen
Heizgerät zum Hydrocracken von Rückständen	Rückstandswasseraufbereitungsanlage	Verarbeitung von Rückständen mit hohem Schwefel- und Metallgehalt zur Verbesserung der Leichtölausbeute
Reformer zur Wasserstofferzeugung	Wasserstoffproduktion Unit	Bereitstellung von 1000-Grad-Celsius-Wärme für die Kohlenwasserstoff-Dampfreformierung
Vier-in-Eins-Reformer-Heizgerät	Katalytische Reformierungseinheit	Integration einer Reaktionserwärmung mit mehreren Durchgängen zur Verbesserung der Kompaktheit der Einheit
Verzögerte Verkokungsheizung	Delayed Coking-Einheit	Erhitzen schwerer Rückstände auf Cracktemperatur für die Petrolkoksproduktion
Diesel-Hydrotreating-Befeuerter Heizer	Diesel-Hydrotreating-Einheit	Vorwärmen von Ausgangsstoffen für Hydrodesulfurierungs- und Denitrifikationsreaktionen
Schwefelverbrennungsofen	Schwefelrückgewinnungseinheit	Verbrennung von schwefelhaltigem Abgas zur Einhaltung von Umweltstandards

Verkokung: Die Hauptgefahr für den Langzyklusbetrieb

Verkokung wird hauptsächlich durch eine zu hohe Temperatur der Rohrwandfolie, eine niedrige Flüssigkeitsgeschwindigkeit und eine längere Verweilzeit in der Strahlungsschlange verursacht. Bei jedem Anstieg der Filmtemperatur um 20 bis 25 Grad Fahrenheit verdoppelt sich die Verkokungsrate ungefähr, weshalb die Kontrolle der Filmtemperatur wichtiger ist als die durchschnittliche Massentemperatur.

Relativer Verkokungsratenmultiplikator, wenn die Filmtemperatur über den Auslegungspunkt steigt

Zur Vorbeugung gehören die Erhöhung der Massengeschwindigkeit zur Senkung der Filmtemperatur, die Einspritzung von Dampf zur Reduzierung der Verkokungsrate um etwa 16 Prozent und der Einsatz von Mehrbrenneranordnungen mit kleinen Flammen, um den Wärmefluss über die Oberfläche des Reaktionsrohrs zu glätten.

Materialien und Ofenteile, die die Lebensdauer bestimmen

Strahlungsspule und Reaktionsrohr

Rohrqualitäten für Schleudergussöfen der HP-Serie wie HP-50 und HP-Plus bleiben über 950 Grad Celsius stabil und bieten Hochtemperatur-Kriechfestigkeit und Antiaufkohlung sowohl für die Strahlungsschlange als auch für das Reaktionsrohr.

Konvektionsabschnittsrippen

Gerippte Konvektionsrohre gleichen die Hitzebeständigkeit gegen Rauchgaskorrosion aus und unterstützen so eine effiziente Abwärmerückgewinnung über den gesamten Betriebszyklus.

Verteiler, Sammler und Rohrboden

Der Verteiler, der Sammler und der Rohrboden bilden das Verbindungsnetzwerk zwischen den Rohrschlangen, verteilen den Durchfluss gleichmäßig und verhindern eine örtliche Überhitzung an jeder Verbindungsstelle der Ofenteile.

Modulare feuerfeste Auskleidung

Leichte feuerfeste Fasermodule ersetzen herkömmliche Ziegelauskleidungen und bieten eine bessere Isolierung und eine schnellere Installation bei Turnaround-Arbeiten.

Verbrennungskontrolle und Umweltkonformität

Jeder Anstieg des Luftüberschussverhältnisses um ein Prozent erhöht den Kraftstoffverbrauch um etwa 0,5 Prozent und führt zu einem entsprechenden Anstieg der NOx- und CO2-Emissionen. Durch die präzise Überwachung des Sauerstoffgehalts des Rauchgases und der Rohrwandtemperatur kann ein befeuerter Heizer gleichzeitig sowohl die Verbrennungseffizienz als auch die Emissionsziele erreichen. Low-NOx-Brenner mit stufenweiser Verbrennung und Rauchgasrückführung können die NOx-Emissionen unter 30 Milligramm pro Normalkubikmeter halten.

Anlauf- und Abschaltphasen bergen das höchste Sicherheitsrisiko im Raffineriebetrieb. Zuverlässige Flammenerkennung, automatische Brennstoffabschaltung und Lüftungsverriegelungssysteme gehören zu den Standardanforderungen für die Technik von Projekten mit befeuerten Heizgeräten. Die gleiche Sicherheitslogik gilt auch für befeuerte Heizgeräte für die petrochemische Industrie, beispielsweise einen Ethylen-Spaltofen oder einen EPC für den Umfang eines Ethylen-Spaltofens.

Häufig gestellte Fragen

Q1 Welchen thermischen Wirkungsgrad kann ein in einer Raffinerie befeuertes Heizgerät normalerweise erreichen?

Moderne Geräte erreichen typischerweise einen thermischen Wirkungsgrad von 85 bis 92 Prozent. Der Strahlungsabschnitt überträgt Wärme durch Strahlung und Konvektion, während der Konvektionsabschnitt mit Rippenrohren Restwärme zurückgewinnt. Durch die Aufrechterhaltung eines geeigneten Luftüberschussverhältnisses und die regelmäßige Reinigung von Konvektionsverschmutzung bleibt die Effizienz im oberen Bereich dieses Bereichs.

Q2 Was sind die wichtigsten Heizkonfigurationen, die in Raffinerien verwendet werden?

Zu den gängigen Konfigurationen gemäß API 560 gehören vertikale zylindrische Heizgeräte, horizontale Kabinenheizregister, Kastenheizgeräte mit vertikalen Rohren und spiralförmige Heizregister. Die Auswahl hängt von den Prozessanforderungen, der Grundstücksfläche und dem Investitionsbudget ab.

Q3 Was ist die typische Betriebszykluslänge zwischen Entkokungsereignissen?

Delayed-Coking-Heizgeräte werden in der Regel alle 3 bis 6 Monate einer Online-Entkokung unterzogen, die Dampf-Luft-Entkokung etwa alle 12 Monate. Abhängig von der Qualität des Ausgangsmaterials und der Feuerungssteuerung können Rohöldestillationsheizgeräte zwischen der großen Entkokung drei bis fünf Jahre lang laufen.

Q4 Wie wirkt sich die Verschmutzung des Konvektionsbereichs auf die Heizleistung aus?

Verschmutzungen wirken als Wärmedämmung, verringern die Effizienz der Wärmeübertragung, erhöhen die Stapeltemperatur und erhöhen den Kraftstoffverbrauch. Eine regelmäßige Reinigung mit Dampfrußbläsern ist unerlässlich und es muss auf Dampftrockenheit geachtet werden, um Erosionsschäden im Inneren der Konvektionsbank zu vermeiden.

F5 Welche Vorteile bietet ein EPC-Vertrag für ein Projekt mit einer befeuerten Heizung?

Bei EPC-Verträgen werden Design, Beschaffung und Bau einer einzigen verantwortlichen Stelle unterstellt, wodurch Zeitpläne verkürzt und die Kosten für das Schnittstellenmanagement im Vergleich zur Aufteilung des Leistungsumfangs auf separate Auftragnehmer gesenkt werden.

Auswahlhilfe nach Projekttyp

Neue Raffinerieprojekte

Priorisieren Sie hocheffiziente, hochautomatisierte Heizkonfigurationen, um die langfristigen Betriebskosten zu kontrollieren. Verwenden Sie Hochtemperatur-Schleudergussrohre aus Legierung in der Strahlungsschlange, korrosionsbeständige Rippenrohre im Konvektionsbereich und eine modulare feuerfeste Faserauskleidung.

Überarbeitungsprojekte

Konzentrieren Sie sich auf das Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz und auf Wege zur Einhaltung der Emissionsvorschriften. Bauen Sie ein vollständiges System zur Überwachung der Rohrwandtemperatur auf, planen Sie eine regelmäßige Optimierung der Verbrennung und legen Sie einen datengesteuerten Entkokungsplan fest, um den Betriebszyklus zu verlängern.