在一個有襯里的密閉體內設置有大量的相互連接的優質或合金無縫鋼管，被加熱介質在一連串的無縫鋼管內以很高流速通過，燃料在密閉體內燃燒產生高溫煙氣，高溫煙氣通過輻射、對流和傳導把熱量傳給被加熱介質，把被加熱介質加熱到生產工藝規定的溫度或完成一定的化學反應深度；這類設備統稱為管式加熱爐。今天我們所講的管式加熱爐是煉油和石油化工生產裝置的工藝加熱爐，簡稱為石化工藝加熱爐。
管式加熱爐的結構及所有耐火材料的種類
石油化工工藝管式加熱爐由輻射室、對流室、余熱回收裝置、燃燒器、供風系統和排煙系統等部分所組成。
1.輻射室
輻射室是加熱爐輻射傳熱起支配作用的部分。由于是火焰直接所在的場所，所以它是加熱爐溫度最高的部分，對其所用材料的成分、強度、厚度和機械的結構，需要仔細考慮，同時在功能上，全爐熱負荷70~80%的熱量是在輻射室被吸收。在流體有反應轉化和裂解的爐子上，反應和裂解等一般都全部在輻射室內完成。所以說輻射室的好壞決定加熱爐的好壞，并非過言。
2.對流室
對流室是加熱爐對流傳熱起支配作用的部分，對流室有排列很密的管束，這種結構使得煙氣通過對流管的速度提高，得到有效的對流傳熱。一般對流室吸收全爐熱負荷的20~30%的熱量。對流室可設在輻射室上部；也可設在地面上，用煙道與爐本體連接，但在本質上機理一樣。在對流室可以采用釘頭管或翅片管。
3.余熱收回裝置
余熱收回裝置是指用來回收對流室出來的煙氣，或者當沒有對流室時直接從輻射室出來的煙氣中熱量的設備。目前國內外各煉廠采用的余熱回收措施大致有以下幾種類型：a．從工藝流程與裝置總體平衡考慮，冷進料–熱油空氣預熱空氣。b．從改進和簡化循環系統考慮有熱載體循環–熱油空氣預熱空氣。包括開路與閉路熱載體循環。c．從增加附屬回收設備考慮，有①鋼管式；②玻璃管式；③回轉式；④鑄鐵管式；⑤擾流子式；⑥熱管式；⑦板式空氣預熱器等。d．從與其他設備聯合節能考慮，有①余熱鍋爐；②熱電聯產。
4.燃燒器
燃燒器是加熱爐的重要組成部分之一，技術性能的優劣以及是否與加熱爐工藝要求、爐型結構、傳熱特點相匹配對加熱爐的運行、能耗或環保都有著直接影響。選用技術性能與加熱爐工藝要求、爐型結構、傳熱特點相匹配的燃燒器對保證加熱爐高效或“長、安、穩、滿”運行有著重要意義。
5.通風裝置
通風裝置的職能是把燃燒用空氣引進的同時，把煙氣向爐外排出，有自然通風和強制通風兩種。前者靠煙囪的通氣力；后者用引風機，強力引出煙氣。一般爐內壓力損失小時，多采用煙囪自然通風方式，煙囪安裝在爐的上部，與加熱爐成為一體，煙囪的高度，以克服爐內的壓力損失，并保持充分的通風力為佳。加熱爐構造復雜，爐內壓力損失大的加熱爐或有廢熱回收裝置的加熱爐多采用安裝引風機，強力通風方式。
6.爐管和彎頭
爐管和彎頭是管式加熱爐中最重要的部分，占管式加熱爐總鋼材量的40%，總投資的60%。因為要耐壓力，耐腐蝕，抵抗火焰的直接灼熱，為了完成工藝任務和生產安全，根據下列標準設計爐管：
爐管的長度和總根數根據管式加熱爐的熱負荷、熱效率和加熱爐的構造來決定。
管徑和管程數，根據流量、允許壓力損失、停留時間決定。壁厚由內部壓力、熱應力、靜荷重、管壁溫度、材料強度（包括高溫蠕變性和脆性等）和腐蝕裕度等決定。
材料由許用溫度及高溫強度（包括蠕變強度）、耐熱性、腐蝕性和脆性等決定。爐管溫度低于500℃時使用碳鋼爐管；爐管溫度在500℃~700℃時使用低合金鋼爐管（T9~T22）；爐管溫度在700℃~800℃時使用不銹鋼爐管（304、316）；爐管溫度在800℃~900℃時使用309爐管；爐管溫度超過900℃時使用高合金鋼離心澆鑄爐管（HK-40）。
管式加熱爐輻射爐管采用光管，對流室采用釘頭管或翅片管。爐管與彎頭連接方式有焊接和脹接兩種。采用焊接時，彎頭為爐管壓制成的急彎彎頭，以180°的彎頭為代表，鑄造的不多。采用脹接時，采用有堵頭的鑄造回彎頭，卸下堵頭，管內能夠用機械清焦，缺點是較貴，材料和爐管相同。如被加熱油品較輕，爐管不易結焦或采用了在線清焦技術的加熱爐可全部采用急彎彎頭，如被加熱油品較重，爐管易結焦，且沒采用了在線清焦技術的加熱爐可在輻射室部分采用鑄造回彎頭。
7.管支架和導架
管支架承受爐內加熱管的重量，并將其重量傳給加熱爐的框架。管支架要具備的條件是：優越的抗氧化腐蝕性能和高的高溫強度，以及隨著加熱管的溫度變化，在結構上，管支架可以保持伸縮自由。管支架的材料，在輻射室和對流室下部采用25Cr—12Ni鋼或25Cr—20Ni鋼。在對流室上部采用密烘鑄鐵“HR”和5Cr合金鋼。采用高鉻鋼存在的問題是高溫脆性，還有燃料中含釩硫所引起的腐蝕。在這種場合支架應設計成具有可換性的構造，對高溫脆性要用鐵素體加以抑制，對釩的腐蝕可用澆注保護層處理。一般在輻射室采用刀架形管支架，在對流室采用孔板形管支架，導管架僅起管子導向作用。
8.耐火材料
耐火材料是加熱爐的必需材料，大致分為定形的材料和非定形的材料兩種。a.定形耐火材料定形耐火材料就是重質耐火磚、輕質耐火磚和保溫磚等，重質耐火磚以耐火性為主，用于燃燒器的燃燒道、溫度較高加熱爐輻射室迎火面襯里。輕質耐火磚兼具有耐火性和保溫性，多用于爐的側壁和爐頂。保溫磚的耐熱性很低，多用于爐底和側壁的內襯里，用量不多。
b.非定形耐火材料一般指由骨料和水泥用水和成，象混凝土那樣施工的無定形耐火材料，簡稱為澆注料。分為以耐火性為主，并具有一定的保溫性的澆注料（重質澆注料）和保溫型的澆注料（輕質），施工方法有注入、涂抹和噴抹三種。對于管式加熱爐，以耐火性為主，并具有一定的保溫性可塑澆注料，用于爐頂、側壁和爐底。煙道和煙囪襯里及側壁的內襯里，則采用保溫性的可塑澆注料。陶纖塊、巖棉氈、陶纖噴涂也屬于非定型耐火材料。
9.爐框架、側壁和平臺
爐框架是承受加熱爐全部荷重的鋼結構，材料是普通碳鋼，多用槽鋼和工字鋼。側板就是爐壁外表面的鋼板，其作用是防雨、防塵，同時防止不必要的空氣漏入爐內，按作用可以分為分擔部分鋼結構荷重和僅起覆蓋作用兩類。平臺和梯子是為操作和維修而設立，用于日常操作維修和檢查。