【正文】 加 熱 爐 及 換 熱 器培訓(xùn)講義2011年4月目 錄第一部分 加熱爐基本知識(shí) 2一、概述 2二、管式加熱爐的主要技術(shù)參數(shù) 3三、油田用加熱爐的爐型及表示方法 4四、管式加熱爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 5五、加熱爐熱效率測(cè)試方法 6六、提高加熱爐熱效率的措施 6七、加熱爐的吹灰控制 9第二部分 管式直接加熱爐簡(jiǎn)介 10一、管式直接加熱爐的原理、性能特點(diǎn)、遵守的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及應(yīng)用 10二、管式直接加熱爐結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn) 11三、管式加熱爐的運(yùn)行與操作 14四、管式加熱爐故障處理 17五、管式加熱爐的維護(hù)與保養(yǎng) 19第三部分 水套加熱爐簡(jiǎn)介 21一、水套加熱爐的工藝原理、性能特點(diǎn)及遵守的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 21二、水套加熱爐結(jié)構(gòu)形式描述 22三、水套加熱爐運(yùn)行注意事項(xiàng) 23五、U形管式換熱器簡(jiǎn)介 24一、U形管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)規(guī)范及型號(hào)表示 24二、換熱器的維護(hù)和檢修 26第一部分 加熱爐基本知識(shí)一、概述油田和長(zhǎng)輸管線加熱爐(以下簡(jiǎn)稱油田加熱爐)系指用火焰加熱原油、天然氣、水及其混合物等介質(zhì)的專用設(shè)備，是油、氣生產(chǎn)和輸送中廣泛使用的設(shè)備。在油、氣田的集油站、集氣站和聯(lián)合站等站(庫(kù))內(nèi)，加熱爐對(duì)原油、井產(chǎn)物、生產(chǎn)用水和天然氣等介質(zhì)進(jìn)行加熱，以滿足油氣集輸處理工藝的要求。在原油和天然氣長(zhǎng)輸管道中，通過(guò)加熱爐對(duì)原油和天然氣進(jìn)行加熱，以滿足原油和天然氣長(zhǎng)距離輸送的要求。應(yīng)該指出，油氣田和長(zhǎng)輸管線用加熱爐，其對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加熱所要求達(dá)到的溫度都不高，一般只幾十度，且介質(zhì)無(wú)化學(xué)變化，這是與石油煉制、石油化工所用加熱爐不同之點(diǎn)。二、管式加熱爐的主要技術(shù)參數(shù) 熱負(fù)荷單位時(shí)間內(nèi)向爐管內(nèi)被加熱介質(zhì)傳遞熱量的能力稱為熱負(fù)荷，一般用KW表示。它表示加熱爐生產(chǎn)能力的大小。熱效率加熱爐輸出有效熱量與供給熱量之比的百分?jǐn)?shù)叫熱效率。它表示向爐子提供的能量被有效利用的程度，可用公式表示為η=被加熱介質(zhì)吸收的有效能量/ 供給爐子的能量。熱效率是衡量燃料消耗、評(píng)價(jià)爐子設(shè)計(jì)和操作水平的重要指標(biāo)。早期加熱爐的熱效率只有60%～70%，最近已達(dá)到85%～88%，最新的技術(shù)水平已接近92%左右。爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度燃料燃燒的總發(fā)熱量除以爐膛體積，稱之為爐膛體積發(fā)熱強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱為體積熱強(qiáng)度，它表示單位體積的爐膛在單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒所發(fā)出的熱量，一般用KW/m3為單位。爐膛大小對(duì)燃料燃燒的穩(wěn)定性有較大影響，如果爐膛體積過(guò)小，則燃燒的空間不夠，火焰容易舔燒爐管，爐膛溫度也高，不利于長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。因此，爐膛體積熱強(qiáng)度不允許過(guò)大，一般控制在燃油時(shí)小于125 KW/m3，燃?xì)鈺r(shí)小于165KW/m3。輻射表面熱強(qiáng)度輻射爐管每單位表面積在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱之為爐管的輻射表面熱強(qiáng)度，單位常為W/m2。它表示輻射爐管傳熱強(qiáng)度的大小，與管內(nèi)介質(zhì)的特性、流速、爐管材質(zhì)、爐管尺寸、爐管的排列方式等因素有關(guān)。對(duì)流表面熱強(qiáng)度含義同輻射熱強(qiáng)度一樣，單位也為W/m2，但它是對(duì)對(duì)流室而言。對(duì)流表面熱強(qiáng)度是根據(jù)管內(nèi)和管外的各種數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的，與對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)系較大。管外：煙氣流速越大，外膜傳熱系數(shù)越高；對(duì)流平均煙氣溫度越高，外膜傳熱系數(shù)也越高；對(duì)流管外徑越小，外膜傳熱系數(shù)也越高。管內(nèi)：介質(zhì)的流速越大，內(nèi)膜傳熱系數(shù)越高；介質(zhì)的粘度越小，內(nèi)膜傳熱系數(shù)也越高。當(dāng)管內(nèi)為液體，控制總傳熱系數(shù)的主要因素還是管外條件，管內(nèi)條件影響不大?；饓囟龋t膛溫度）指煙氣離開輻射室進(jìn)入對(duì)流室時(shí)的溫度，它表征爐膛內(nèi)煙氣溫度的高低，是加熱爐操作中的重要指標(biāo)?；饓囟雀?，說(shuō)明輻射室傳熱強(qiáng)度大。但火墻溫度過(guò)高，則意味著火焰太猛烈，容易燒壞爐管、管板等。此外，進(jìn)入對(duì)流室的煙氣溫度也會(huì)越高，對(duì)流爐管也容易燒壞。從保證加熱爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)考慮，一般加熱爐將這個(gè)溫度控制在850℃以下。管內(nèi)流速流體在爐管內(nèi)的流速越低，則邊界層越厚，傳熱系數(shù)越小，管壁溫度越高，介質(zhì)在爐內(nèi)停留的時(shí)間也越長(zhǎng)。其結(jié)果，介質(zhì)越容易結(jié)焦，爐管越容易損壞。但流速太高又會(huì)增加爐管內(nèi)的壓降，增加了系統(tǒng)管路的動(dòng)力消耗。在設(shè)計(jì)加熱爐時(shí)，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)力求提高流速。三、油田用加熱爐的爐型及表示方法油田和長(zhǎng)輸管線用的加熱爐型式主要按基本結(jié)構(gòu)、被加熱介質(zhì)種類和燃料種類進(jìn)行分類：1）按基本結(jié)構(gòu)分可分為兩大類，即火簡(jiǎn)式加熱爐和管式加熱爐。管式直接加熱爐（立式圓筒、臥式圓筒、臥式異形）、火筒式加熱爐（火筒式直接加熱爐、火筒式間接加熱爐）兩大類。2）按被加熱介質(zhì)的種類可分為：原油加熱爐、井產(chǎn)物加熱爐、生產(chǎn)用水加熱爐、天然氣加熱爐。3）按燃料種類可分為：燃?xì)饧訜釥t、燃油加熱爐、燃油燃?xì)饧訜釥t。另外，按照加熱爐中被加熱介質(zhì)的加熱方式可分為：直接加熱爐（含管式直接加熱爐、火筒加熱爐）和間接加熱爐（熱媒間接加熱爐、水套加熱爐、真空加熱爐）。4）油田加熱爐的型號(hào)油田加熱爐產(chǎn)品型號(hào)由三部分組成，各部分之間用短橫線相連。型號(hào)的第一部分表示加熱爐的基本結(jié)構(gòu)型式和額定熱負(fù)荷，共分兩段：第一段用漢語(yǔ)拼音字母代表加熱爐的基本結(jié)構(gòu)型式，見表1；第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示加熱爐的額定熱負(fù)荷為若干千瓦。兩段連續(xù)書寫，相互銜接。型號(hào)的第二部分分為兩段，其間以斜線相隔。第一段用漢語(yǔ)拼音字母代表被加熱介質(zhì)的種類，見表2；第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示盤管或爐管設(shè)計(jì)壓力為若干Mpa；火筒式直接加熱爐第二段不表示。型號(hào)的第三部分由兩段組成：第一段用漢語(yǔ)拼音字母代表燃料種類，見表3；第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)次序，第一次設(shè)計(jì)不表示。兩段連續(xù)書寫，相互銜接。表1 加熱爐的基本結(jié)構(gòu)形式代號(hào)表2被加熱介質(zhì)代號(hào) 表3燃料種類代號(hào)四、管式加熱爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管式加熱爐設(shè)計(jì)前，需具備以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料：l 加熱爐熱負(fù)荷大?。籰 加熱爐設(shè)計(jì)壓力（指爐管）或操作壓力；l 操作介質(zhì)的理化性質(zhì)：密度、粘度、組分、比熱容、熱導(dǎo)率等；l 操作介質(zhì)的流量、出入口條件——溫度、壓力、汽化率等；l 加熱爐的熱效率；l 加熱爐的允許壓降；l 燃料種類——燃料氣、燃料油或油氣混燒，燒油時(shí)的霧化劑種類等；l 燃料性質(zhì)：組成、密度、粘度、熱值、溫度、壓力等，燒油時(shí)還應(yīng)有霧化劑的性質(zhì)如溫度和壓力等；混燒時(shí)液體燃料和氣體燃料的比例等；l 生產(chǎn)和檢修的特殊要求；l 氣象和地質(zhì)資料，如環(huán)境溫度、風(fēng)力、地震、場(chǎng)土地等；l 環(huán)境保護(hù)、職業(yè)安全及其它要求等。五、加熱爐熱效率測(cè)試方法管式加熱爐熱效率的測(cè)定有標(biāo)定測(cè)定和操作測(cè)定兩種。標(biāo)定測(cè)定時(shí)應(yīng)對(duì)正、反平衡式所涉及的各參數(shù)都進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，由于工作量大又比較麻煩，因此，只有評(píng)價(jià)某臺(tái)加熱爐或?yàn)楂@得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)才采用。而操作測(cè)定則比較簡(jiǎn)單，它只測(cè)量反平衡計(jì)算式中涉及的各參數(shù)，一般只對(duì)煙氣離開體系時(shí)的組成和溫度進(jìn)行分析和測(cè)量，用反平衡法計(jì)算出熱效率或用連續(xù)測(cè)定儀直接顯示出熱效率，以作為調(diào)節(jié)操作參數(shù)的依據(jù)。 正平衡法：熱效率η=熱負(fù)荷/燃料發(fā)熱量x100%反平衡法：熱效率η=（1各種熱損失熱量/燃料發(fā)熱量）x100%計(jì)算熱效率用反平衡法準(zhǔn)確性相對(duì)較大些，另外，測(cè)點(diǎn)也比較方便，故現(xiàn)在采用較多。目前，國(guó)內(nèi)管式加熱爐常用的熱效率測(cè)試儀中分析煙氣成分的儀表有：氧化鋯測(cè)氧儀、磁導(dǎo)式氧分析儀和二氧化碳測(cè)定儀。在分析煙氣時(shí)，用氧分析儀較二氧化碳分析儀要好些。六、提高加熱爐熱效率的措施措施一：降低排煙溫度。排煙損失在管式爐的熱損失中占有極大比例，一般情況下排煙溫度每升高17～20℃，加熱爐的熱效率約下降1%左右。當(dāng)加熱爐熱效率較高（如90%）時(shí)，排煙損失占總損失的70%～80%，當(dāng)加熱爐熱效率較低（如70%）時(shí)，排煙損失占總損失的比例高達(dá)90%以上，因此，降低排煙溫度是提高加熱爐熱效率的主要措施。（中石化在加熱爐運(yùn)行管理規(guī)定中也明確要求最終排煙溫度一般應(yīng)不大于170℃。） 降低排煙溫度的主要措施有以下幾種： 1）減小末端溫差，即減小排煙溫度與被加熱介質(zhì)入對(duì)流室溫度之差。以前末端溫差一般在150～200℃，現(xiàn)在末端溫