【正文】 摘 要 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 240 萬噸原油圓筒管式加熱爐，在本設(shè)計(jì)中主要完成對輻射段、對流段以及煙道的工藝尺寸的計(jì)算、熱量的衡算、鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算及校核和加熱爐各零部件的選用。也可以設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)來提高加熱爐的熱效率。因此對管式加熱爐的設(shè)計(jì)和余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就非常必要了。 本課題發(fā)展方向 在煉油工程上，采用管式加熱爐開始于 1910 年至 1911 年間，在沒有采用管式加熱爐之前原油加工方式均為釜式蒸餾，小處理量、且為間歇生產(chǎn)。 石化工藝加熱爐的能耗約占整個(gè)生產(chǎn)裝置能耗的 50%～ 60%，其熱效率的高低直接決定著整個(gè)生產(chǎn)裝置能耗大小，直接影響著生產(chǎn)成本。因此，石油化工工藝管式加熱爐能否長周期安全、穩(wěn)定運(yùn)行對整個(gè)裝置或全廠實(shí)現(xiàn)“長周期安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)”有著直接的影響。 上述充分說明了管式加熱爐在煉油和石油化工生產(chǎn)中占有十分重要的地位，搞好石油化工工藝管式加熱爐操作、管理工作對煉油和石油化工生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)高處理量、高質(zhì)量、高效率、低能耗和長期安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)及減輕對環(huán)境的污染有著重大意義。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 第 3 章 工藝計(jì)算 加熱爐熱負(fù)荷計(jì)算 管式加熱爐工藝計(jì)算所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) a）、被加熱介質(zhì)的組成： C— 87% H— % S— %； b）、被加熱介質(zhì)的密度： kg m? ?? ? ? c）、燃料的種類： 大慶常壓重油； d）、原油質(zhì)量 流量： 43n32 4 0 1 0 1 0W 1 3 0 %3 6 5 2 41 9 1 . 7 8 1 0 k g / h = 5 3 . 2 7 k g /s???? ? ????????? ?() e）、蒸汽的質(zhì)量流量： 43v3240 10 10W 30%365 24 9 10 kg / h = 3 k g/ s??????????? ? ? ??? f）、管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流量： F n v333W W +W1 9 1 .7 8 1 0 8 2 .1 9 1 02 7 3 .9 7 1 0 k g / h =7 6 .1 0 k g / s??????? ? ? ? ??????? ? ?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 被加熱介質(zhì)的比焓 被加熱原油相對密度 : 9 1 6 .2 0 .9 1 61000S ??℃ 被加熱原油的碳?xì)浔?: 87% % ? 查得物性系數(shù) wk ?? ，近似取 wk ?? 的焓表圖 查表知 API 重度為 27 ，查得加熱介質(zhì)的各部分比焓 :[11] a）、原油入口焓： ilI kJ/kg??； b）、原油出口焓： olI kJ/kg??； c）、蒸汽人口焓： igI kJ/kg??； d）、蒸汽出口焓： ogI kJ/kg??。 加熱爐設(shè)計(jì)的熱效率計(jì)算 過剩空氣系數(shù)和加熱爐排煙溫度的確定 擬采用 GNK/YQ200 型油氣聯(lián)合 燃燒器，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取過?？諝庀禂?shù)為： α = 。 加熱爐本身的設(shè)計(jì)熱效率 1 2 3100 % q q q? ? ? ? ? 式中： η—— 加熱爐的設(shè)計(jì)熱效率， %； q1—— 煙氣離開加熱爐帶走的熱量損失， %； q2—— 加熱爐表面散熱損失， %； q3—— 機(jī)械和化學(xué)不完全燃燒損失， %。 計(jì)算公式： QB Ql ???? ? 33 10 98 1 10 ? ? ?? ?? 3584 / /kg hkg s?? 煙氣流量 計(jì)算公式： ggW G B?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 gsG 1 L W? ? ? 式中： Wg—— 煙氣流量， kg 煙氣 /h； B—— 燃料用量， kg 燃料 /h； Gg—— 煙氣量， kg 煙氣 /kg 燃料； Ws—— 霧化蒸汽量， kg 蒸汽 /kg 燃料。 輻射管表面強(qiáng)度 參閱考“輻射爐管表面強(qiáng)度和管內(nèi)質(zhì)量流速經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)”取輻射爐管表面強(qiáng)度2Rq 2 8 7 0 0 /?? ?千 卡 米 時(shí)。 [1] 3FW 2 7 3 . 9 7 1 0 k g / h k g s? ? ?? ?? ?????? ? 選用管程數(shù) N = 4， FiF3W1d30 N G1 273 .97 1030 4 120 0 2 m????????? ??????? ? ?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 式中： di—— 輻射爐管內(nèi)徑， m； GF—— 管內(nèi)流體質(zhì)量流速， kg/m2 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用爐管的長度為 15000 mm， 222D 69 6. 6L269 6. 6159. 41 m???????????? ???????? ? 爐膛高度 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 H=L+上下彎頭高度 +膨脹長度 +上部間隙 上下彎頭高度為 : 03d 3 0 . 1 2 72 2 0 . 3 8 m22? ?? ? ? ? ? 爐管每米的膨脹長度為 10mm，則膨脹長度為： 15 = m。 即： L = D = m； c）、煙氣輻射率 εg： P L 0 .2 4 9 .4 1 2 .2 6 a tm m? ? ? ? ?； 試確定爐膛煙氣平 均溫度 Tg = 825 ℃ = 1098 K； 根據(jù) PL 值和 Tg 查“煙氣輻射率”圖得： εg = 。 1F11 1 96 5???????? 輻射段熱平衡 輻射段傳熱速率方程式： 8 4 4 3a c p g w a c p g wR 1Q [ 4 . 9 3 1 0 F A F ( T T ) C F A F ( T T ] 1 . 1 6 3 1 0??? ? ? ? ? ? ?） 輻射段熱平衡方程式： 3R e a f s R gBQ 7 0 % Q Q Q Q 1 q q 1 03 . 6 ?? ? ? ? ? ? ? ? ?（ ） () 式中： QR—— 輻射段熱負(fù)荷， kW； Acp—— 當(dāng)量平面， m2； F—— 氣體交換因數(shù)； Fa—— 有效吸收因數(shù)； qR—— 輻射段表面散熱損失， %； qg—— 離開輻射段爐膛煙氣帶走的熱量損失 ， %； C1—— 系數(shù)。 對流段計(jì)算 核算對流段熱負(fù)荷 管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)的雷諾數(shù) 計(jì)算公式： iFdGRe μ? Re—— 雷諾數(shù)； di—— 爐管內(nèi)徑， m； GF—— 管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流速， kg/m2 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 F2322441G36004d1 9 1 .7 8 1 0 136004 0 .1 2 11 1 5 8 .2 k g / m sniW????????? ??? ? ?????? ??? ? ?? ?（ ） 式中： qn—— 管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流速， kg/h； di—— 爐管內(nèi)徑， m。管內(nèi)膜傳熱系數(shù)按下式計(jì)算。 K)； *ih —— 包括內(nèi)膜結(jié)垢熱阻在內(nèi)的內(nèi)膜傳熱系數(shù)， 2/ C? ??千 卡 米 時(shí) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 管外傳熱系數(shù) 計(jì)算公式： 0 .6 6 7 0 .3gs 0 .3 3 3sGTh 9 .4 4 d g??? *ss1h 1? ? Th(m b)Ω mbs ?? ? 1/2sssxhm λ al????????? * 1h 1oc? ? **s s boh Ω a h ah as ocso ? ? ? ?? 式中： hs—— 釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 2/ C? ??千 卡 米 時(shí) ； *sh —— 包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) , 2/ C? ??千 卡 米 時(shí) 。 對流段總傳熱系數(shù) **ioc **io22hhk( h h )565 .6 367 .8565 .6 367 .8222 .87 / 90 /C k j m s C???????? ?????? ? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時(shí) 對流段工藝尺寸計(jì)算 . 對流室的有效長度 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 cL cD? 式中： Lc—— 對流管有效長度， m； D—— 輻射段內(nèi)徑， m； cd —— 對流管外徑， m。 釘頭管的釘頭尺寸： 爐管外徑 dc = 127 mm，爐管間距 Sc = 250 mm，釘頭直徑 ds = 12 mm，高 h = 25 mm，縱向間距 pd?? = 16 mm，每圈釘頭數(shù) Ns = 12。s ，符合要求。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 13073 7 0 3 7 0 2 8 0 0 .7T??? ? ? ? ????? ℃（ ） ( 825 307 ) ( 400 280 )Δ T( 825 307 )ln( 400 280 )? ? ????????? ? ℃ b）、 對流爐管爐管表面積 Ac： 4c2 10A m????????? ? c）、對流爐管管排數(shù) Nc： c1 7 8 .4N8 8 0 .1 2 7 3 .1 46 .9 7? ? ? ??????? 取 Nc=7。 222 3 2 2 10 /Nm? ? ? ? ? ???? ?? ? ? ? ? ?公 斤 厘 米 加熱介質(zhì)進(jìn)口壓力降 被加熱介質(zhì)從輻射段的上端進(jìn)入爐體 6P g H 10? ??? ? ? ? 式中： P?? —— 加熱爐被加熱介質(zhì)進(jìn)口高于工藝管線造成的壓力降， 2?公 斤 厘 米 ； Δ H—— 加熱爐被加熱介質(zhì)進(jìn)口標(biāo)高與工藝管線標(biāo)高差， m。 S = m dc = m b = m so2A [ ( 2 ) 8 m? ? ? ? ??????? ?? ?? si21000A 2. 34 8 0. 12 7 8 8 8 8 2 0. 01 2 0. 02 5 7. 39 2160. 8 m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ??? ? ?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 3gW 6 7 .1 2 1 0 k g / hk g /s? ? ???????? ?????? p c cd S d 20 .2 5 0 .1 2 7 2 0 .0 2 50 .0 7 3 mb? ? ? ?????? ? ? ????? ? d m?? ???? ??? ? ? ? 20 . 81 8 . 6 4 0 . 0 7 37 . 3 9 2 0 . 0 5 5 1 81 2 0 . 0 7 71 8 . 6 4 2 . 4 6 / ( )7 . 5 9 2gogoGG k g m s?? ??? ? ? ??? ??????? ? ? ? 12T +TT2825 4002 Kg ???????????? ??? ?℃ 式中： 1T—— 對流段煙氣的進(jìn)口溫度； 2T —— 對流段煙氣出口溫度。 bT —— 煙囪底部的煙氣溫度 ， K。 H 61 611 8 404 34 157 014D? ? ? ? ? ? ????????? ? ?????? ?? 毫 米 水 柱 = Pa 查表 取 s? = aT =300K bT =673K ? ?0 . 8 9 6 7 3 3 0 0 3 0 0 6 3 2mTK? ? ? ? 則： 117. 96 43 35 5 30 0 63 212 .8 1ssHH?????????? 米 因此煙囪 最小高度為 米（根據(jù)具體要求，煙囪的實(shí)際高度要高于 米）。冬季進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采取相關(guān)的防凍措施。 爐管焊接接頭的射線、超聲、磁粉或液體滲透檢測應(yīng)符合 JB 4730 的有關(guān)規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度除承受加熱爐看不見的靜載荷和動(dòng)載荷外，還應(yīng)能承受風(fēng)載荷和地震載荷作用等，爐頂和操作面的防雨棚還要考慮雪載荷。射線檢測Ⅱ級為合格，超聲波檢測Ⅰ為合格。 試驗(yàn)壓力： t[]P [] M P a??