【正文】 對流段爐管壓力降 2φ=45 對流爐管的總根數(shù)： 2n 7 8 56? ? ? ?根 e2L 5 6 8 1 4 5 0 . 1 4 2m? ? ? ? ? ??????? ???????（ 56 ） 32Re 10?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 26 查“水摩擦系數(shù)圖”得 f = ， u2 = m/s。查得 3? = g 4 0 0 5 5 3 4 5 6 1 8T C K?? ? ? ? ? ? 226 1 8 3H 1 .5 4 ( )69401 .2 3 4????? ? ????????? ? ??毫 米 水 柱 = Pa 煙氣在煙囪內(nèi)的摩擦阻力損失 2 s3 g gsH1H T G f1 7 3 5 D ?? ? ? ? ? 式中： Δ H3—— 煙氣通過煙囪的摩擦損失，毫米水柱； f—— 水摩擦系數(shù)； gT —— 煙囪內(nèi)煙氣的平均溫度 ,K（一般假設(shè)等于對流段煙氣出口溫度減去 55 C? ）； sH? —— 煙囪高度，米； 煙囪內(nèi)襯輕質(zhì)耐熱襯里，取 f= T 4 0 0 5 5 3 4 5 6 1 8 Kg ? ? ? ? ?℃ 試取 sH? =20m， 231 20H 61 8 3 0. 01 317 35 2. 64? ? ? ? ? ??? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?毫 米 水 柱 = Pa 煙氣在煙囪內(nèi)的動能損失 2 2g4 TG 6 1 8 3H 0 . 8 0 1 46 9 4 0 6 9 4 0g ? ?? ? ? ? 毫 米 水 柱 = Pa 式中： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 31 Δ H4—— 煙氣在煙囪內(nèi)的動能損失 煙囪的最低高度 s a11H 3 5 5 H ( )TTD m? ? ? ? ? ?m s b a aT T T T?? ? ? 式中： DT? —— 煙囪的抽力，毫米水柱； sH —— 煙囪高度， m； Ta—— 大氣溫度， K； mT —— 煙囪內(nèi)煙氣平均溫度 ， K。爐管材料為鉻鉬低合金鋼，鉻鉬低合金鋼爐管水壓試驗時，水溫應(yīng)不低于 15℃ 。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 33 第 5 章 加熱爐鋼結(jié)構(gòu) 管式加熱爐鋼結(jié)構(gòu)是為滿足工藝加熱、生產(chǎn)操作和檢修的需要，為了支持爐管系統(tǒng)、襯里和零部件等重量所設(shè)置的外部鋼架體系。 [12] 爐管焊接接頭的檢測和檢驗 爐管焊接接頭的表面質(zhì)量應(yīng)符合以下要求： a）、對接接頭的余高應(yīng)符合 GB1501998 的有關(guān)規(guī)定； b）、焊接接頭尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求，焊縫金屬應(yīng)與母材圓滑過渡； c）、焊接接頭表面不應(yīng)有裂紋、氣孔、弧坑和飛濺物； d）、鉻鉬低合金鋼及不銹鋼爐管的焊接接頭不應(yīng)咬邊。令煙囪最小抽力等于上述計算的總阻力，由下式計算煙囪最小高度。s) Aso—— 釘頭區(qū)域外部的流通面積， m2 Asi—— 釘頭區(qū)域內(nèi)部的流通 面積， m2 S—— 對流段寬度， m； Ns—— 每一周的釘頭數(shù)目； Wg—— 煙氣的質(zhì)量流速， kg/s； pd? —— 釘頭與釘頭之間的間隙， m； pd?? —— 相鄰釘頭管釘頭之間的間隙， m； pd??? —— 縱向釘頭間隙， mm。 T1 = 280℃， T2 = 370℃， Tg = 825℃， Ts = 400℃ ?？紤]到加熱爐的熱負(fù)荷比較大，采用釘頭管三角形排列。 c—— 管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度下的比熱容， kJ/(kg icd d m??????? ?????? ? b）、管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流速 GF： 對流段和輻射段一樣采用 4 管程。 f）、氣體交換因數(shù) F： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 fs1F 111??? ?? 式中： εs—— 爐膛有效輻 射率； εf—— 爐膛表面輻射率； 對于爐管材料是碳鋼、鉻鉬鋼，取爐膛表面輻射率 εf=。 輻射段爐管長度和節(jié)圓直徑 輻射管長度和爐膛高度滿足下式關(guān)系 RA D LC ?? ?? 式中： AR—— 輻射管加熱表面積， m2； C—— 管心距與輻射管外徑之比； L—— 輻射管長度， m； D? —— 輻射室節(jié)圓直徑， m； 根據(jù)要求，試確定高徑比 L/D ?? ， 可以得到： D L?? ?? ?? 解得： D＇ = m， L＝ m。 輻射管平均表面熱流密度 被加熱介質(zhì)為原油，采取單面輻射，取輻射管表面的平均熱流密度為 25 kw/m2。 取： ts = 280+120=400℃ 。 原油產(chǎn)品分率 汽油： %； 煤油： %； 輕柴油： %； 重柴油： 8%； 其余為常壓重油； 70%。 由于石油化工工藝管式加熱爐的被加熱工藝介質(zhì)為易燃、易爆的液體或氣體，且壓力較高，一旦發(fā)生 重大事故，后果不堪設(shè)想。這些因素都必須在加熱爐設(shè)計時加以考慮。常采用的措施有降低爐 子的排煙溫度、減小過熱空氣系數(shù)、減少化學(xué)部完全燃燒損失、減少機械不完全燃燒損失、減少爐壁散熱等。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。 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)。因此，石油化工工藝管式加熱爐能否長周期安全、穩(wěn)定運行對整個裝置或全廠實現(xiàn)“長周期安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)”有著直接的影響。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 第 3 章 工藝計算 加熱爐熱負(fù)荷計算 管式加熱爐工藝計算所需的基礎(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 (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??。 加熱爐本身的設(shè)計熱效率 1 2 3100 % q q q? ? ? ? ? 式中： η—— 加熱爐的設(shè)計熱效率， %； 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—— 機械和化學(xué)不完全燃燒損失， %。 輻射管表面強度 參閱考“輻射爐管表面強度和管內(nèi)質(zhì)量流速經(jīng)驗數(shù)據(jù)”取輻射爐管表面強度2Rq 2 8 7 0 0 /?? ?千 卡 米 時。 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 (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。 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)。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (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。 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 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 管外傳熱系數(shù) 計算公式： 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 ； *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 。 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。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (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。 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 (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?? ??? ? ?