【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)控制渣油溫度在80177。3℃。在維溫時(shí)，設(shè)渣油的平均溫度是80℃。②假設(shè)罐壁的溫度是76℃，則渣油的定性溫度是℃，利用公式計(jì)算渣油在此定性溫度下的熱物性參數(shù)：渣油在78℃時(shí)的物性參數(shù)：A、密度：g/cm3B、導(dǎo)熱系數(shù)： W（mK）C、粘度：m2/sD、比熱容：kJ/（kgK）E、當(dāng)按=85%時(shí)，實(shí)際裝油高度是=mm。校核油罐罐壁溫度=℃由于誤差1℃，所以假設(shè)成立，即假設(shè)的壁溫=76℃。內(nèi)部傳熱系數(shù)油罐內(nèi)部傳熱系數(shù)應(yīng)該按照無限空間自然對(duì)流換熱公式計(jì)算，即：所以 =10122107。根據(jù)表31得=，=1/3。所以：W/（m2K）油罐外部的對(duì)流換熱系數(shù)m2/s ，W（mK）=6680mm。=106104所以根據(jù)表34得到：=，=，所以： W/（m2K）油罐的輻射換熱系數(shù)首先要確定油罐的壁外溫度： 其中油罐罐壁的導(dǎo)熱系數(shù)= W/（mK），酚醛巖棉氈的導(dǎo)熱系數(shù)近似為= W/（mK），鍍鋅鐵皮的導(dǎo)熱系數(shù)為=（mK）。代入相關(guān)數(shù)據(jù)得到：=℃。油罐罐壁至周圍介質(zhì)的輻射換熱系數(shù)3bi可以按照下式計(jì)算： W/（m2K）油罐的罐壁傳熱系數(shù)=（m2K）罐頂，罐底傳熱系數(shù)的確定同油罐在加熱狀態(tài)一樣，取油罐的傳熱系數(shù)=（m2K）, 油罐的傳熱系數(shù)= W/（m2K）。總傳熱系數(shù)的計(jì)算 其中m2 m2 = m2 總傳熱系數(shù)： W/（m2K） 所以在維溫階段，油罐本身向外界散失的熱量Φ可以按下式計(jì)算：W 在油庫管道設(shè)計(jì)中，為了減少蒸汽管路、熱油管道的熱損失，應(yīng)設(shè)計(jì)保溫層，敷設(shè)保溫層可以減小渣油由油罐輸送到換熱器時(shí)的溫降，減少熱損失。雖然敷設(shè)保溫層增加了初期投資，但是卻能起到降低熱損失，減少加熱器面積及加熱設(shè)備容量、降低運(yùn)行費(fèi)用的作用。因此，要綜合考慮加熱和保溫兩方面的關(guān)系，合理確定加熱和保溫的方案，正確處理高粘度和易凝油品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題。在我國華北，東北和西北，對(duì)于儲(chǔ)存粘油和易凝油的油罐或者輸送粘油的管道都應(yīng)該設(shè)置保溫層。 對(duì)于保溫材料的要求是[20]：在平均溫度等于或小于623K（350℃）（mK）。密度不大于350kg/m3。耐高溫，耐振動(dòng)。除軟質(zhì)、半硬質(zhì)、散狀材料外?？扇嘉锖退州^少，吸水性低。對(duì)金屬無腐蝕作用，化學(xué)穩(wěn)定性好。在保溫層外部還要設(shè)置維護(hù)結(jié)構(gòu)，它的作用是保護(hù)保溫層。對(duì)于吸水率高的保溫材料還能起到防水防潮的作用，油罐保溫層外部常用鍍鋅鐵皮作保護(hù)層。保溫層的厚度要根據(jù)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)分析來確定。對(duì)于保溫層厚度的設(shè)計(jì)有三種：① 根據(jù)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)條件決定保溫層厚度；② 按照限定的保溫層表面溫度決定保溫層厚度；③ 根據(jù)限定的溫降值決定保溫層厚度。本文采用第三種方法，根據(jù)管道進(jìn)口、出口的限定溫降值來設(shè)計(jì)保溫層厚度。已知流體在管道的起點(diǎn)溫度，被加熱油品是混合物，所以油品從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)是在一個(gè)溫度變化范圍內(nèi)完成的，在油罐加熱計(jì)算中，油品能流動(dòng)的最低溫度稱為傾點(diǎn)，一般來講，傾點(diǎn)要比凝點(diǎn)高2～3℃[21]，為防止在換熱器入口渣油凝結(jié)，限定渣油的終點(diǎn)溫度是40℃?；A(chǔ)數(shù)據(jù)：管道長20m，外部包礦渣棉氈， W/（mK），管道尺寸 763mm。保溫層厚度的計(jì)算可以按照下式計(jì)算[5]： (321)式中：，——保溫層外徑和鋼管外徑，m；——油品在管路中的起點(diǎn)溫度，℃；——油品在管路中的終點(diǎn)溫度，℃——管路長度，m；——油品在管路中的質(zhì)量流量，kg/s；——油品的比熱容，kJ/(kgK)；——保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK）；——保溫管路的外部傳熱系數(shù)，W/（m2K）。其中，保溫管道外部的傳熱系數(shù)由下列式子計(jì)算： （322） （323） 式中：——無風(fēng)時(shí)保溫層表面至周圍大氣的放熱系數(shù)，W/（m2K）；——保溫管路周圍平均風(fēng)速，m/s。 m/s，油庫中的熱油管道和蒸汽管道可近似的取≈ W/（m2K）。所以保溫層表面溫度為[16]： (324) W/（m2K）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，渣油出口溫度為46℃，限定渣油從油罐到換熱器之間管道的終點(diǎn)溫度是40℃，則渣油在管道中的定性溫度為44℃。假設(shè)管道中的渣油質(zhì)量流量是10 kg/s，管道長度是20m，根據(jù)式（321）計(jì)算保溫層的厚度。計(jì)算得出：保溫層厚度是45mm。用同樣的公式計(jì)算渣油在維持恒溫階段時(shí)，離開油罐時(shí)溫度是80℃，則到達(dá)換熱器時(shí)的溫度是75℃。換熱器設(shè)計(jì)是新型燃油鍋爐房油罐加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要組成部分，換熱器的設(shè)計(jì)研制在傳熱學(xué)領(lǐng)域中屬于研究比較廣泛且比較成熟的技術(shù)，各種新式換熱器的出現(xiàn)和工業(yè)應(yīng)用也使這項(xiàng)技術(shù)得到飛速的發(fā)展。各種傳熱元件的研究是換熱器研制過程中的核心技術(shù)，如何使傳熱元件的傳熱效率更高、使用壽命更長是換熱器研制過程中的主要工作和方向。無機(jī)熱傳導(dǎo)元件是由美國SUNNLT公司于80年代末研究、開發(fā)的一項(xiàng)新型傳熱技術(shù)，無機(jī)熱傳導(dǎo)技術(shù)在世界各國的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。近年來無機(jī)熱傳導(dǎo)元件在我國石油、化工、化肥、電力工業(yè)等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。實(shí)踐證明，無機(jī)熱傳導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用前景良好，是一項(xiàng)頗具有生命力和競爭力的節(jié)能降耗，高效傳熱的高新技術(shù)。[22]無機(jī)熱傳導(dǎo)技術(shù)是指以灌注在密閉、真空腔體內(nèi)的無機(jī)元素為導(dǎo)熱介質(zhì)（又稱為工質(zhì)），將吸熱端的熱量傳遞至散熱端的一種傳熱方式，它是一種新型、快速、高效和節(jié)能的傳熱技術(shù)。這種傳熱方式屬于二次間接傳熱，傳熱過程中腔體中的導(dǎo)熱介質(zhì)無相變現(xiàn)象，它與常見的一次間接傳熱的換熱管和常規(guī)的“熱管”傳熱方式不同。在一定溫度條件下，無機(jī)熱傳導(dǎo)元件內(nèi)的無機(jī)導(dǎo)熱介質(zhì)受熱后，利用分子的震蕩、摩擦，將熱能快速激發(fā)，熱量由元件的一端向另一端快速傳遞。在整個(gè)傳熱過程中，元件的表面呈現(xiàn)出無熱阻、快速、波狀導(dǎo)熱的特性。無機(jī)傳熱管內(nèi)表面是經(jīng)過特殊處理的，這種處理相似于又不同于常規(guī)熱管所采用的酸洗鈍化處理，經(jīng)過特殊處理的無機(jī)熱管內(nèi)表面形成以下三種基本層：第一層（最內(nèi)層）：為金屬和重鉻酸根的各項(xiàng)組合，為防腐蝕層，使其能有效抑制腔內(nèi)材料的腐蝕，防止腔體表面形成氧化物。第二層（中間層）：附著在第一層上，是鈷、錳、鈹、和重鉻酸根的各項(xiàng)組合；為活性層，能防止腔體材料形成氫、氧元素的產(chǎn)生。第三層（最外層）：是金屬氧化物、重鉻酸根、單晶硅、鉻酸鍶的組合。導(dǎo)熱層，其基本形狀為黑色粉末，具有良好的吸熱、傳熱特性。[2325]無機(jī)熱管的傳熱能力是以單位時(shí)間內(nèi)傳送的熱能來表示的，其單位是W。1942年Caugler博士成功地發(fā)明了在密閉、真空腔體內(nèi)、以液體為導(dǎo)熱介質(zhì)，進(jìn)行熱能傳遞的“熱管”元件，這就是常規(guī)熱管。ф6mm無機(jī)傳熱元件單管傳熱能力達(dá)30W，而相同工況和條件下，以水為工質(zhì)的常規(guī)熱管傳熱元件的傳熱能力僅能達(dá)到23W。由此可見，無機(jī)熱管的熱流密度或傳熱系數(shù)是在相同工況和條件下都要比常規(guī)熱管的熱流密度或傳熱系數(shù)大30%。無機(jī)傳熱管與常規(guī)熱管之間的主要區(qū)別見表35：表35 無機(jī)熱管與常規(guī)“熱管”比較比較項(xiàng)目無機(jī)熱管常規(guī)熱管管內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)無機(jī)元素有機(jī)元素傳熱方式無相變傳熱有相變傳熱表面處理特殊處理一般酸洗鈍化脫氣處理有無導(dǎo)熱性能更好好無機(jī)熱管的縱向和徑向?qū)崴俾拭黠@高于常規(guī)熱管，特別是縱向?qū)崴俾实牟顒e更加明顯。金屬中導(dǎo)熱系數(shù)最高的純銀的導(dǎo)熱系數(shù)為415W/（mK）。實(shí)驗(yàn)表明：無機(jī)傳熱管的導(dǎo)熱系數(shù)比純銀高得多。華南理工大學(xué)熱管測試中心的報(bào)告稱，無機(jī)熱管的導(dǎo)熱系數(shù)為純銀的7200倍。無機(jī)熱傳導(dǎo)元件的理論使用壽命一般為11萬小時(shí)，比一般熱管的使用壽命長得多。所謂理論使用壽命是建立在金屬材料的“速蝕率”計(jì)算和工質(zhì)三層膜的老化反應(yīng)以及腔體氣密“泄露率”計(jì)算而獲得的。當(dāng)然在實(shí)際中影響熱管壽命的因素是很多的，如施工質(zhì)量，管材，外部流體性質(zhì)等。此外，無機(jī)熱管相比常規(guī)熱管，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，重量減輕。 增加擴(kuò)展換熱面的傳熱元件在一定的空間內(nèi)，可以布置較多的換熱面積，擴(kuò)展換熱面較薄，換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，重量減輕，特別適用于有限技術(shù)改造的項(xiàng)目。換熱設(shè)備安全可靠。 常規(guī)換熱設(shè)備一般是一次壁面換熱，冷、熱流體分別在管壁（或板壁）的兩側(cè)流過，如果壁面穿孔泄露，將導(dǎo)致停產(chǎn)損失。由無機(jī)熱傳導(dǎo)元件制成的換熱設(shè)備是二次壁面換熱，冷、熱流體分別在無機(jī)熱傳導(dǎo)元件的冷側(cè)和熱側(cè)流過，一般不可能冷、熱側(cè)同時(shí)損壞，而一側(cè)損壞僅損失少量換熱能力，不影響設(shè)備正常使用，增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。流動(dòng)阻力小。 冷、熱流體在無機(jī)熱傳導(dǎo)元件外部流動(dòng)傳熱，無需多程往返，流程短且介質(zhì)流動(dòng)方向可與散熱片方向一致，降低了流動(dòng)阻力。多種介質(zhì)傳熱?？蛇m用于氣——?dú)猓ㄆ?，氣——液和液——液多種介質(zhì)換熱。對(duì)于氣——?dú)猓ㄆ?，氣——液換熱，由于可以增加擴(kuò)展換熱面，彌補(bǔ)氣態(tài)流體對(duì)流換熱系數(shù)低的缺陷，從換熱角度來看具有很大的優(yōu)勢(shì)，且可以防止漏風(fēng)漏氣。適用于一種流體與多種冷流體，一種冷流體與多種熱流體的換熱。具有良好的可拆卸性，維修費(fèi)用低。 對(duì)于整體式換熱元件制造的換熱設(shè)備，可以與設(shè)備殼體采用滑套或法蘭連接，一旦部分元件受損，僅需要換損壞的元件，不需要更換整臺(tái)設(shè)備。根據(jù)傳熱元件腔體內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)的特性和適用范圍，將無機(jī)傳熱元件的使用區(qū)域具體劃分如下：低溫范圍：60℃～30℃； 中溫范圍：30℃～450℃；高溫范圍：450℃～1100℃。原始數(shù)據(jù)：①排煙流量：每臺(tái)鍋爐9800m3/h。②進(jìn)口煙氣溫度：240℃，出口煙氣溫度120℃。③渣油流量：10kg/h。④加熱階段：進(jìn)口溫度：40℃（油罐出口46℃）。⑤維持恒溫度階段：進(jìn)口溫度：72℃（油罐出口80℃）。⑥冷卻水流量：待定。 ⑦換熱器布置：臥式布置。煙氣中含有水蒸氣和SO2，在加熱段利用煙氣余熱回收時(shí)，當(dāng)熱管換熱器的管壁面溫度下降到水蒸氣露點(diǎn)溫度（約70℃）時(shí)，水蒸氣大量凝結(jié)，煙氣中的SO2直接溶于水膜中形成亞硫酸，此時(shí)硫酸蒸汽就會(huì)在管壁面凝結(jié)產(chǎn)生硫酸液，腐蝕熱管。因此對(duì)低溫腐蝕點(diǎn)的控制對(duì)于整個(gè)換熱設(shè)備的壽命有著較大的影響，選取適當(dāng)?shù)墓鼙诓牧夏軌虮M量避免或減小煙氣對(duì)管材的腐蝕。因此把煙氣的出口溫度控制在120℃左右，同時(shí)采用能抗腐蝕的新型鋼材ND鋼作為無機(jī)熱管的管壁材料，它具有抵抗渣油腐蝕的特性。ND鋼作為換熱器的管材，具有較強(qiáng)的耐磨性和耐腐蝕性，可以在低于露點(diǎn)溫度110℃下正常工作，能把設(shè)備的使用壽命提高一倍左右，而且普通鋼材常積灰、易于開裂等現(xiàn)象將得到明顯改善[26]。（1）結(jié)構(gòu)計(jì)算[27] 熱管元件的基本選擇[28]為了盡量減少整個(gè)換熱器的換熱面積，增加單管換熱量，本文設(shè)置了翅片。對(duì)于翅片的選擇應(yīng)該注意所選材料具有良好的傳熱性能、耐溫性能、耐熱沖擊性能及耐腐蝕性能。本文所選的無機(jī)熱管，管壁材料為ND鋼，中溫?zé)峁?；尺寸：外?42mm，管壁厚度 =2mm；翅片采用環(huán)形平翅片；尺寸：外徑=80mm，高度=19mm；厚度=，翅片間距：=8mm。翅片管為鋼管繞制高頻焊翅片，翅片材料為ND鋼，熱冷流體兩側(cè)的翅片結(jié)構(gòu)完全相同。換熱器的基本構(gòu)造A、管束的排列方式：由于有引風(fēng)機(jī)、泵，為增加對(duì)流換熱系數(shù)，增強(qiáng)換熱效果，選用正三角形錯(cuò)排方式布管。B、橫向間距：==96mm，縱向間距：=C、由于采用燃油做為燃料，煙氣中的含灰塵量相對(duì)較少，故無需設(shè)置吹灰器。在需要清灰時(shí)，通以逆流方向的水流就可以方便地進(jìn)行清洗。D、由于在換熱設(shè)備中，逆流具有的對(duì)數(shù)平均溫差要比順流對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)平均溫差大，在換熱量相同時(shí)，逆流形式需要的換熱面積就相對(duì)順流小。所以，本文采用逆流形式。E、管長：選擇排煙氣側(cè)迎風(fēng)速度=，選擇渣油側(cè)的迎流速度=。為了方便與外部煙道風(fēng)管連接并且保證氣流的均勻性，希望每側(cè)迎流截面大體構(gòu)成正方形或者接近正方形。取換熱器的寬度=,且選取F、排煙氣側(cè)無機(jī)熱管長度：=780mm。G、渣油側(cè)無機(jī)熱管長度：=780mm。H、冷卻水側(cè)長度：=330mm。I、預(yù)留安裝段長度兩端各預(yù)留=30mm，中間隔板長度為=25mm(煙氣側(cè)與冷卻水側(cè)為25mm，冷卻水側(cè)與渣油側(cè)為25 mm)。熱管總長度為 = 2000 mm。無機(jī)熱管外光管面積 m2。熱管元件的翅化比及換熱器流體阻斷系數(shù)翅化比： （325）計(jì)算得=。由熱管和管上翅片遮蓋的通風(fēng)面積占迎風(fēng)面積的比例可以用氣流阻斷系數(shù)表示：=（2）管束的換熱計(jì)算①排煙氣側(cè)煙氣的熱物性參數(shù)及放熱量為控制煙氣的低溫腐蝕點(diǎn)，限定加熱端煙氣出口溫度。選取換熱器的煙氣出口溫度為=120℃(考慮了當(dāng)鍋爐在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)排氣溫度降低引起向下波動(dòng)應(yīng)留的安全裕量)排氣溫度：℃以為定性溫度查取煙氣的熱物性參數(shù)：密度 =，比熱 =(kgK)。 導(dǎo)熱系數(shù)=102W/(mK)，粘度=106m2/s。煙氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度=。排氣熱量 W。由于正常工作時(shí)有兩臺(tái)鍋爐運(yùn)行，假設(shè)換熱器的散熱損失為2%，則總共換熱量W。計(jì)算渣油側(cè)溫升及其熱物性參數(shù)在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)按照加熱時(shí)的最大負(fù)荷設(shè)計(jì)。按照初始階段設(shè)計(jì)換熱器，中間冷卻段在加熱時(shí)不提供冷卻水；當(dāng)油罐中渣油溫度大于80℃時(shí)，啟動(dòng)冷卻水泵補(bǔ)水來調(diào)節(jié)油罐的油溫。此時(shí)換熱器就相當(dāng)于一個(gè)二段式換熱器。加熱時(shí)的熱量用于加熱渣油，此時(shí)渣油經(jīng)過換熱器