【正文】 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。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℃ 。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。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。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。 212322 4 9 6 .2 4 1 .3 1P 2 0 .0 0 4 6 9 1 6 .20 .1 4 2 9 .8 12 .5 9 2 //Nm? ? ? ? ? ??? ?? ?? ??? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?公 斤 厘 米 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。 T1 = 280℃， T2 = 370℃， Tg = 825℃， Ts = 400℃ 。 煙氣的質(zhì)量流速： ggc c c w32W / 36 00GL b a L n67 .1 2 10 / 36 008 2. 34 0. 16 5 8 82. 28 kg / m s?????? ???? ? ? ???? ??? ? ?（ ） 煙氣質(zhì)量流速控制在 2～ 4kg/m2考慮到加熱爐的熱負荷比較大，采用釘頭管三角形排列。 a）、管材的熱導(dǎo)率 λs： 管材選用的是碳鋼材料，查得碳鋼的熱導(dǎo)率 22sλ 4 0 . 1 / 0 . 0 4 6 6 1 /C k j m s C? ? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時 b）、爐內(nèi)煙氣的平均溫度 Ta： agT T 8 2 5 1 0 9 8CK? ? ? ???? c）、釘頭的斷面面積 ax（采用的釘頭為 12? 標準釘頭，釘頭高為 米）： 3ssπ d 3 . 1 4 0 . 0 1 2 3 7 . 6 8 1 0 ml ?? ? ? ? ? ? 2 2 4 2xs 3 . 1 4a d 0 . 0 1 2 1 . 1 3 1 0 m44? ?? ? ? ? ? d）、每米釘頭管釘頭部分外表面積 as： s s x sps3421a ( l b + a ) Nd + d1( 3 7 .6 8 1 0 0 .0 2 5 1 .1 3 1 0 ) 1 20 .0 1 6 0 .0 1 20 .4 5 2 m??? ? ? ????? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ?? ? ? e）、每米釘頭管光管外表面積 ao： 2oa 0 .1 2 7 0 .3 9 9??? 米 f）、每米釘頭管光管部分的外表面積 ab ：和每米釘頭管釘頭部分外表面積sa； 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 2b212a 0 .1 2 7 0 .0 1 24 0 .0 1 5= 0 .3 0 8 5??? ? ?????米 212 ( 0 . 0 1 2 0 . 0 2 5 0 . 0 1 2 )0 . 0 1 5 4sa ??? ? ? ? ? 米 g）、釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) hs： 0 . 6 6 7 0 . 3s 0 . 3 3 3222 . 0 3 8 2 5h 9 . 4 40 . 0 1 2= / 0 . 5 7 5 3 /C k j m s C???????? ? ? ?? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時 h）、包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的釘頭表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) *sh ： * 2 2s 1h 1 4 2 . 4 5 / 0 . 1 6 5 6 /10 . 0 0 5495 C k j m s C? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? 千 卡 米 時 i）、系數(shù) m： 1 / 23449 5 37 .68 10m40 .1 3 1072 .5??????? ?????????? ? j）、釘頭效率 Ω： sT h (7 2 .5 0 .0 2 5 )Ω7 2 .5 0 .0 2 50 .9 4 8???????? k）、光管的對流傳熱系數(shù) h? ： 67 22 825h / /ocC k j m s C???????? ? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 l）、包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的釘頭管管外膜傳熱系數(shù)*hoc： *221h1 0 . 0 0 52 2 5 . 6 51 0 6 . 0 3 / 0 . 1 2 3 2 /ocC k j m s C???????? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時 m）、釘頭管外膜傳熱系數(shù) soh ； 2214 2. 45 0. 94 8 0. 84 45 10 6. 03 0. 30 85h0. 39 936 7. 8 / 0. 42 75 /soC k j m s C? ? ? ????? ?? ? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時 對流段總系數(shù) 計算公式： **ioc **iohhk hh?? ? 式中： kc—— 對流段總傳熱系數(shù)； *ih —— 包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的管內(nèi)膜傳熱系數(shù)； *oh —— 包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的管外膜傳熱系數(shù)； hi—— 管內(nèi)膜傳熱系數(shù)； ho—— 管外膜傳熱系數(shù)。 c—— 管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度下的比熱容， kJ/(kg 管內(nèi)膜傳熱系數(shù) 介 質(zhì)的流動為紊流，爐管流動介質(zhì)為液體。 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。 33R33584Q 70 % 42 .3 4 10 20 2. 4 1 18 % 3% 103. 623 .4 2 10 kW?? ? ? ? ? ? ? ???? ??? ? ? ?（ ） () 熱負荷平衡，確定的 Tg = 825℃符合條件。 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=。 氣體的交換因數(shù) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 a）、煙氣中二氧化碳 (CO2)和水蒸氣 (H2O)的分壓值 p： 根據(jù)加熱爐的過?？諝庀禂?shù)，由“煙氣中 CO2 和 H2O 的分壓”圖查得 : [2] P = atm； b）、平均氣體的輻射長度 L： 所采用的是圓筒型加熱爐，高徑比為 2，根據(jù)要求確定平均氣體的輻射長度為一倍的爐體直徑。 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。 s)。 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。工程上為簡便起見，往往把這三項帶入顯熱忽略。 取： ts = 280+120=400℃ 。 其它熱負荷忽略不計 ,即 q = 0， 3v 38 2 . 1 9 1 4 6 5 . 3 8 7 6 7 . 5 8Q 1 5 . 9 3 M W = 1 5 . 9 3 1 0 /3 . 6 1 0 K J S??? ? ? ??（ ） 加熱爐的總的熱負荷 3nvQ Q Q 1 4 . 2 5 1 5 . 9 3 3 0 . 1 8 M W = 3 0 . 1 8 1 0 /K J S? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計熱負荷 Qc: 43Q 1 . 1 Q 1 . 1 3 0 . 1 8 3 3 . 1 9 8 M W = 2 8 5 6 1 0= 3 3 . 1 9 8 1 0 K J / S?? ? ? ? ? ? ? 千 卡 / 時 燃燒過程計算 燃料油燃燒物性 所用的燃料為大慶常壓重油 ,查閱相關(guān)資料，可知燃料的燃燒物性： [1] a）、高熱值： 3HQ 4 4 .9 9 1 0 k J/k g? ? ?? b）、低熱值： 3LQ 4 2 .2 1 1 0 k J/k g? ? ?? c）、理論空氣量： Lｏ = 空氣 /kg 燃油（ α=1）； d）、理論燃燒溫度： 2020℃ （ α=1 時）。 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%。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 石油化工工藝管式加熱爐排放的煙氣中 NOx、 SOx、 CO2 等有害成分含量是否達到國家標準規(guī)定 ，對操作工人和周邊居民的生活或身體健康都有著直接影響。 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。在常減壓蒸餾裝置中，常壓爐的處理能力決定了常減壓蒸餾裝置處理能力，如果常壓爐的處理能力不夠，整個裝置將無法完成預(yù)定的任務(wù) 。這些因素都必須在加熱爐設(shè)計時加以考慮。管式加熱爐消耗著大量的能量，而在制造乙烯、氫氣和合成氨的工藝過程中，它已成為進行裂解和轉(zhuǎn)化反應(yīng)的心臟設(shè)備，支配著整個工廠或裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、收率、能耗和操作周期。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。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) I