【正文】 ................................................................................ 41 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 42 致謝 ......................................................................................................................................... 43 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第 1 章 緒論 課題背景 近年來(lái)，隨著石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，管式加熱爐技術(shù)越來(lái)越引起人們的重視。也可以設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)來(lái)提高加熱爐的熱效率。 本設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是加熱爐高的熱效率，提高燃油的利用率。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 摘 要 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 240 萬(wàn)噸原油圓筒管式加熱爐，在本設(shè)計(jì)中主要完成對(duì)輻射段、對(duì)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。其中輻射室工藝尺寸包括輻射室爐管的直徑、爐管的壁厚、爐管的長(zhǎng)度、爐管的根數(shù)、輻射室的外形尺寸等；對(duì)流室的工藝尺寸包括對(duì)流爐管的形式、爐管的直徑、爐管的壁厚、爐管的排數(shù)及每排的根數(shù)、熱量衡算的部分包括計(jì)算燃料量、燃燒器的規(guī)格和根數(shù)。常采用的措施有降低爐 子的排煙溫度、減小過(guò)熱空氣系數(shù)、減少化學(xué)部完全燃燒損失、減少機(jī)械不完全燃燒損失、減少爐壁散熱等。 關(guān)鍵字 ：加熱爐；爐管；輻射；對(duì)流； 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II Abstract The design for the annual production capacity of two million tons of crude oil cylinder tube furnace, in the pletion of the design of the main paragraph of radiation, convection, as well as the size of the stack process, the heat balance, steel structure and the calculation and checking Selection of the various furnace ponents. Room size radiation technology, including radiation chamber furnace tube diameter, tube wall thickness, tube length, the root of the number of tube radiation, such as room dimensions。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(guò)程中，它已成為進(jìn)行裂解和轉(zhuǎn)化反應(yīng)的心臟設(shè)備，支配著整個(gè)工廠或裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、收率、能耗和操作周期。 管式爐在石油化廠具有舉足輕重的作用，管式爐的能耗很高。這些因素都必須在加熱爐設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。管式加熱爐的使用是煉油工業(yè)由小處理量、間歇生產(chǎn)轉(zhuǎn)向大處理量、連續(xù)生產(chǎn)的標(biāo)志。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(gè)裝置將無(wú)法完成預(yù)定的任務(wù) 。 石化工藝加熱爐的基建投資費(fèi)用，約占一般煉油裝置總投資的 10%～ 20%，總設(shè)備費(fèi)用的 30%左右；在重整、制氫等裝置中則占裝置總投資的 25%左右；乙烯裂解爐和化肥轉(zhuǎn)化爐的基建投資費(fèi)用約占裝置總投資的 35%左右。 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。幾乎每一套煉油和石油化工裝置中都有管式加熱爐，也就是說(shuō)：管式加熱爐幾乎參與了煉油和石油化工的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ，對(duì)操作工人和周邊居民的生活或身體健康都有著直接影響。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 第 2 章 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)要求 1）、設(shè)計(jì)方案的論證與制定； 2）、加熱爐及其附件設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3）、各設(shè)備需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，校核及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4）、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)并畫(huà)結(jié)構(gòu) 圖； 5）、繪制工程圖、總裝圖、鋼結(jié)構(gòu)圖、盤(pán)管圖。 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%。 被加熱介質(zhì)的熱負(fù)荷 加熱爐原油介質(zhì)的熱負(fù)荷 n o l iln 3W I IQq3. 6 10????（ ） 式中： Qn—— 加熱爐的原油介質(zhì)熱負(fù)荷， kW； Wn—— 被加熱原油的質(zhì)量流量， kg/h； Iil—— 被加熱原油入爐的比焓， kJ/kg； Iol—— 被加熱原油出爐的比焓， kJ/kg； q—— 其它熱負(fù)荷 , kW。 其它熱負(fù)荷忽略不計(jì) ,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(fù)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(jì)熱負(fù)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(shí) 燃燒過(guò)程計(jì)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(shí)）。 [2] 查燃料含硫量與最低金屬表面溫度圖得 ts 不得低于 140℃ 。 ?。?ts = 280+120=400℃ 。 根據(jù)煙氣的出爐溫度，查“煙氣熱量損失圖”，得 q1=18%， q2 與 q3 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 q2+q3= 3% 。工程上為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，往往把這三項(xiàng)帶入顯熱忽略。加熱爐的燃燒器采用內(nèi)混式蒸汽霧化，霧化蒸汽量可取 0 .4 /sW k g k g? 蒸 汽 燃 料。 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。 輻射管加熱面積 計(jì)算公式： 4RR RQ 1 9 9 9 1 0A 6 9 6 . 6 mq 2 8 7 0 0 ????? ??? ??? ?? 式中： AR—— 輻射管加熱表面積， m2 ； QR—— 輻射段的熱 負(fù)荷，千卡 /時(shí)； qR—— 輻射爐管的表面強(qiáng)度， 2 ?千 卡 /米 時(shí) 。 s)。 s； WF— — 管內(nèi)流體流量， kg/h； N—— 管程數(shù)。 輻射段爐管長(zhǎng)度和節(jié)圓直徑 輻射管長(zhǎng)度和爐膛高度滿(mǎn)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(zhǎng)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。 上部間隙為 。 氣體的交換因數(shù) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(guò)?？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(zhǎng)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(zhǎng)度為一倍的爐體直徑。 [12] d）、爐膛總內(nèi)表面積 ΣF： 222F DL D4 1 15 1451 8 m????? ? ??????? ? ? ? ? ??????? ? ?? 式中 : ΣF—— 爐膛總內(nèi)表面積， m2。 f）、氣體交換因數(shù) F： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 fs1F 111??? ?? 式中： εs—— 爐膛有效輻 射率； εf—— 爐膛表面輻射率； 對(duì)于爐管材料是碳鋼、鉻鉬鋼，取爐膛表面輻射率 εf=。 a）、試確定 Tg = 825℃ = 1095 K，輻射段采用的圓筒型，系數(shù) C1 = 。 33R33584Q 70 % 42 .3 4 10 20 2. 4 1 18 % 3% 103. 623 .4 2 10 kW?? ? ? ? ? ? ? ???? ??? ? ? ?（ ） () 熱負(fù)荷平衡，確定的 Tg = 825℃符合條件。 s； μ—— 管內(nèi)介質(zhì)平均溫度下的動(dòng)力粘度， Pa icd d m??????? ?????? ? b）、管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流速 GF： 對(duì)流段和輻射段一樣采用 4 管程。 c）、管內(nèi)介質(zhì)的平均溫度 m 2 8 0 3 7 0t 3 2 5 5 9 8 K2?? ? ?℃ = d）、管內(nèi)介質(zhì)平均溫度下的粘度 υ： 已知任意兩溫度下的粘度，石油液體在其它溫度下的粘度安下式計(jì)算： υ e x p [ e x p (a + b ln T ] 0 .6??) 11a ln[ ln( υ 0. 6) ] b ln T? ? ? 1212l n [ l n ( υ 0 . 6 ) ] l n [ l n ( υ 0 . 6 ) ]b l n T l n T? ? ?? ? 式中： T T2—— 熱學(xué)溫度， K； υ υ2—— 液體分別在 T T2 溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度。 管內(nèi)膜傳熱系數(shù) 介 質(zhì)的流動(dòng)為紊流，爐管流動(dòng)介質(zhì)為液體。 0 . 8 0 . 3 3 2i i 10000 . 0 2 7h/d iFdG c C??????? ??? ? ? ?????? ???? 千 卡 米 時(shí) 0 . 80 . 0 2 7 1 0 0 0 0 . 1 2 1 1 1 5 8 . 2 0 . 2 7 10 . 1 2 1 1 . 1????? ? ? ????? 227310 .8 4 9 6 / Ckj m s C? ? ??? ? ?? 千 卡 /米 時(shí) 2*11 /h iii RCh? ? ? ?? 米 時(shí) 千 卡 20 .0 0 0 4 /iRC? ? ??米 時(shí) 千 卡 ** 2 211 0 .0 0 0 47315 6 5 .6 / 0 .6 5 7 4 /iihh C k j m s C??? ? ? ?? ? ? ??千 卡 米 時(shí) 式中： hi—— 管內(nèi)膜傳熱系數(shù)， 2/ C? ??千 卡 米 時(shí) ； λ—— 管內(nèi)介質(zhì)平均溫 度下的熱導(dǎo)率， W/(m c—— 管內(nèi)介質(zhì)在平均溫度下的比熱容， kJ/(kg s? —— 釘頭效率； b—— 釘頭高， m； ls—— 釘頭周長(zhǎng)， m； ds—— 釘頭直徑， m； λs—— 管材的熱導(dǎo)率， / C? ??千 卡 米 時(shí) ； ax—— 釘頭的斷面面積， m2； Th—— 雙曲正切 Gg—— 煙氣通過(guò)釘頭管束的質(zhì)量流速， kg/(m2 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(shí) 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(biāo)準(zhǔn)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