真空加热炉结构原理及设计操作维护要点

真空加热炉结构原理及设计操作维护要点开发事业部设备管理科2011年4月热管的原理1942年，美国人高格勒提出热管的工作原理。1964年，美国人格罗弗发明了这种新型的传热元件。从70年代开始，热管已从实验室研究迅速地转向实用阶段。在一段不含不凝结气体的封闭管段中，当液体端受热后，随着饱和蒸汽压力的提高，热量以音速向冷端传送。这也是所谓的热超导现象。图示中A-挥发性液体，B-挥发的蒸汽，C-开始凝结的蒸汽，D-凝结并落下的液体热管的优异性能很高的导热性优良的等温性热流密度可变性热流方向的可逆性热二极管与热开关性能环境的适应性热管原理的应用散热器：电子、航天等领域直接应用的金属毛细热管。真空锅炉（真空加热炉）。直燃机（直燃式中央空调）、热泵。管式太阳能。真空加热炉的概念真空热水锅炉源于1972年苏黎世理工大学发明的真空锅炉的基本原理。1974年日本的田熊理工研究所据此开发出真空热水锅炉，并获发明专利。1982年,韩国富士特锅炉株式会社将真空热水锅炉推向市场,成为真空锅炉最早商业运用的品牌。真空加热炉是真空热水锅炉的一种，是指以水为中间介质，油气水为被加热介质的真空锅炉。真空加热炉的原理在封闭容器的下端装载一定质量的水，在封闭容器的上端设置被加热工质的盘管，抽出容器内的空气，容器内的介质只剩下水和饱和水蒸汽两种介质，当容器内部温度低于该海拔条件下水的沸腾温度时，内部为负压状态。对容器的下端加热，水温升高，迅速蒸腾，形成蒸汽，蒸汽与上端的盘管换热，凝结成水滴落入下部，继续被加热，如此循环，形成动态平衡。真空加热炉原理动画真空加热炉的特点优点：热效率高，理论上可无限接近100%，实际应用中达到85—92%；单位体积功率大，约比传统加热炉节约钢材30%左右；锅筒内几乎无腐蚀、无结垢，中间介质损失极少，且无氧运行，失去结垢和腐蚀的物质基础；安全性好，负压运行，锅筒无爆炸的风险。缺点：理论极限温度为使用条件下的水的自然沸点。目前尚未找到安全经济可靠的高温中间介质。真空加热炉设计要点盘管1、材质：盘管是唯一与腐蚀介质直接接触的部件，需对材质的耐腐蚀能力进行论证。2、强度设计：管壁最小厚度计算按公式3、热流密度：真空加热炉的理论热流密度非常大，为确保可靠，按标准设计取值范围11-25Kw/m2为宜。4、弯头中心距：标准规定为2D，为减少冲刷损失，塔里木油田惯例取4D。5、为防止偏流及降低结垢速率，尽可能避免列管式设计。真空加热炉设计要点烟道排烟温度设计不得低于烟气中酸气分压条件下的酸露点，直接采用含硫天然气作燃料，一般建议在190-200℃之间。过高，则影响效率，过低，则因凝液，加剧腐蚀。烟气流速全自动机组取12-25m/s，自然通风机组取5-8m/s。防爆门开启压力不大于0.05Mpa，最小口径按0.025V(v-可燃混合气容积)设置。真空加热炉设计要点保护与控制1、真空阀泄流面积按公式2、真空阀泄放压力：小于0.03Mpa，微正压3、冬季严寒地区，应设操作间，以保证电气控制元件的可靠性。4、为防止可燃气体泄漏集聚，燃烧器进风通道上设置可燃气体报警器，并与燃烧机、排风设施控制连锁。真空加热炉操作要点煮炉理论上，如果能保证锅筒内不含氧的条件下，煮炉是不必要的，但是，运行过程中客观存在泄漏的风险，所以我们要求新投产设备或酸洗后的设备要严格执行煮炉的规定。煮炉的目的：除锈、除污、表面钝化。煮炉的方法：煮炉配方包括氢氧化钠和磷酸三钠，按1：1比例配备，每吨水加4-6公斤药粉，无磷酸三钠可用碳酸钠替代，数量为磷酸三钠的1.5倍，也可单独采用碳酸钠煮炉，每吨水加6公斤。煮炉操作应缓慢升温至90℃，调整到小火，稳定温度4小时，关火冷却到60℃以下排水。真空加热炉操作要点排气真空加热炉排气十分重要，排气效果直接影响传热效率和锅筒内的腐蚀速率。排气步骤如下：锅筒温度设置到95℃以上，烘炉（非必要步骤）结束后，直接大火烧开，直到真空阀打开，持续冒气5分钟以上。再设置温度上限到正常生产值或通入被加热介质，使锅筒温度降低，真空阀回座。重新加水、密封面泄漏检修后的设备，都必须重复排气步骤。真空加热炉操作要点参数设置锅筒内温度的设置优先于盘管温度设置，因为锅筒内的热质具有强大的蓄热能力，波动速率较低，不至于使得加热炉频繁起停。正常情况下锅筒内的压力，对应的是测点温度条件下饱和蒸汽压力，测温等效于测压，所以温度控制优先于压力控制。如果要求被加热工质的温度为A，则初始设置锅筒温度下限A+30℃，上限温度为下限温度加15℃，然后根据工质实际出口温度进行调整。需改变启动、停机等程序时序，增、减控制点等问题，要由专业技术人员操作。真空加热炉维护要点密封除真空阀需保持良好的密封效果外，外接的上水阀、排水阀、仪表接头等处的密封效果也需检查。检查方法•1、听，当负压形成后，这些接头处没有吸气的声音。•2、试，负压形成后，调整水浴温度上下限至极限差值（5℃），经过较长时间运行，真空度不下降。燃气管路系统的密封性能，直接影响生产安全，应定期用发泡剂仔细检查。真空加热炉维护要点出力与效率加热炉出力：经长时间使用后，烟气系统积炭，热效率下降，直接影响加热功率，现场估算加热功率，可判断烟气系统积炭情况，估算方法：关闭盘管出入口阀门，直接大火烧锅筒内的水，结合水量和升温速度估算热功率。如热功率过低，则可判断烟气系统结焦积炭。•此外，盘管结焦初期，可导致排烟温度过高。盘管换热效率：盘管换热效率降低的原因主要是管内结垢，换热效率的估算方式可由流量和温升估算，若锅筒温度不变流量不变且加热功率未变，温升下降明显，则可判断为管内结焦。•此外，水位过高或空气排放不净也影响换热功率。真空加热炉一般情况下，不考虑锅筒内结垢问题。真空加热炉维护要点仪表与控制减压稳压阀：膜片易浸油老化变形，影响减压稳压效果。探针：探针表面长期接触火焰，易受污染，灵敏度降低或失效。液位计：液位计翻板受沙尘、高温等影响，容易卡死，冬季液位计可能受冻，可能失灵。风压开关：长期使用测压孔容易堵塞，同时，这是一个较高灵敏度的仪表，也容易损坏。电磁阀：现场气质不够洁净，容易使得执行机构卡死，动作不到位。点火电极：点火电极容易受污染积炭，还可能发生塑性形变，火花强度降低或不打火。简单的介绍结束，若需要更深层次更细致的了解，请参照新远公司的培训课件及学习相关规范标准！谢谢！附件：真空相变加热炉学习课程（库尔勒新远石油技术服务有限公司）真空相变加热炉的课程目录一、真空相变加热炉本体部分1、结构、工作原理原理、型号说明2、日常维护与保养3、加热炉检查保养记录4、停运5、投运6、常见故障的判断与处理二、真空相变加热炉加热装置—燃烧器1、结构、工作原理2、日常与定期维护保养3、启停燃烧器操作4、常见故障的判断与处理三、真空相变加热炉的控制系统1、工作原理2、组成3、主要功能4、维护及注意事项一、真空相变加热炉本体部分1、结构、工作原理原理、型号说明2、日常维护与保养3、加热炉检查保养记录4、停运5、投运6、常见故障的判断与处理1、真空相变加热炉结构1—盘管2—本体3—烟囱4—烟箱5—操作间6—燃烧器7—火筒8—烟管9—回烟室10—防爆门真空相变加热炉的工作原理相变换热原理：燃烧器将燃料充分燃烧，热量经加热炉火筒（辐射受热面）及烟管（对流受热面）传递给锅壳内中间介质水，水受热沸腾由液相变为汽相蒸发，水蒸汽逐步充满炉体的汽相空间，由于盘管内被加热介质管壁温度远低于蒸汽温度，从而使蒸汽在盘管外壁冷凝，并把热量传递给盘管内介质。冷凝后的水在重力作用下落回水空间。如此循环往复，实现了相变换热过程。真空度的形成：首次启炉或在没有真空度（加热炉运行压力到正压）时须要排空，排空前，关闭加热炉的介质进口阀门，将控制燃烧器的水浴控制停炉温度设定在95℃，待加热炉蒸汽压力达到0.02~0.04MPa时真空阀会自动打开排汽，在排放水蒸气的同时会把加热炉内的空气排出，排放时间控制在约5~8分钟，打开介质进口阀门，低温介质进入盘管，水蒸气遇盘管冷凝成液态水，汽压降低，最终运行压力低于外界标准大气压，即运行压力正常在-0.05~0MPa，从而实现了加热炉容器的真空。型号的说明□□－□/□/□－□燃料种类（Y/Q/YQ）壳程压力(MPa)管程压力（MPa）管程介质加热炉功率（kW）加热炉型号型号说明：真空加热炉—VH；采暖真空加热炉—CWNS；天然气真空加热炉—VHG；加热炉功率：用四位数字表示，不足位时前面补零。管程介质（即被加热的介质符号）：原油—Y；污水—SY；天然气—Q；多种介质—DY；采暖水—SH。管程压力：被加热介质的设计压力，单位MPa；被加热介质为多种介质，则此项不表示。壳程压力：单位MPa。此项不表示。（一般工作压力为－0.01MPa～+0.02MPa。）燃料种类：Q—天然气；Y—油；YQ—油气两用2、日常检查、维护与保养1、液位计的显示真实、清晰2、检查压力、温度仪表的有效期、显示是否正常3、各仪表阀门的密封性4、加热炉介质进出口压力及压差5、加热炉要求添加软化水，定期对水质进行化验是否达标（每3~6个月化验一次）6、一年检查一次加热炉法兰连接处的垫片、O型密封圈有无破损、炉体盘管管线及燃料管线的管道、阀门有无泄漏。如有及时更换7、一年一次打开前烟箱观察对流受热面有无积灰，烟箱内保温是否完好，尾部受热面是否存在腐蚀。8、从人孔进入检查烟管焊缝、板边等处有无裂纹、腐蚀现象，根据现场情况进行维护修理。锅筒内有无水垢、水渣等，必要时可进行清理并排污。3、真空相变加热炉检查保养记录项目内容运行参数检查周期保养周期备注液位液位显示清晰显示正确显示在液位计表示的1/2~2/3每天2次每月1次如有必要清洗液位计内的污垢水浴温度显示清晰校验周期符合加热炉设计温度（0~95℃）每天2次每月1次到有效期或损坏更换水浴压力显示清晰校验周期符合加热炉设计温度（-0.05~0MPa）每天2次每月1次到有效期或损坏更换排烟温度显示清晰校验周期符合加热炉设计温度（0~280℃）每天2次每月1次到有效期或损坏更换燃气压力（减压阀前）显示清晰校验周期符合加热炉设计温度（0.1~0。4MPa）每天2次每月1次到有效期或损坏更换燃气压力（减压阀后）显示清晰校验周期符合加热炉设计温度（2~5KPa）每天2次每月1次到有效期或损坏更换阀门仪表连接密封性是否有渗漏----------每天1次每年1次如有必要更换密封圈真空阀是否有渗漏----------每天1次每年1次如有必要更换真空阀芯防爆门活动是否灵活密封性是否良好活动灵活密封良好每月1次每月1次如有必要加润滑油；更换密封圈4、停运1、正常停运加热炉在冬季长时间停止运行，要将加热炉内的水彻底排出，以防冻结。2、紧急停炉在下列情况下操作人员应采取措施紧急停炉：a）加热炉内水位急剧上升或下降。b）加热炉内压力急剧上升。c）压力表或真空阀出现失灵或故障3、加热炉停运—炉体的防腐保养a)干法保养b)湿法保养a)干法保养:(一般情况下一个月以上的，易采取干法保养)干燥剂不要直接接触加热炉金属表面，可装在铁盘等容器内，为了防止干燥剂吸潮发胀，故只装容器的1/2～1/3，防止发胀后溢出，存放干燥剂后要关严人孔，手孔和其它孔盖，汽、水管道上的阀门必须截断，最好用盲板堵死。每月应检查一次，生石灰变粉时及时更换。b）湿法保养：（不超过一个月的可用湿法保养)炉水最好用原来的炉水，再次是软化水，还可用碱液法，加碱后，用微火加热炉水80～100℃，保持2～3小时，使其循环，炉水碱浓度均衡，压力降低时，再把炉水加满，并使保养期间一直保持这个压力，碱度应定期化验，降低时，应随时补充，碱液浓度可根据选用碱的成分来配制，加热炉重新使用前，应全部放出炉内碱水，最好备储液池，以利再用，同时，须用净水冲洗。5、投运1、投运前检查检查加热炉各阀门仪表连接是否完好给加热炉加入软化水，加至液位计的1/2~2/3处打开燃