加热炉与换热器培训资料

管式加热炉与换热器培训讲义第1页共28页加热炉及换热器培训讲义2011年4月目录管式加热炉与换热器培训讲义第2页共28页第一部分加热炉基本知识....................................................3一、概述................................................................3二、管式加热炉的主要技术参数............................................3三、油田用加热炉的炉型及表示方法........................................4四、管式加热炉设计的基础数据............................................6五、加热炉热效率测试方法................................................6六、提高加热炉热效率的措施..............................................7七、加热炉的吹灰控制...................................................10第二部分管式直接加热炉简介...............................................10一、管式直接加热炉的原理、性能特点、遵守的标准规范及应用...............10二、管式直接加热炉结构形式及特点.......................................11三、管式加热炉的运行与操作.............................................15四、管式加热炉故障处理.................................................17五、管式加热炉的维护与保养.............................................19第三部分水套加热炉简介...................................................21一、水套加热炉的工艺原理、性能特点及遵守的标准规范.....................21二、水套加热炉结构形式描述.............................................22三、水套加热炉运行注意事项.............................................23五、U形管式换热器简介.....................................................24一、U形管式换热器的结构特点、设计规范及型号表示........................24二、换热器的维护和检修.................................................26管式加热炉与换热器培训讲义第3页共28页第一部分加热炉基本知识一、概述油田和长输管线加热炉(以下简称油田加热炉)系指用火焰加热原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备，是油、气生产和输送中广泛使用的设备。在油、气田的集油站、集气站和联合站等站(库)内，加热炉对原油、井产物、生产用水和天然气等介质进行加热，以满足油气集输处理工艺的要求。在原油和天然气长输管道中，通过加热炉对原油和天然气进行加热，以满足原油和天然气长距离输送的要求。应该指出，油气田和长输管线用加热炉，其对介质进行加热所要求达到的温度都不高，一般只几十度，且介质无化学变化，这是与石油炼制、石油化工所用加热炉不同之点。二、管式加热炉的主要技术参数1、热负荷单位时间内向炉管内被加热介质传递热量的能力称为热负荷，一般用KW表示。它表示加热炉生产能力的大小。2、热效率加热炉输出有效热量与供给热量之比的百分数叫热效率。它表示向炉子提供的能量被有效利用的程度，可用公式表示为η=被加热介质吸收的有效能量/供给炉子的能量。热效率是衡量燃料消耗、评价炉子设计和操作水平的重要指标。早期加热炉的热效率只有60%～70%，最近已达到85%～88%，最新的技术水平已接近92%左右。3、炉膛体积发热强度燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛体积发热强度，简称为体积热强度，它表示单位体积的炉膛在单位时间内燃料燃烧所发出的热量，一般用KW/m3为单位。炉膛大小对燃料燃烧的稳定性有较大影响，如果炉膛体积过小，则燃烧的空间不够，火焰容易舔烧炉管，炉膛温度也高，不利于长周期安全运行。因此，炉膛体积热强度不允许过大，一般控制在燃油时小于125KW/m3，燃气时小于165KW/m3。4、辐射表面热强度辐射炉管每单位表面积在单位时间内所传递的热量称之为炉管的辐射表面热强度，单位常为W/m2。它表示辐射炉管传热强度的大小，与管内介质的特性、流速、炉管材质、炉管式加热炉与换热器培训讲义第4页共28页管尺寸、炉管的排列方式等因素有关。5、对流表面热强度含义同辐射热强度一样，单位也为W/m2，但它是对对流室而言。对流表面热强度是根据管内和管外的各种数据计算出来的，与对流传热系数的关系较大。管外：烟气流速越大，外膜传热系数越高；对流平均烟气温度越高，外膜传热系数也越高；对流管外径越小，外膜传热系数也越高。管内：介质的流速越大，内膜传热系数越高；介质的粘度越小，内膜传热系数也越高。当管内为液体，控制总传热系数的主要因素还是管外条件，管内条件影响不大。6、火墙温度（炉膛温度）指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是加热炉操作中的重要指标。火墙温度高，说明辐射室传热强度大。但火墙温度过高，则意味着火焰太猛烈，容易烧坏炉管、管板等。此外，进入对流室的烟气温度也会越高，对流炉管也容易烧坏。从保证加热炉长周期安全运转考虑，一般加热炉将这个温度控制在850℃以下。7、管内流速流体在炉管内的流速越低，则边界层越厚，传热系数越小，管壁温度越高，介质在炉内停留的时间也越长。其结果，介质越容易结焦，炉管越容易损坏。但流速太高又会增加炉管内的压降，增加了系统管路的动力消耗。在设计加热炉时，应在经济合理的范围内力求提高流速。三、油田用加热炉的炉型及表示方法油田和长输管线用的加热炉型式主要按基本结构、被加热介质种类和燃料种类进行分类：1）按基本结构分可分为两大类，即火简式加热炉和管式加热炉。管式直接加热炉（立式圆筒、卧式圆筒、卧式异形）、火筒式加热炉（火筒式直接加热炉、火筒式间接加热炉）两大类。2）按被加热介质的种类可分为：原油加热炉、井产物加热炉、生产用水加热炉、天然气加热炉。3）按燃料种类可分为：燃气加热炉、燃油加热炉、燃油燃气加热炉。另外，按照加热炉中被加热介质的加热方式可分为：直接加热炉（含管式直接加热炉、管式加热炉与换热器培训讲义第5页共28页火筒加热炉）和间接加热炉（热媒间接加热炉、水套加热炉、真空加热炉）。4）油田加热炉的型号油田加热炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。型号的第一部分表示加热炉的基本结构型式和额定热负荷，共分两段：第一段用汉语拼音字母代表加热炉的基本结构型式，见表1；第二段用阿拉伯数字表示加热炉的额定热负荷为若干千瓦。两段连续书写，相互衔接。型号的第二部分分为两段，其间以斜线相隔。第一段用汉语拼音字母代表被加热介质的种类，见表2；第二段用阿拉伯数字表示盘管或炉管设计压力为若干Mpa；火筒式直接加热炉第二段不表示。型号的第三部分由两段组成：第一段用汉语拼音字母代表燃料种类，见表3；第二段用阿拉伯数字表示设计次序，第一次设计不表示。两段连续书写，相互衔接。表1加热炉的基本结构形式代号表2被加热介质代号表3燃料种类代号管式加热炉与换热器培训讲义第6页共28页四、管式加热炉设计的基础数据进行管式加热炉设计前，需具备以下基础数据和资料：加热炉热负荷大小；加热炉设计压力（指炉管）或操作压力；操作介质的理化性质：密度、粘度、组分、比热容、热导率等；操作介质的流量、出入口条件——温度、压力、汽化率等；加热炉的热效率；加热炉的允许压降；燃料种类——燃料气、燃料油或油气混烧，烧油时的雾化剂种类等；燃料性质：组成、密度、粘度、热值、温度、压力等，烧油时还应有雾化剂的性质如温度和压力等；混烧时液体燃料和气体燃料的比例等；生产和检修的特殊要求；气象和地质资料，如环境温度、风力、地震、场土地等；环境保护、职业安全及其它要求等。五、加热炉热效率测试方法管式加热炉热效率的测定有标定测定和操作测定两种。标定测定时应对正、反平衡式所涉及的各参数都进行准确的测量，由于工作量大又比较麻烦，因此，只有评价某台加热炉或为获得设计数据时才采用。而操作测定则比较简单，它只测量反平衡计算式中涉及的各参数，一般只对烟气离开体系时的组成和温度进行分析和测量，用反平衡法计算出热效率或用连续测定仪直接显示出热效率，以作为调节操作参数的依据。正平衡法：热效率η=热负荷/燃料发热量x100%反平衡法：热效率η=（1-各种热损失热量/燃料发热量）x100%计算热效率用反平衡法准确性相对较大些，另外，测点也比较方便，故现在采用较多。目前，国内管式加热炉常用的热效率测试仪中分析烟气成分的仪表有：氧化锆测氧仪、磁导式氧分析仪和二氧化碳测定仪。在分析烟气时，用氧分析仪较二氧化碳分析仪要好些。管式加热炉与换热器培训讲义第7页共28页六、提高加热炉热效率的措施措施一：降低排烟温度。排烟损失在管式炉的热损失中占有极大比例，一般情况下排烟温度每升高17～20℃，加热炉的热效率约下降1%左右。当加热炉热效率较高（如90%）时，排烟损失占总损失的70%～80%，当加热炉热效率较低（如70%）时，排烟损失占总损失的比例高达90%以上，因此，降低排烟温度是提高加热炉热效率的主要措施。（中石化在加热炉运行管理规定中也明确要求最终排烟温度一般应不大于170℃。）降低排烟温度的主要措施有以下几种：1）减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。以前末端温差一般在150～200℃，现在末端温差取50～100℃比较适宜。2）将需要加热的低温介质引入对流室有些炼油装置如常减压装置，可以把管式炉的对流段作为换热器，加入换热流程中一并优化，将一部分冷油料引入对流室末端，而将另一部分需要换热的热油品用来预热空气。这就是常讲的冷进料—热油预热空气的节能方案。3）除灰除垢，以保证管式炉长期在高热效率下运转不完全燃烧产生的炭粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管的外表面，增加热阻，降低传热效果。随着积灰的增加，排烟温度迅速上升，热效率显著下降。为了保证管式炉长期在较高的热效率下运转，必须坚持用吹灰器定期清除积灰。燃料油燃烧后，盐分会沉积在炉管外表面，特别是辐射室炉管外表面，这与积灰一样会增加热阻，降低传热效果。随着积盐的增加，火墙温度增加，排烟温度也随之增加，热效率下降。所不同的是积盐比积灰更难清除。目前，没有太有效的方法清除，根本的办法是减少燃料中的含盐量，即要求原油脱盐达标。4）采用空气预热器以预热空气采用空气预热器由烟气直接预热空气的优点是它自成体系，不受工艺流程的约束。在管式炉其他参数不变的情况下，空气预热温度每提高20℃左右，加热炉热效率约提高1%。值得指出的是，随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器过大的变形等问题。一般空气预热温度不宜超过300℃。用烟气预热空气是管式加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法，也是最常用的方法。管式加热炉与换热器培训讲义第8页共28页从理论上讲，排烟温度可以降到接近环境温度，这时可以获得最高的热效率，但在工程实际上是不可能的，因为排烟温度的降低要受经济和技术两方面的限制。随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积