应用化工专业毕业论文Word文档格式.docx

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类型；

结构；

传热系数；

炉温、炉压；

节能。

前言

管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，来加热管中流动的油品，使其达到工艺规定的温度，以供给原油或油品分馏、裂解和反应等加工过程中所需要的热量，保证生产正常进行。

为了确保石油化工厂设备经常处于良好的状况，就必须强化设备管理，广泛应用先进技术，不断提高检修质量，搞好设备的操作和维护，即使消除设备隐患，排除故障，提高设备的可靠度，从而确保生产装置的安全、稳定、长周期运行。

第一章管式加热炉概述

1.1管式加热炉的一般机构

管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五部分组成，如图1-1所示。

1.1.1辐射室

辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。

这个部分直接受到火焰冲刷，温度最高，是热交换的主要场所，是全炉最重要的部位。

可以说一个炉子的优劣主要看它的辐射室性能如何。

1.1.2对流室

对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热部分，但实际上它也有一部分辐射热交换，而且有时辐射换热还占有颇大的比例。

所谓对流室不过是指“对流传热气支配作用的部位”。

对流室内分不多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。

对流室一般担负全炉热负荷的20~30%。

对流室吸收热量的比例越大，全炉热效率越高，但就仅占多少比例合适应根据管内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管排的压力损失等，选择最经济合理的比值。

对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射室分开，单独放在地面上也可以。

为了尽量提高传热效果，多数炉子在对流室采用了钉头管和翘片管。

1.1.3余热回收系统

余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。

回收方法分两类。

一类是靠预热燃烧用空气来回收热量，这些热量再次返回炉中。

另一类是采用同炉子完全无关的其他流体回收热量。

前者称为“空气预热方式”，后者因为常常使用水回收，被称为“废热锅炉方式”。

空气预热方式又有直接安在对流室上面的固定管式空气预热器和单独放在地上的回转式空气预热器等种类。

固定管式空气预热器由于低温腐蚀和积灰，不能指望长期保持太高的热效率，它的优点是同炉体结合成一体，设计和制造比较简单，适合于热回收热量不大时选用。

1.1.4燃烧器

燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分。

如前所述，管式加热炉只烧燃料气和燃料油，所以不需要少煤那样复杂的辅助系统，火嘴结构也比较简单。

由于燃烧火焰猛烈，必须特别重视火焰与炉管的艰巨以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉膛受热均匀，使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。

为此，要合理选择燃烧器的型号，仔细布置燃烧器。

1.1.5通风系统

通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子，它分为自然通风方式和强制通风方式两种。

前者依靠烟囱本身的抽力，不消耗机械功。

后者要使用风机，消耗机械功。

过去，绝大多数炉子因为炉内烟气侧阻力不大，都采用自然通风方式，烟囱通常安在炉顶，烟囱高度只要足以克服炉内烟气侧阻力就可以了。

但是，近年来由于公害问题，石油化工厂已开始安设独立于炉群的超高型集合烟囱这一烟囱通过烟道把若干台炉子的烟气收集起来，从100米左右的高出排放，以降低地面上污染气体的浓度。

强制通风方式只在炉子结构复杂，炉内烟气侧阻力很大，或者设有前述余热回收系统时才采用，它必须使用风机。

1.2管式加热炉的主要类型

管式炉的类型很多。

根据炉型结构不同，可分为箱式炉、立式炉和圆筒炉等。

按炉内进行传热主要方式分类，管式炉有纯对流式、辐射-对流式和辐射式。

按燃烧方式分类则有火炬式和无烟燃烧式。

按用途分纯加热炉和加热-反应炉。

前者如常压炉、减压炉，原料在炉内只起到加热（包括汽化）的作用；

后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，还应保证有一定的停留时间进行裂解或焦化反应。

下面简单介绍一下炼油装置的管式炉。

1.2.1蒸馏炉

蒸馏炉包括原油蒸馏装置的常压炉、减压炉以及后续加工装置的长牙和减压分流馏塔加热炉。

一般蒸馏炉，当热符合不大于30MW时，有优先用辐射-对流型圆筒炉；

当负荷大于30MW时，通常选用立管立式炉或双管双室箱式炉。

1.2.2残渣油加热炉

这类加热炉包括延迟焦化炉、减粘加热炉及沥青加热炉等，均属于加热重质油的管式炉。

其特点为炉管内油料相对密度大、黏度高、易裂解、管内避容易结焦。

为保证加热炉能长周期运行，一般均在辐射管内入水或蒸汽以及提高管内流速。

由于延迟焦化炉和沥青炉操作条件较为苛刻，应选择水平管立式炉或单排管双面辐射炉时，不仅能改善传热的均匀性，还能缩短油料在炉内的停留时间，因此新设计的焦化炉大都采用这种炉型。

惠州炼油焦化加热炉采用FW公司专有的双面斜面阶梯炉，每台加热炉由6个辐射室、1个对流室组成，每个辐射管程设置单独的一个炉膛。

1个对流室安装在辐射室上，用于原料预热和蒸汽过热。

这种结构形式能够根据操作灵活性，独立控制每一个单元，能够实现在线清焦和停车机械清焦、蒸汽空气烧焦。

燃烧器采用进口焦化专用燃烧器，可以有效的实现环保排放。

1.2.3加氢炉

加氢装置反应器进料加热炉，一般简称为加氢反应炉或加氢炉。

按操作压力分类，加氢炉可分为高压加氢炉和中、低压加氢炉两大类。

操作压力在10MPa以上的一般叫做高压加氢炉，如减压榨油加氢炉、常压重油加氢炉、加氢裂化炉、润滑油加氢精制炉、润滑油加氢降凝炉等。

对于高压加氢反应炉由于其操作条件十分苛刻，因此早期的加氢反应炉都设计成纯对流炉，避免盘管受火焰直接加热。

随着技术的不断发展，自70年代以来，高压加氢反应炉逐渐改用辐射-对流型或纯辐射型炉型。

理想的炉型是单排卧管双面辐射炉型（图1-5）。

它可以在最高强度不超限的情况下，得到较高的平均热强度，缩短炉管总长度和减少弯头数量，从而得到最小的压降。

这样一来，缩短炉管总长度和减少弯头数量，将成为大幅减少压降的重要手段，这与一般流速较低的炉子是不一样的。

同时由于炉管表面被充分利用来传热，因而也是最经济的。

1.2.4重整炉

“重整”是使烃类分子重新排列成新分子结构的工艺过程：

在催化剂的作用下，环烷烃和烷烃转化成芳烃和异构烷烃，同时副产部分氢气。

早年的处理量15-30万吨/年半再生重整装置中常常采用纯辐射型圆筒炉。

随着催化剂重整工艺的进步，重整加热炉的规模也发生了重大变化。

重整炉的突出特点就是要求管内流体的压降要小。

大型化的重整炉管内介质体积流量大，出炉温度高。

加热炉的炉管多设计为几十炉管并联。

圆筒炉在结构上已不能满足大型化的要求，新型炉应运而生如图1-6。

1.2.5气体加热炉

气体加热炉主要特点是炉管内的被加热介质不是油品，而是气体，如氮气、空气和过热蒸汽管。

气体加热炉的炉型主要按其热负荷来选择，20MW以下的一般选用圆筒炉。

热负荷更大时，一般选用箱式炉。

1.3管式加热炉的特点

管式加热炉,包括加热炉本体和余热回收系统,余热回收系统包括空气预热器,其中空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成,余热回收系统中另设有冷凝液收集池,引风机和鼓风机,冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方,冷凝液收集池与引风机相连接,鼓风机与冷凝式空气预热器相连；

其加热炉的排烟温度可降低到100℃左右,实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝,且在回收烟气低温显热的同时,能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热,进一步提高加热炉热效率,节约能源.

1.4管式加热炉的作用

管式加热炉的结构和作用管式炉主要由辐射室、对流室、炉管、燃烧器及烟道等组成。

1.辐射室与对流室管式炉四周有炉墙（由耐火层、保温层等组成）,里面排有炉管.原料油或油品从对流室的炉管（称对流管）进入,经辐射室的炉管（辐射管）加热到要求的温度后离开炉子。

燃料油和（或）燃料气在炉膛里燃烧,以辐射方式直接加热原料油。

燃烧产生的高温烟气进入对流室,以对流方式把热量传给原料,最后从烟囱中排出。

在加热炉里70～80％的加热任务是在辐射室里完成的。

对流室除用以加热油品以外,有时还有部分炉管用来生产过热蒸汽供装置内用。

2.炉管排列在辐射室里的炉管,一般材料为优质碳钢（10号钢）；

处理高温或有腐蚀性的原料油则采用铬钼合金钢（如Cr5Mo等）。

为了增加传热面积,强化传热过程,对流室炉管外表面可以带有钉头。

3.燃烧器是喷散燃料与空气混合的设备,以使燃料完全燃烧。

加热炉所用的燃料有两种：

一种是重质油品,即燃料油,另一种是燃料气。

烧燃料油时,一般采用蒸汽与燃料混合,经油嘴高速喷出,使油雾化,空气从风门中选入,选行燃烧。

第二章传热

2.1传热过程

传热学就是研究热量传递过程中的基本规律及其应用的一门科学实际。

传热过程一般都不是单一的传热方式，如火焰对炉壁的传热，就是辐射、对流和传导的综合，而不同的传热方式则遵循不同的传热规律。

为了分析方便，人们在传热研究中把三种传热方式分解开来，然后再加以综合。

传热过程即热量传递过程。

在化工生产过程中，几乎所有的化学反应过程都需要控制在一定的温度下进行。

为了达到和保持所要求的温度，反应物在进入反应器前常需加热或冷却到一定温度。

在过程进行中，由于反应物需要吸收或放出一定的热量，故又要不断地导入或移出热量；

有些单元操作，如蒸馏、蒸发、干燥和结晶等，都有一定的温度要求，所以也需要有热能的输入或输出，过程才能进行；

此外，许多设备或管道在高温或低温下操作，若要保证管路中输送的流体能维持一定的温度以及减少热量损失，则需要保温（或隔热）；

近十多年来，随着能源价格的不断上涨，回收废热及节省能源已成为降低生产成本的重要措施之一。

以上所讲到的情况，都与热量传递有关。

可见，在化工生产中，传热过程具有相当重要的地位。

2.2传热的基本方式

2.2.1热传导

定义：

物体各部分无相对位移，仅依靠物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而使热量从高温部分向低温部分传递的现象。

热传导是介质内无宏观运动时的传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密度差而产生自然对流，因此，在流体中对流与热传导同时发生。

物体或系统内的各点间的温度差，是热传导的必要条件。

由热传导方式引起的热传递速率（简称导热速率）决定于物体内温度的分布情况。

温度场就是任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。

热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫热传导。

热传导是热传递三种基本方式之一。

它是固体中热传递的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与对流同时发生。

热传导实质是由大量物质的分子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。

在固体中，热传导的微观过程是：

在温度高的部分，晶体中结点上的微粒振动动能较大