油田用加热炉设计培训资料gdr.docx
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1、油田加热炉设计应用管理培训资料油、气田加热炉培训训资料山东骏马石石油设备备制造集集团有限限公司编编制编制;李庆庆银电邮:sdddyjjunmmalqqux1163xx123山东骏马石油设备制造集团有限公司目 录第一章概述述1第一节油田田加热炉炉1一、油田和和长输管管线加热热炉的用用途1二、油田加加热炉的的技术装装备现状状2第二节油田田加热炉炉的炉型型及基本本结构22一、油田加加热炉的的炉型22一、热传递递的基本本概念55二、压力和和温度66三、热力学学的有关关概念77四、管式炉炉的工作作参数88五、水套炉炉的工作作参数110六、相变加加热炉的的工作参参数111第三章燃油油、燃气气及其燃燃烧12
2、2第一节燃油油及其主主要特性性12一、燃油112二、燃油的的化学成成分一三三三、燃油的的主要使使用特性性及油质质指标114第二节燃气气及其主主要特性性21一、燃气221二、燃气的的组成成成分组分211三、燃气的的主要使使用特性性及质量量要求224第三节燃油油、燃气气的燃烧烧27一、燃烧所所需空气气量和生生成的烟烟气量227二、燃油的的燃烧方方式299三、燃气的的燃烧方方式355四、双燃料料燃烧器器38五、调风器器(配风风器)338六、燃烧器器的点火火40第四章油田田加热炉炉基本结结构422第一节火筒筒式加热热炉基本本结构442一、炉型及及分类选选用422二、火筒式式加热炉炉设计一一般要求求43
3、三、火筒式式加热炉炉基本结结构形式式46第二节管式式加热炉炉基本结结构488一、炉型及及选用448二、管式加加热炉基基本结构构49三、几种管管式加热热炉基本本结构形形式简介介:511第三节加热热炉新炉炉型及技技术特点点52一、火筒式式加热炉炉新炉型型及技术术特点552二、管式加加热炉新新炉型及及技术特特点577第五章调参参、管理理和维护护63第一节炉子子的燃烧烧管理663一、炉子的的点火和和升温663二、油燃烧烧器的故故障及处处理633三、气体燃燃烧器的的故障及及处理665四、燃烧调调节的任任务和指指标666五、燃烧操操作的安安全规程程66六、燃烧过过剩空气气量的监监控677第二节炉子子的操作
4、作范围771一、工况调调节711二、热效率率和操作作负荷的的关系774三、提高加加热炉热热效率775第三节管内内结焦和和烧焦777一、结焦的的形态777二、结焦的的速度778三、影响结结焦的因因素及防防止措施施78四、炉管的的烧焦880第四节炉管管的损坏坏81一、炉管报报废标准准81二、炉管损损坏的原原因811三、预防炉炉管损坏坏的措施施82四、由氧化化减薄引引起的损损坏833第六章油田田加热炉炉的安全全管理884一、安全附附件844二、运行参参数控制制84三、水套加加热炉的的操作与与管理885四、管式加加热炉操操作与管管理877第一章 概述第一节 油田田加热炉炉一、油田和和长输管管线加热热炉
5、的用用途油田和长输输管线加加热炉(以以下简称称油田加加热炉)系系指用火火焰加热热原油、天天然气、水水及其混混合物等等介质的的专用设设备。应用于油、气气田行业业的加热热炉称油油田加热热炉。它它是油气气集输系系统中应应用最多多的一种种油田专专用设备备,其作作用是将将原油、天天然气,油油水混合合物、油油气水混混合物加加热至工工艺所需需要温度度,满足足油气集集输工艺艺及加工工工艺的的要求。从采油井口口至原油油外输整整个集输输系统,各各个环节节都要使使用加热热炉。油田加热炉炉是一种种直接受受火焰加加热的受受压设备备,其工工作条件件十分恶恶劣。设设计、制制造、检检验、安安装及使使用均必必须遵循循有关的的规
6、范、标标准。加热炉也是是一种高高耗能设设备,正正确地操操作使用用加热炉炉,对提提高热效效率、降降低燃料料消耗具具有重要要意义。油、气田和和长输管管线用加加热炉,其其对介质质进行加加热所要要求达到到的温度度都不高高,一般般只几十十度,且且介质无无化学变变化,这这是与石石油炼制制、石油油化工所所用加热热炉不同同之处。(一)油田田油气集集输工艺艺对加热热炉的要要求1.满足工工艺要求求,将一一定量的的介质加加热至一一定温度度。2.安全可可靠,使使用寿命命长。3.制造、安安装方便便,投资资少。4.操作、维维修方便便。5.热效率率高、耗耗能低。(二)油田田加热炉炉的特点点同石油化工工工业炉炉相比较较,油田
7、田加热炉炉有以下下特点:1.单台炉炉子热负负荷较小小。2.介质流流量大,要要求压力力降小。3.介质进进出口温温度低,温温升小。4.介质不不发生相相变。5.热负荷荷波动大大,低负负荷运行行多。6.燃料为为原油或或天然气气,自控控程度低低。二、油田加加热炉的的技术装装备现状状目前国内油油、气田田和长输输管道中中使用的的加热炉炉有数万万台,是是油、气气生产和和输送中中的主要要耗能设设备。近近十几年年,通过过优化加加热炉的的结构,应应用先进进的燃烧烧技术和和传热技技术等,国国内已研研制开发发出结构构合理、技技术先进进和性能能优越的的多种结结构形式式的油田田加热炉炉,而且且有些加加热炉的的炉型结结构和性
8、性能指标标已接近近和达到到了国际际先进水水平。但但总的来来说目前前国内油油、气生生产和输输送中使使用的加加热炉,整整体技术术装备水水平相对对不高,与与国际先先进水平平还存在在一定的的差距,主主要表现现为:1.国内油油田加热热炉的单单台热负负荷较小小,热负负荷为112500kW以以下的小小型加热热炉约占占加热炉炉总数的的90%以上。2.国内油油田加热热炉的平平均运行行热效率率约为770左左右,加加热炉热热效率较较低;而而国外有有关加热热炉的运运行热效效率为885以以上。3.国内油油田加热热炉的燃燃烧过剩剩空气系系数较高高,一般般在1.3以上上,有的的甚至高高达2.0以上上;而国国外有关关加热炉炉
9、的燃烧烧过剩空空气系数数可控制制在11以下下。4.国内油油田加热热炉的钢钢耗量相相对较高高,火筒筒式间接接加热炉炉的单位位钢耗量量一般达达14tt/MWW左右;而国外外有关加加热炉的的单位钢钢耗量为为4t/MW7t/MW左左右。5.国内大大部分油油田加热热炉按标标准配置置了安全全保护装装置,但但加热炉炉的运行行操作,特特别是负负荷调节节和燃烧烧控制调调节主要要仍为手手工操作作。国外外有关加加热炉的的安全保保护和运运行控制制均实现现了自动动化,可可实现加加热炉运运行无人人值守。第二节 油油田加热热炉的炉炉型及基基本结构构一、油田加加热炉的的炉型油田和长输输管线用用加热炉炉型式按按基本结结构、被被
10、加热介介质种类类和燃料料种类进进行分类类。1.按基本本结构分分类油田加热炉炉按基本本结构可可分为三三大类,即即火筒式式加热炉炉、管式加加热炉和和目前新新型的真真空相变变加热炉炉火筒式加加热炉分分为:火筒式式直接加加热炉;火筒式式间接加加热炉。管式加热热炉分为为:立式圆圆筒管式式加热炉炉;卧式圆圆筒管式式加热炉炉;卧式异异型管式式加热炉炉。相变加热热炉:真空相相变加热热炉:微压相相变加热热炉:带压相相变加热热炉2.按被加加热介质质的种类类分类油田加热炉炉按被加加热介质质的种类类可分为为:原油加加热炉:井产物物加热炉炉;生产用用水加热热炉;天然气气加热炉炉。3.按燃料料种类分分类油田加热炉炉按燃料
11、料种类可可分为:燃气加加热炉;燃油加加热炉;燃油燃燃气加热热炉。4.油田加加热炉产产品的型型号油田加热炉炉产品型型号由三三部分组组成,各各部分之之间用短短横线相相连。型号的第一一部分表表示加热热炉的基基本结构构型式和和额定热热负荷,共共分两段段:第一一段用汉汉语拼音音字母代代表加热热炉的基基本结构构型式,见见表11;第第二段用用阿拉伯伯数字表表示加热热炉的额额定热负负荷为若若干千瓦瓦。两段段连续书书写,相相互衔接接。型号的第二二部分分分为两段段,其间间以斜线线相隔。第第一段用用汉语拼拼音字母母代表被被加热介介质的种种类,见见表12;第第二段用用阿拉伯伯数字表表示盘管管或炉管管设计压压力为若若干
12、MPPa;火火筒式直直接加热热炉第二二段不表表示。型号的第三三部分由由两段组成:第一段段用汉语语拼音字字母代表表燃料种种类,见见表13;第第二段用用阿拉伯伯数字表表示设计计次序,第第一次设设计不表表示。两两段连续续书写,相相互衔接接。表4-1加加热炉的的基本结结构形式式及代号号加热炉的基基本结构构形式代号加热炉的基基本结构构形式代号火筒式加热热炉火筒式直接接加热炉炉HZ管式加热炉炉立式管式加加热炉GL火筒式间接接加热炉炉HJ卧式管式加加热炉GW表4-2 被加加热介质质及燃料种种类代号号被加热介质质代号燃料种类代号原油Y原油Y生产用水S天然气Q天燃气Q油气两用YQ井产物H第二章 加热炉炉工作参参
13、数一、热传递递的基本本概念(一)热传传递热能自动地地由高温温物体传传向低温温物体的的现象叫叫热传递递。凡有有温差存存在就一一定有热热传递发发生。热传递有三三种不同同的形式式:即导导热、对对流和辐辐射。1.导热导热也叫热热传导,是相互接触的物体之间发生的热传递或从物体的高温部分向低温部分传热的现象,如用熨斗熨衣服。由于各种物质的导热能力不同,将导热较好的金属称为良导体,将导热较差的非金属称为不良导体。物质导热能力的大小用导热系数表示,其单位为w/m。平壁的稳定定导热计计算用下下式式中:材料的的导热系系数w/mt壁面面温度差差-平壁壁厚度mmF-平壁导导热面积积m2Q-导热量量W2.对流对流换热是
14、是运动着着的流体体与其相相接触的的固体壁壁面间的的换热递递过程。对对流换热热时,物物质的分分子相互互变动位位置,如如管式加加热炉烟烟气流过过对流炉炉管,水水套加热热炉盘管管内原油油与壳内内热水都都是对流流换热。对对流换热热量用下下式计算算其单位为:W式中;对流放放热系数数,根据据流态及及流体物物性计算算,单位位为w/m2。t换热热温差 F换热面面积m223.辐射热热热能不依靠靠任何物物体传递递而以电电磁波的的形式直直接发射射出去,在在空间进进行传播播,当遇遇另一物物体时,则则全部或或部份地地被吸收收为热能能,这种种传热方方式称辐辐射换热热。如太太阳光射射向地面面就是一一例。辐辐射传热热量与温温
15、度的四四次幂成成正比,同同时与物物体表面面黑度及及换热面面积有关关。二、压力和和温度(一)压力力压力是指垂垂直作用用在单位位面积上上的力,实实际上是是压强,用用符号PP表示,单单位是“MPaa”。大气压力是是指空气气作用在在地球表表面上的的质量力力。由于于1m33空气在在时的质质量为11.299kg,所所以地球球上部的的大气层层对地球球表面有有一定的的压力,这这个压力力叫大气气压力。00时在北北纬222.5的海平平面上(即即海拔零零米处)大大气压力力是0.10一一三 MMPa。工工程上常常用工程程大气压压,它是是每千克克质量的的物质作作用在11cm22面积上上的力,数数值是 0.9981 MP
16、aa(工程程上常把把二者简简化为同同一数值值,约为为0.11 MPPa)。另外,随着着使用的的场合不不同,度度量压力力的单位位还有水水银柱高高度(mmmHgg)、水水柱高度度(mHH2O)等等,其换换算关系系如下:0.09881 MMpa=0.996788物理大大气压=7355.6mmmHgg=100mH22O=11kgff/cmm2表压力是指指以大气气压力作作为测量量起点,即即压力表表指示的的压力。表表压力不不是实际际压力,因因为当压压力表指指针为零零时,实实际上已已受到周周围一个个大气压压力的作作用力,所所以压力力表指的的数值,是是指超过过大气压压力的部部分。绝对压力是是指以压压力为零零作
17、为测测量起点点的,即即实际压压力。其其数值就就是表压压力加00.100一三 MPaa(大气气压力)。表压力与绝绝对压力力的关系系:P绝=P表表+0.10一一三(MMpa)P表= PP绝-0.10一一三(MMpa)负压是指低低于大气气压力(俗俗称真空空),用用符号真表示,真=大气气压力- P绝。负压压与大气气压力之之比的百百分数,称称为真空空度,即即。通常常负压燃燃烧的锅锅炉正常常燃烧时时,打开开炉门会会感觉到到周围空空气吸向向炉膛,这这是炉膛膛内负压压的缘故故。一般般炉膛出出口保持持负压mmmH22O。(二)温度度温度是指物物体冷热热的程度度(通常常用符号号t表示示)。测测量温度度常用的的单位
18、是是摄氏度度,用表示。在在锅炉设设计计算算中,常常用绝对对温度单单位,用用表示示。绝对对温度的的零度为为零下2273摄摄氏度)。如如果以表示绝绝对温度度的值,以以表示示摄氏温温度的值值,其转转换公式式为:=2733温度通常用用摄氏温温度(用用符号表示)和和华氏温温度(用用符号F表示)来来表示。目目前我国国常用的的是摄氏氏温度。摄氏温度度:以水水在一个个大气压压下开始始沸腾时时的温度度(即沸沸点)为为1000,水开开始结冰冰时的温温度(即即冰点)为为,中间间分成1100格格,每格格为摄摄氏度。华氏温度度:以水水的沸点点为2112F,冰点点为322 F,中间间分成一一八0格格,每格格为华华氏度。两
19、种温度的的换算关关系如下下:(559)(F 32)F=1.8t322三、热力学学的有关关概念1.热量和和温度物体吸收或或放出热热的多少少叫热量量。热量量的单位位是J或或KJ。温度是表示示物体冷冷热程度度的量。测测量温度度的标准准叫温标标。常用用的温标标有摄氏氏温标和和绝对温温标。温温度的单单位是KK或。温度和热量量是互相相联系而而又不相相同的两两个概念念。温度度是对状状态而言言,而热热量是指指物体状状态前后后热能的的增减程程度,是是对过程程而言。例例如我们们可以说说加热炉炉进口处处的温度度是多少少,油从从进口到到出口吸吸收了多多少热量量。而不不能说油油在进口口处有多多少热量量或油从从加热炉炉中
20、吸收收了多少少温度。2.比热容容比热容是指指单位质质量的物物体,温温度升高高或降低低1摄氏氏度时所吸收或或放出的的热量。不不同的物物质比热热容不同同。其单单位是KKJ/kkg或KJJ/m33。3.热平衡衡把几个温度度不同的的物体放放在一起起,组成成一个系系统,则则物体之之间就要要进行热热量交换换,使系系统中各各物体的的温度变变成一样样,其中中温度高高的物体体放出热热量,温温度低的的物体吸吸收热量量,如果果没有热热量损失失,也没没有从系系统外吸吸收热量量,那么么,系统统内温度度较高物物体放出出热量的的总和等等于所有有温度较较低物体体吸收热热量的总总和,这这就叫热热平衡。例例如加热热炉内被被加热介
21、介质吸收收的热量量加上各各项热损损失等于于燃料放放出的热热量。加加热炉的的热负荷荷就是根根据热平平衡计算算的。式中:Q热负荷荷KW CC比热容容KJ/kg mm-介质质的质量量流量kkg/hht-温差差四、管式炉炉的工作作参数管式加热炉炉的技术术指标是是表示其其适应性性能的指指标,是是选用、操操作加热热炉的依依据。主主要包括括以下几几项。1.热负荷荷单位时间内内向被加加热介质质传递热热量的能能力叫热热负荷,单单位为KKW。热热负荷分分设计热热负荷和和运行热热负荷,设设计热负负荷为铭铭牌标注注的热负负荷,运运行热负负荷是根根据运行行参数计计算所得得。运行行热负荷荷应该小于设设计热负负荷。2.工作
22、压压力炉管允许的的最大运运行压力力,此压压力不得得大于铭铭牌标注注的设计计压力。单单位为MMPa。3.传热面面积在炉内参予予传热的的炉管有有效外表表面积叫叫传热面面积。一一般分为为辐射传传热面积积和对流流传热面面积。单单位为mm2。4.炉膛容容积热强强度炉膛单位容容积在单单位时间间内的燃燃料发热热量叫炉炉膛容和和热强度度,单位位为KWW/m33。容积积热强度度一般为为70000993000KW /m22,其数数学表达达式为式中:qvv炉膛容容积热强强度kww/m22 B燃料用用量放 kgg/h或或m3/h QQH燃料发发热值 kJJ/kgg或kJJ/m33 V炉膛有有效容积积 m35.辐射炉炉
23、管表面面热强度度单位面积的的辐射炉炉管所传传递的热热量叫辐辐射炉管管表面热热强度,单单位为KKW/mm2式中:qRR辐射炉炉管表面面热强度度 kw/m2 QR-辐射室室传热量量 KWW AR辐射炉炉管传热热面积 m22油田管式加加热炉辐辐射炉管管表面热热强度一一般为223229kww/m22。此处处所说的的指平均均值,实实际值是是不均匀匀的,局局部热强强度可能能大大高高于平均均值。当当热强度度过高时时,会使使炉管局局部过热热甚至管管内结焦焦,过低低时则会会使炉子子结构笨笨重、增增大投资资。6.对流炉炉管表面面热强度度其含义及计计算与辐辐射炉管管相同。7.挡火墙墙温度烟气离开辐辐射室进进入对流流
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