加热炉操作与维护.ppt
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1、集输加热设备集输加热设备加热炉是将燃料燃烧产生的热量传给被加加热炉是将燃料燃烧产生的热量传给被加热介质而使其温度升高的一种加热设备热介质而使其温度升高的一种加热设备。它被广泛应用于油气集输系统中,将原油、它被广泛应用于油气集输系统中,将原油、天然气及其油井产物加热至工艺所要求的天然气及其油井产物加热至工艺所要求的温度,以便进行输送、沉降、分离、脱水温度,以便进行输送、沉降、分离、脱水和进行原油稳定等。和进行原油稳定等。第一页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(1 1)单台热负荷小,一般不超过)单台热负荷小,一般不超过4000kW4000kW。(2 2)被加热介质流量大,要求压力降小。)被加热介
2、质流量大,要求压力降小。(3 3)被加热介质温升小,一般为)被加热介质温升小,一般为3030左右。左右。(4 4)介质在炉内不产生相变。)介质在炉内不产生相变。(5 5)操作条件不稳定,热负荷波动较大。)操作条件不稳定,热负荷波动较大。(6 6)连续运行、操作及检修条件差。)连续运行、操作及检修条件差。(7 7)同一型号加热炉使用数量多。)同一型号加热炉使用数量多。(8 8)燃料多为原油或天然气。)燃料多为原油或天然气。油气集输加热炉的特点:油气集输加热炉的特点:第二页,编辑于星期六:十七点 五十二分。一、加热炉分类一、加热炉分类(一)按结构形式分类(一)按结构形式分类(1 1)管式加热炉:)
3、管式加热炉:立式圆筒形管式加热炉立式圆筒形管式加热炉卧式圆筒形管式加热炉。卧式圆筒形管式加热炉。(2 2)火筒式加热炉:)火筒式加热炉:火筒式直接加热炉火筒式直接加热炉火筒式间接加热炉。火筒式间接加热炉。第三页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(二)按被加热介质分类(二)按被加热介质分类(1 1)原油加热炉)原油加热炉 (2 2)天然气加热炉)天然气加热炉(3 3)含水原油加热炉)含水原油加热炉 (4 4)掺热水加热炉)掺热水加热炉第四页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(三)按使用燃料分类(三)按使用燃料分类(1 1)燃油加热炉)燃油加热炉 (2 2)燃气加热炉)燃气加热炉(3 3)油气两用
4、加热炉)油气两用加热炉第五页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(四)按燃烧(四)按燃烧(炉膛压力炉膛压力)方式分类方式分类(1 1)负压燃烧加热炉)负压燃烧加热炉(2 2)微正压燃烧加热炉)微正压燃烧加热炉第六页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(五)按加热炉的作用分类(五)按加热炉的作用分类(1 1)单井计量用加热炉)单井计量用加热炉 (2 2)(电)电)脱水用加热炉脱水用加热炉(3 3)热化学沉降用加热炉)热化学沉降用加热炉(4 4)原油外输加热炉)原油外输加热炉第七页,编辑于星期六:十七点 五十二分。二、加热炉的主要技术参数二、加热炉的主要技术参数单位时间炉内(单位时间炉内(被加热被加热
5、)介质吸收有效热)介质吸收有效热量的能力称为热负荷,单位为量的能力称为热负荷,单位为kWkW。加热炉设计图样或铭牌上标注的热负荷称加热炉设计图样或铭牌上标注的热负荷称为为额定热负荷额定热负荷。根据实际运行参数用热平衡公式计算求得根据实际运行参数用热平衡公式计算求得的热负荷称为的热负荷称为运行热负荷运行热负荷。运行热负荷一般不大于额定热负荷运行热负荷一般不大于额定热负荷。(一)热负荷(一)热负荷第八页,编辑于星期六:十七点 五十二分。油田油田油气集输中使用的加热炉油气集输中使用的加热炉其其单台热负单台热负荷小荷小,一般不超过,一般不超过4000kW4000kW,但由于操作条,但由于操作条件不稳定
6、,件不稳定,热负荷波动较大热负荷波动较大。第九页,编辑于星期六:十七点 五十二分。加热炉总热负荷公式为加热炉总热负荷公式为Q=QQ=QR R+Q+Qc c+Q+Qe e式中式中 Q Q 加热炉总热负荷,加热炉总热负荷,kWkW;Q QR R辐射室热负荷,辐射室热负荷,kWkW;Q Qc c对流室热负荷,对流室热负荷,kWkW;Q Qe e其他热负荷,其他热负荷,kWkW。第十页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(二)热效率(二)热效率加热炉输出有效热量与供给热量之比的百加热炉输出有效热量与供给热量之比的百分数叫热效率分数叫热效率。它是热量被利用的有效程。它是热量被利用的有效程度的一个重要参数。
7、度的一个重要参数。在额定热负荷时按设计参数计算求得的热在额定热负荷时按设计参数计算求得的热效率称为设计热效率效率称为设计热效率。而而在加热炉运行条件下测试求得的热效率在加热炉运行条件下测试求得的热效率称为运行热效率称为运行热效率。热效率计算公式为:。热效率计算公式为:第十一页,编辑于星期六:十七点 五十二分。式中式中 加热炉热效率,加热炉热效率,%;Q Qe e每小时加热炉有效利用的热量,每小时加热炉有效利用的热量,kWkW;Q Q0 0每小时供给加热炉的热量,每小时供给加热炉的热量,kWkW;Q Qn n加热炉的热损失,加热炉的热损失,kWkW。第十二页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(三
8、)流量(三)流量单位时间内通过加热炉被加热介质的量称单位时间内通过加热炉被加热介质的量称为流量,其单位一般为为流量,其单位一般为t/ht/h或或m m3 3/h/h。(四)压力降(四)压力降压力降是指被加热介质通过加热炉所造成压力降是指被加热介质通过加热炉所造成的压力损失。的压力损失。第十三页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(五)压力(五)压力管式加热炉只有炉管承受设计内压力,管式加热炉只有炉管承受设计内压力,故故管式加热炉的压力一般指管程压力管式加热炉的压力一般指管程压力;火筒式直接加热炉仅火筒承受外压力,壳火筒式直接加热炉仅火筒承受外压力,壳程承受内压力;程承受内压力;而火筒式间接加热炉
9、的壳程、管程均承受而火筒式间接加热炉的壳程、管程均承受工艺设计所需压力。工艺设计所需压力。第十四页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(六)温度(六)温度加热炉的温度指标主要有加热炉的温度指标主要有被加热介质进口被加热介质进口温度温度、出口温度出口温度、炉膛温度炉膛温度和和排烟温度排烟温度。加热原油及油井产物时一般由加热原油及油井产物时一般由40 40 加热到加热到70 70 左右左右。加热炉炉膛温度值一般在加热炉炉膛温度值一般在750850 750850;排烟温度则为排烟温度则为160250 160250 左右。左右。第十五页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(七)过剩空气系数(七)过剩空气系
10、数 单位质量(体积)燃料完全燃烧所需要的空单位质量(体积)燃料完全燃烧所需要的空气量气量称为理论空气量称为理论空气量。燃料在燃烧过程中,由。燃料在燃烧过程中,由于燃料和空气常常不能均匀混合,燃料完全于燃料和空气常常不能均匀混合,燃料完全燃烧实际需要的空气量要大于理论空气量。燃烧实际需要的空气量要大于理论空气量。燃料燃烧实际需要的空气量称为燃料燃烧实际需要的空气量称为实际空气量。实际空气量。实际空气量与理论空气量之比称为实际空气量与理论空气量之比称为过剩空气系过剩空气系数数。其计算公式为:。其计算公式为:第十六页,编辑于星期六:十七点 五十二分。式中 过剩空气系数过剩空气系数 L L实际空气量实
11、际空气量 L L0 0理论空气量理论空气量第十七页,编辑于星期六:十七点 五十二分。过剩空气系数过小过剩空气系数过小,则导致燃料燃烧不完,则导致燃料燃烧不完全,效率下降;全,效率下降;过剩空气系数过大过剩空气系数过大,则燃料燃烧产生的热,则燃料燃烧产生的热量用来加热多余空气,排烟热损失增加,量用来加热多余空气,排烟热损失增加,炉效下降。炉效下降。油田生产中,一般过剩空气系数控制在油田生产中,一般过剩空气系数控制在1.11.31.11.3之间。之间。第十八页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(八)加热炉热平衡方程(八)加热炉热平衡方程加热炉热平衡方程:加热炉热平衡方程:Q=Q Q=Q1 1+Q+
12、Q2 2+Q+Q3 3+Q+Q4 4+Q+Q5 5式中式中 QQ燃料完全燃烧产生的热量,燃料完全燃烧产生的热量,kJ/kgkJ/kg或或kJ/mkJ/m3 3;Q Q1 1被加热介质吸收的热量,被加热介质吸收的热量,kJ/kg kJ/kg或或kJ/mkJ/m3 3 ;Q Q2 2排烟损失的热量,排烟损失的热量,kJ/kg kJ/kg或或kJ/mkJ/m3 3 ;Q Q3 3燃料未完全燃烧损失的热量,燃料未完全燃烧损失的热量,kJ/kg kJ/kg或或kJ/mkJ/m3 3 ;Q Q4 4飞灰和灰渣中带有的可燃物造成飞灰和灰渣中带有的可燃物造成 的热损失的热损失kJ/kgkJ/kg或或kJ/mk
13、J/m3 3;Q Q5 5加热炉炉体散失的热损失,加热炉炉体散失的热损失,kJ/kg kJ/kg或或kJ/mkJ/m3 3 。第十九页,编辑于星期六:十七点 五十二分。三、管式加热炉三、管式加热炉(一)结构及工作原理(一)结构及工作原理1 1、结构、结构管式加热炉是在管式加热炉是在炉内设置一定数量的炉管,炉内设置一定数量的炉管,被加热介质在炉管内连续流过被加热介质在炉管内连续流过,通过炉管,通过炉管管壁将在燃烧室内燃烧的燃料产生的热量管壁将在燃烧室内燃烧的燃料产生的热量传给被加热介质而使其温度升高的一中炉传给被加热介质而使其温度升高的一中炉型。管式加热炉种类较多,目前在油田广型。管式加热炉种类
14、较多,目前在油田广泛应用的一中型式是卧室圆筒形管式加热泛应用的一中型式是卧室圆筒形管式加热炉。以炉。以GW1000Y/6.4YGW1000Y/6.4Y加热炉为例对管加热炉为例对管式加热炉的结构作简要介绍式加热炉的结构作简要介绍第二十页,编辑于星期六:十七点 五十二分。第二十一页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(1 1)辐射室)辐射室辐射室是炉内火焰与高温烟气以辐射传热辐射室是炉内火焰与高温烟气以辐射传热为主进行热交换的空间。它一般为主进行热交换的空间。它一般兼作燃烧兼作燃烧室室。辐射室由钢制卧式圆筒内衬以轻质耐。辐射室由钢制卧式圆筒内衬以轻质耐火火、保温材料制成,沿内壁圆周方向敷设保温材料制
15、成,沿内壁圆周方向敷设着炉管。辐射室是整个管式加热炉主要的着炉管。辐射室是整个管式加热炉主要的热交换区域,也是炉内温度最高的地方。热交换区域,也是炉内温度最高的地方。第二十二页,编辑于星期六:十七点 五十二分。第二十三页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(2 2)对流室)对流室对流室是以对流传热为主的部分,对流室是以对流传热为主的部分,一般为一般为矩形钢结构承重,布置对流管矩形钢结构承重,布置对流管内衬以轻质内衬以轻质耐火保温材料。耐火保温材料。(3 3)辐射室烟道)辐射室烟道辐射室烟道是辐射室烟道是将烟气由辐射室导入对流室将烟气由辐射室导入对流室并将辐射室与对流室分开并将辐射室与对流室分开而
16、设置的通道,而设置的通道,一般为半圆形。一般为半圆形。第二十四页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(4 4)弯头箱)弯头箱弯头箱是指将炉管弯头与烟气隔开的封闭弯头箱是指将炉管弯头与烟气隔开的封闭箱体,一般分辐射室弯头箱和对流室弯头箱体,一般分辐射室弯头箱和对流室弯头箱;有的管式加热炉不设置弯头箱。箱;有的管式加热炉不设置弯头箱。(5 5)炉管)炉管炉管是管式加热炉的受热面。炉管是管式加热炉的受热面。它要求能承受一定的内压力和温度,一般它要求能承受一定的内压力和温度,一般由(由(耐热耐热)裂化钢管焊制。)裂化钢管焊制。其直径、壁厚及材质由工艺计算和机械强其直径、壁厚及材质由工艺计算和机械强度计算
17、确定。度计算确定。第二十五页,编辑于星期六:十七点 五十二分。第二十六页,编辑于星期六:十七点 五十二分。布置在辐射室内以吸收辐射热为主的炉管布置在辐射室内以吸收辐射热为主的炉管叫叫辐射炉管辐射炉管,布置在对流室内以对流传热,布置在对流室内以对流传热为主的管束则称为主的管束则称对流炉管对流炉管。辐射炉管一般为辐射炉管一般为1212管程,直径较大,常用管程,直径较大,常用的辐射炉管外直径为的辐射炉管外直径为114mm114mm、127mm 127mm、152mm152mm。对流炉管则一般直径较小,常用炉管外直对流炉管则一般直径较小,常用炉管外直径规格为径规格为60mm60mm、89mm 89mm
18、、114mm 114mm。为了加强对流传热系数,有时为了加强对流传热系数,有时采用钉头管采用钉头管和翅片管作对流炉管和翅片管作对流炉管。第二十七页,编辑于星期六:十七点 五十二分。翅片式对流炉管钉头式对流炉管钉头式对流炉管第二十八页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(6 6)燃烧器)燃烧器 燃烧器是将燃料和助燃空气混合并按所需流燃烧器是将燃料和助燃空气混合并按所需流速集中喷入加热炉内进行燃烧的装置。速集中喷入加热炉内进行燃烧的装置。油油田加热炉应用较多的为油燃烧器和天然气田加热炉应用较多的为油燃烧器和天然气燃烧器燃烧器。(7 7)烟囱)烟囱烟囱的作用是将炉内烟囱的作用是将炉内(废烟气排入大气)
19、(废烟气排入大气)并产生抽力以使助燃空气进入燃烧器。烟并产生抽力以使助燃空气进入燃烧器。烟囱高度及直径由燃烧方式及炉内阻力确定,囱高度及直径由燃烧方式及炉内阻力确定,同时还同时还应符合环保要求应符合环保要求。第二十九页,编辑于星期六:十七点 五十二分。第三十页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(8 8)吹灰器)吹灰器吹灰器是指利用压缩空气或过热蒸汽作为吹灰器是指利用压缩空气或过热蒸汽作为介质吹扫对流炉管上积灰的装置。介质吹扫对流炉管上积灰的装置。若对流若对流炉管采用翅片管或钉头管时必须采用吹灰炉管采用翅片管或钉头管时必须采用吹灰器。若采用光管则一般不设置吹灰器。器。若采用光管则一般不设置吹灰器
20、。第三十一页,编辑于星期六:十七点 五十二分。固定式吹灰器固定式吹灰器超声波吹灰器第三十二页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(9 9)防爆门、看火门、人孔门)防爆门、看火门、人孔门防爆门的作用是在发生爆燃等意外事故炉防爆门的作用是在发生爆燃等意外事故炉膛内压力瞬时升高时,使炉内气体自动排膛内压力瞬时升高时,使炉内气体自动排出的装置。看火门的作用是观察炉内火焰、出的装置。看火门的作用是观察炉内火焰、炉管、炉衬状况。炉管、炉衬状况。人孔门是供检查人员进入炉内的孔门。人孔门是供检查人员进入炉内的孔门。第三十三页,编辑于星期六:十七点 五十二分。防爆门防爆门第三十四页,编辑于星期六:十七点 五十二分
21、。看火孔看火孔第三十五页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(1010)温度、压力测点。)温度、压力测点。温度、压力测点主要是包括炉膛温度、排烟温温度、压力测点主要是包括炉膛温度、排烟温度、介质进出口温度测点和炉膛压力、介质进度、介质进出口温度测点和炉膛压力、介质进出口压力测点。出口压力测点。第三十六页,编辑于星期六:十七点 五十二分。四、火筒式加热炉四、火筒式加热炉火筒式加热炉是指石油工业生产中,在火筒式加热炉是指石油工业生产中,在金金属圆筒壳体内设置火筒传递热量的一种专属圆筒壳体内设置火筒传递热量的一种专用设备用设备。它分为。它分为火筒式直接加热炉和火筒火筒式直接加热炉和火筒式间接加热炉式间
22、接加热炉。第三十七页,编辑于星期六:十七点 五十二分。火筒式直接加热炉火筒式直接加热炉火筒式直接加热炉是被加热介质在壳体内火筒式直接加热炉是被加热介质在壳体内由火筒直接加热的火筒式加热炉称为火筒由火筒直接加热的火筒式加热炉称为火筒式直接加热炉,简称火筒炉(包括具有加式直接加热炉,简称火筒炉(包括具有加热和其他功能的合一装置)。热和其他功能的合一装置)。第三十八页,编辑于星期六:十七点 五十二分。火筒式简介加热炉火筒式简介加热炉火筒式间接加热炉是火筒式间接加热炉是被加热介质在壳体内被加热介质在壳体内的盘管的盘管(由钢管和管件组件焊制成的传热(由钢管和管件组件焊制成的传热元件)中,由中间载体加热,
23、而中间载热元件)中,由中间载体加热,而中间载热体由火筒直接加热的火筒式加热炉成为火体由火筒直接加热的火筒式加热炉成为火筒式间接加热炉。筒式间接加热炉。第三十九页,编辑于星期六:十七点 五十二分。第四十页,编辑于星期六:十七点 五十二分。火筒炉火筒炉第四十一页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(一)火筒炉(一)火筒炉1 1、火筒炉的特点、火筒炉的特点火筒炉的特点是在炉内设置火管和烟管,火筒炉的特点是在炉内设置火管和烟管,被加热介质在炉内连续流过,通过火管和被加热介质在炉内连续流过,通过火管和烟管将在炉膛(火管)内燃料燃烧产生的烟管将在炉膛(火管)内燃料燃烧产生的热量传递给被加热介质而使其温度升高
24、的热量传递给被加热介质而使其温度升高的一种炉型。火筒炉是直接式加热炉,如图一种炉型。火筒炉是直接式加热炉,如图2-272-27所示所示第四十二页,编辑于星期六:十七点 五十二分。2 2、火筒炉的结构及原理、火筒炉的结构及原理被加热液体从进液分配管的布液孔进入加被加热液体从进液分配管的布液孔进入加热炉的底部,自上而下均匀淹没火管和烟热炉的底部,自上而下均匀淹没火管和烟管,吸收炉膛(火管)内燃料燃烧产生的管,吸收炉膛(火管)内燃料燃烧产生的热量,升温后的液体从加热炉的顶部出液热量,升温后的液体从加热炉的顶部出液口流出炉外。口流出炉外。火筒炉主要优点是压力降特别小,耗钢量火筒炉主要优点是压力降特别小
25、,耗钢量少,结构简单。其缺点是适应性差。少,结构简单。其缺点是适应性差。第四十三页,编辑于星期六:十七点 五十二分。火筒炉的结构火筒炉的结构(1 1)壳体:壳体用来盛装被加热介质的圆)壳体:壳体用来盛装被加热介质的圆筒形压力容器。筒形压力容器。(2 2)火管:火管即)火管:火管即炉膛,也称辐射段炉膛,也称辐射段,是,是燃料燃烧并释放出热量的地方。热量以辐燃料燃烧并释放出热量的地方。热量以辐射放射通过火管壁传给管外的液体,使之射放射通过火管壁传给管外的液体,使之受热升温。受热升温。第四十四页,编辑于星期六:十七点 五十二分。(3 3)烟管:烟管也称对流段。高温烟气)烟管:烟管也称对流段。高温烟气
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