中原混合原油的管式加熱爐工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15415中原混合原油的管式加熱爐工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例 1235711.1初始計(jì)算數(shù)據(jù) 3219371.2加熱爐總熱負(fù)荷計(jì)算 468011.3燃料燃燒過程計(jì)算 5119551.3.1燃料燃燒低發(fā)熱值 522551.3.2理論上燃料燃燒需要的空氣量 5250371.3.3過?？諝庀禂?shù) 53441.3.4煙氣組成 571221.3.5每千克燃料產(chǎn)生的煙氣量 6232171.4整個加熱爐熱平衡 8174751.4.1燃料燃燒供給熱量 8107871.4.2加熱爐爐效率 8100971.4.3加熱爐燃料劑用量 878521.4.4加熱爐煙氣管道氣體流量 8142671.4.5加熱爐點(diǎn)火火嘴個數(shù) 9193901.5輻射段設(shè)計(jì) 981491.1.1加熱爐輻射室的熱負(fù)荷 9107801.1.2加熱爐輻射管表面積、管徑、及管心距 948161.1.3輻射室爐管長度、爐管數(shù)及爐膛尺寸 9124271.1.4加熱爐對流室尺寸設(shè)計(jì) 10175441.1.5整個爐子的當(dāng)量冷平面面積 1089471.1.6有效面積及冷平面的比值 11211841.1.7煙氣的黑度 11214081.1.8總輻射交換因數(shù) 1130351.1.9輻射室熱量平衡 11121691.1.10求輻射室出口煙氣溫度 11103821.1.11輻射段熱負(fù)荷 13301471.6對流室的計(jì)算 13307271.6.1以對流傳熱為主的對流室的熱負(fù)荷 13152371.6.2以對流傳熱為主的對流室主要尺寸 13149341.6.3對流室高度 19106111.7加熱爐爐管內(nèi)的壓力降 197991.7.1確定汽化段部分的當(dāng)量長度 1910251.7.2加熱爐中汽化部分中氣、液兩相的混合密度 1938061.7.3汽化段部分中氣、液兩種物質(zhì)的混合流速 20246211.7.4加熱爐汽化部分的壓力降低 2018581.7.5油品剛剛開始冒出第一個小氣泡點(diǎn)處的壓力 20120091.7.6重新按照步驟計(jì)算 20223811.7.7畫圖求解 21237841.7.8加熱段的壓力降 22304851.8煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算 23290921.8.1煙囪的直徑 2330401.8.2煙囪和對流室產(chǎn)生的抽力 23313441.8.3總壓力降 2328071.8.4煙囪的最低高度 261.1初始計(jì)算數(shù)據(jù)1.1.1被加熱介質(zhì)（1）冷原油（2）飽和水蒸氣（3）初底油1.2加熱爐總熱負(fù)荷計(jì)算1.2.1熱負(fù)荷計(jì)算（1）整個加熱爐熱負(fù)荷（2）冷原油進(jìn)料吸收的熱量，查焓圖3-17[2]得查焓圖3-17[2]得則（3）水蒸汽吸收熱量水蒸汽查文獻(xiàn)[2]熱焓圖得水蒸汽查文獻(xiàn)[2]熱焓圖得則（4）初底油吸收熱量初底油初底油（5）整個加熱爐的熱負(fù)荷1.3燃料燃燒過程計(jì)算1.3.1燃料燃燒低發(fā)熱值此次設(shè)計(jì)選取的是中原混合原油，查看其評價(jià)報(bào)告選取減壓渣油作為加熱爐加熱的燃料，其組分如下：加熱爐的實(shí)際運(yùn)行中，燃料燃燒后生成的水不是液態(tài)的，而是以氣體狀態(tài)存在，因此用低發(fā)熱值來進(jìn)行計(jì)算，1.3.2理論上燃料燃燒需要的空氣量1.3.3過?？諝庀禂?shù)此次加熱爐設(shè)計(jì)選用的是減壓渣油作為加熱爐的燃料，通風(fēng)器選用的是強(qiáng)制性通風(fēng)型，依據(jù)加熱爐工程設(shè)計(jì)一般經(jīng)驗(yàn)值，取過剩空氣系數(shù)1.3.4煙氣組成（1）煙氣含量1.3.5每千克燃料產(chǎn)生的煙氣量強(qiáng)制通風(fēng)型燃燒器，正氣霧化量（2）煙氣中包含的組分占煙氣總量的百分比1.3.6求煙氣焓值并據(jù)此作出相對應(yīng)的圖查文獻(xiàn)[8]根據(jù)公式得日常常見氣體在不同溫度下的熱量焓值如表5-1所示。圖1.1煙氣溫度焓值圖1.4整個加熱爐熱平衡1.4.1燃料燃燒供給熱量燃料燃料供給熱量與加熱爐支出熱量相等，即進(jìn)入加熱爐的熱量與從加熱爐出口出去的熱量相等（1）根據(jù)前面計(jì)算可知燃料的低發(fā)熱值；（2）燃料本身帶入的顯熱：取燃料進(jìn)爐溫度120℃（3）通入空氣攜帶的顯熱：入爐溫度25℃，查的（4）霧化蒸汽帶入的顯熱：查得Is=644kcal/kg蒸汽（5）入爐的熱量：1.4.2加熱爐爐效率假設(shè)加熱爐中間對流段部分的煙氣出口溫度比所有進(jìn)料最低溫度高80℃，查煙氣焓值圖5-1得,煙氣攜帶的熱量按照公式計(jì)算為取整個加熱爐熱損失為5%，根據(jù)上述的計(jì)算可知加熱爐的效率1.4.3加熱爐燃料劑用量1.4.4加熱爐煙氣管道氣體流量1.4.5加熱爐點(diǎn)火火嘴個數(shù)加熱爐點(diǎn)火火嘴總額定噴油能力比加熱爐實(shí)際燃料油劑量大30％，選點(diǎn)火火嘴為標(biāo)準(zhǔn)火嘴200kg/h則計(jì)算所需火嘴=≈8個1.5輻射段設(shè)計(jì)1.1.1加熱爐輻射室的熱負(fù)荷現(xiàn)選取加熱爐輻射室的熱量負(fù)荷為整個加熱爐熱負(fù)荷的80%。1.1.2加熱爐輻射管表面積、管徑、及管心距選用輻射部分選用的輻射管表面熱強(qiáng)度取輻射室部分管程數(shù)N為4，取輻射管內(nèi)冷原油流動速度輻射管直徑==0.145m由[6]選，管心距1.1.3輻射室爐管長度、爐管數(shù)及爐膛尺寸輻射部分選擇爐膛的高徑比輻射管直管長度及爐膛直徑輻射室輻射管的有效長度輻射室爐管數(shù)取爐管數(shù)為64根輻射室的節(jié)圓直徑：輻射室爐膛直徑：輻射室爐膛高度：1.1.4加熱爐對流室尺寸設(shè)計(jì)（1）加熱爐中間對流室長度加熱爐中間部分是對流室，對這個部分采用每排爐管，，，這個部分分為三個部分，每個部分都采用釘頭管，釘頭管呈三角形排列，每一排加熱爐爐管根數(shù)都相同。主要是對流傳熱部分的寬被加熱煙氣的質(zhì)量流速為確定加熱爐以對流傳熱為主的對流室的長，取煙氣在截面面積最小的部位的質(zhì)量流速則在對流室內(nèi)排列的釘頭管每根占據(jù)的流通面積因?yàn)?，所以?jì)算的尺寸符合規(guī)范要求，假設(shè)的數(shù)值合適。1.1.5整個爐子的當(dāng)量冷平面面積輻射管的冷平面=64×18×0.304=350.2m2有效吸收因數(shù)也叫角系數(shù)、形狀因數(shù)、輻射系數(shù)、有效面積率或吸收效率系數(shù)，是管心距與管外徑之比的函數(shù)。查圖8-4[7]得（1）輻射段輻射管的當(dāng)量冷平面（2）對流室下端遮蔽管的當(dāng)量冷平面（3）總當(dāng)量冷平面面積1.1.6有效面積及冷平面的比值加熱爐爐膛總面積有效的反射面積有效面積與冷平面積之比：1.1.7煙氣的黑度前面我們?nèi)〉每諝獾倪^剩系數(shù)＝1.2查圖8-6[7]查得在燃料燃燒的煙氣中的分壓：由表8-1[7]查得加熱爐燃料燃燒生產(chǎn)的煙氣平均會生成的輻射部分的長度為查圖8-7[7]，假定加熱爐中以輻射傳熱為主的輻射室其對應(yīng)的出口燃料燃燒形成煙氣的溫度，則燃料燃燒形成的煙氣黑度為1.1.8總輻射交換因數(shù)根據(jù)及，查相關(guān)的文獻(xiàn)[12]P55圖8-5得1.1.9輻射室熱量平衡查圖2-2[2]得1.1.10求輻射室出口煙氣溫度第一步先假設(shè)以輻射傳熱為主的輻射段的管壁溫度。已知以對流傳熱為主要傳熱方式的對流部分油料進(jìn)口溫度，同樣的道理以輻射傳熱為主要傳熱方式的輻射部分油料出口溫度，則燃料油進(jìn)料入以輻射傳熱為主要方式的輻射室溫度為輻射部分的管壁溫度為按照公式繪制燃料燃燒形成煙氣的吸收曲線如圖5-2，求出，如下所示：查圖2-2[7；查圖8-5[7]得：根據(jù)公式：A點(diǎn)B點(diǎn)圖1.2煙氣吸收曲線求解以輻射傳熱為主要傳熱方式的輻射室的出口部分溫度時，先要確定這個部位的壓力，根據(jù)吸收曲線以及其他的相關(guān)計(jì)算，作圖圖上兩點(diǎn)分別位于橫坐標(biāo)的兩邊，連接起來與橫坐標(biāo)有個交點(diǎn)，交點(diǎn)橫坐標(biāo)為1003K，即溫度。1.1.11輻射段熱負(fù)荷（1）當(dāng)查燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣焓值圖5-1得，輻射室的熱負(fù)荷占加熱爐總熱負(fù)荷的比值：（2）以輻射傳熱為主要傳熱方式的的輻射部位輻射管表面熱強(qiáng)度（3）以輻射傳熱為主的輻射室油品入口溫度以輻射傳熱為主要傳熱方式的輻射室加熱油品出口處的總熱焓值為：輻射傳熱為主要傳熱方式的輻射室被加熱油品進(jìn)口的地方每千克油品的比焓油品的熱量焓值圖得溫度是。（4）以輻射傳熱為主要傳熱方式的輻射室管壁面平均溫度初始計(jì)算中我們假設(shè)的溫度是380℃，與計(jì)算值非常接近，不必在進(jìn)行校核。1.6對流室的計(jì)算1.6.1以對流傳熱為主的對流室的熱負(fù)荷1.6.2以對流傳熱為主的對流室主要尺寸1.6.2.1對流室主要以對流的方式進(jìn)行下段（初底油）傳熱計(jì)算（1）初餾塔底部油品吸收的熱量：燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣出輻射傳熱為主的輻射部位溫度其比焓值為，假設(shè)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣在以對流傳熱為主的出口地方溫度為，其比焓為，根據(jù)熱量平衡有（假設(shè)該部分反應(yīng)的熱量損失為0.4％）解得，查煙焓圖1.1得該部分傳熱溫差：燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣730℃588℃初餾塔底部油300℃280℃這兩反面的溫差430℃308℃燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度（2）以對流傳熱為主部位的管道內(nèi)膜的傳熱系數(shù)該部位管道直徑，此部位管道內(nèi)相關(guān)介質(zhì)的質(zhì)量流速（3）以對流傳熱為主的對流部位采用釘頭樣式管道時外膜傳熱系數(shù)a.相應(yīng)的釘頭部位表面的傳熱系數(shù)包括管道內(nèi)結(jié)垢熱阻在內(nèi)的釘頭其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)b.釘頭管道試用效率所采用的釘頭樣式的管道為標(biāo)準(zhǔn)釘頭樣式的管道，這個樣式的管道，當(dāng)時，查文獻(xiàn)[4]c.釘子頭樣式的管道光滑管道部分管道外面對流傳熱系數(shù)包括釘子頭樣式的管道里結(jié)垢熱阻在內(nèi)的釘子頭樣式管道的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)d.釘子頭模樣外面膜的傳熱系數(shù)光滑管道每米的相應(yīng)表面面積：釘子頭部分每米管道相對的表面面積：釘子頭外的光滑管道部分每米管道相對表面面積：（4）總傳熱系數(shù)（5）以對流傳熱形式為主的對流空間排布的管道表面積及管道排數(shù)（6）對流管表面熱強(qiáng)度1.6.2.2中間部分（過熱水蒸汽）對流傳熱計(jì)算（采用1管程）（1）過熱水蒸氣傳熱溫度差值及所對應(yīng)的熱負(fù)荷水蒸氣過熱吸收的熱量吸收：加熱爐的燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入該部位的溫度，查有關(guān)資料得知其焓值為，假設(shè)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣冒出該部分的溫度為t2，其比焓為Ht2，根據(jù)熱量平衡有（設(shè)該部分反應(yīng)的熱量損失為1.0％）根據(jù)公式得查燃料燃燒煙氣焓值圖得t2=428℃對流空間中部傳熱溫度差：燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣588℃428℃被加熱的水蒸氣420℃180℃這兩個物質(zhì)的溫差168℃248℃煙氣平均溫度（2）管內(nèi)膜傳熱系數(shù)選用標(biāo)準(zhǔn)釘頭管，假設(shè)因?yàn)?<<4滿足條件合理。加熱爐爐管道內(nèi)部流動介質(zhì)的質(zhì)量流速（3）對流部分采用釘子頭樣式的管道時外膜傳熱系數(shù)a.釘子頭管道其表面的傳熱系數(shù)包括釘子頭樣式的管道里面結(jié)垢熱阻的釘子頭樣式的管道表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)b.釘子頭樣式的傳熱效率，所采用的是釘子頭樣式的管道其規(guī)格選用的標(biāo)準(zhǔn)釘頭，釘子頭樣式的管道，，查文獻(xiàn)[4]c.釘子頭樣式的管道光滑管道部分管道外面對流傳熱系數(shù)包括光滑管道內(nèi)部結(jié)垢熱阻在內(nèi)的釘子頭樣式的管道表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)d.釘子頭管道外膜傳熱系數(shù)光滑管道的的每米管道相對表面面積：釘子頭管道部分每米管長相對表面面積：釘子頭外面的光滑管道部分每米管道相對表面面積：

（4）總傳熱系數(shù)（5）對流管管道的表面積及管排數(shù)（6）以對流傳熱為主要傳熱方式的對流管道表面熱強(qiáng)度1.6.2.3上面部分（冷原油）對流傳熱計(jì)算（1）兩種介質(zhì)之間的傳熱溫度差及熱負(fù)荷冷原油在對流室內(nèi)以對流傳熱的方式吸收的熱量:。冷原油從外面管道被抽入對流部分燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入這一部分的溫度，其焓值為，假設(shè)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣送出這一反應(yīng)空間的溫度為，其比焓為，依據(jù)熱量平衡有（假設(shè)這一部分的熱量損失為1.0％），查煙焓圖得冷原油被加熱的傳熱溫度差：燃燒產(chǎn)生的煙氣428℃216℃被加熱的冷原油180℃120℃燃燒煙氣與冷原油之間的溫差240℃96℃燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度（2）上端管道的里膜傳熱系數(shù)選用標(biāo)準(zhǔn)釘頭管，由于上述的所有計(jì)算符合標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)計(jì)合理。這段管道管道里面介質(zhì)的質(zhì)量流速GF===1.5（3）對流部分采用釘子頭樣式的管道時外面膜傳熱系數(shù)（a）釘子頭樣式管道的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)包括管道內(nèi)部結(jié)垢熱阻的釘子頭樣式管道的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（b）釘子頭樣式管道的傳熱效率所選用的管道是釘子頭樣式的規(guī)格是的標(biāo)準(zhǔn)釘子頭，選用的管道，，查（c）釘子頭樣式的管道光滑管道部分管外面對流傳熱系數(shù)包括所選取管道里面的結(jié)垢熱阻的釘子頭樣式的管道表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（d）釘子頭管道外面膜傳熱系數(shù)光滑管道的每米管道對應(yīng)的表面面積：釘子頭樣式管道頭部分每米管道對應(yīng)的表面面積：釘子頭管道外的光滑管道部分每米管道的表面面積：（4）總傳熱系數(shù)（5）對流傳熱管道表面積及管排數(shù)（6）對流傳熱管道表面熱強(qiáng)度1.6.3對流室高度對流室以對流傳熱作為主要的傳熱方式，為了連接對流部分與輻射部分，在這兩個部分之間設(shè)置了一排遮蔽管（）對流室傳熱方式主要是對流傳熱，其傳熱的爐管總根數(shù)1.7加熱爐爐管內(nèi)的壓力降1.7.1確定汽化段部分的當(dāng)量長度根據(jù)初餾塔部分的計(jì)算，我們可以明確地知道初底油。初底油恩氏數(shù)據(jù)。故平衡汽化溫差假設(shè)因?yàn)闋t子在輻射管出口的溫度是360℃汽化率加熱爐汽化部分的油品在加熱爐出口溫度下的混合比焓為被加熱油品剛剛開始出現(xiàn)第一個小氣泡時350℃以輻射傳熱為主的輻射室輻射管道的當(dāng)量長度，，故氣化部分的當(dāng)量長度1.7.2加熱爐中汽化部分中氣、液兩相的混合密度加熱爐汽化部分的平均溫度加熱爐汽化部分的平均壓力，=加熱爐油品開始汽化部分平均條件下的液相密度氣化部分氣液兩相混合密度1.7.3汽化段部分中氣、液兩種物質(zhì)的混合流速1.7.4加熱爐汽化部分的壓力降低1.7.5油品剛剛開始冒出第一個小氣泡點(diǎn)處的壓力，剛剛開始假設(shè)，我們計(jì)算的結(jié)果與初始不一樣，需要再次按照相同的步驟重新計(jì)算。1.7.6重新按照步驟計(jì)算（1）上面部分計(jì)算不符合本次設(shè)計(jì)的要求，重設(shè)那么重新求解，可以知道汽化部分對應(yīng)的溫度t=360℃，加熱爐出口處油品是汽液混合物它的焓在加熱爐中進(jìn)行加熱，油品里面包含的物質(zhì)會因?yàn)槭軣岫粩嗥?，剛剛汽化有氣體生成時，焓為輻射管管道入口溫度（297℃）的液相比焓為，則汽化段當(dāng)量長度為（2）汽液混合物所對應(yīng)的密度則汽化部分中包含的液體，其所以定的密度汽液混合物在汽化部分的氣化率=18.6%汽化部分氣體和液體混合形成的物質(zhì)所對應(yīng)的密度（3）汽化部分氣體和液體混合在一起（4）汽化部分產(chǎn)生的壓力降低值（5）氣體剛剛開始汽化點(diǎn)處對應(yīng)的壓力。1.7.7畫圖求解1點(diǎn)2點(diǎn)兩個點(diǎn)位于橫坐標(biāo)的兩側(cè)，連接這兩個點(diǎn)我們可以清楚地從圖上得到交點(diǎn)0.69，而這個交點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)值就是我們這里所求解的.有上述計(jì)算可知，汽化部位的壓力降低了：圖1.3計(jì)算汽化部位所對要壓力1.7.8加熱段的壓力降查圖5-3，壓力對應(yīng)的加熱爐氣體汽化部分時，可以知道所對應(yīng)的氣體汽化的溫度為352℃，查資料可知道。前面認(rèn)真計(jì)算過，但是出現(xiàn)了誤差，因此從新計(jì)算：加熱爐加熱汽化段部分管長加熱爐加熱段管長：以對流傳熱為主要傳熱方式的對流室的管長：=0.8750－0.00064（330－20）=0.6766g/cm31.8煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算1.8.1煙囪的直徑燃料燃燒產(chǎn)生的煙流速，（平常）1.8.2煙囪和對流室產(chǎn)生的抽力加熱爐內(nèi)里高度，以對流傳熱為主要傳熱方式的對流室高度，輻射室加熱燃料產(chǎn)生的煙的平均溫度1003K，以對流傳熱為主要傳熱方式的對流室燃料加熱后煙的平均溫度為，煙囪是