油田加热炉热力与管路方案设计书.docVIP

油田加热炉热力与管路设计 前言 炉管是管式加热炉形成传热表面的最重要组成部分。整个加热炉的炉管系统还包括炉管之间连接用的回弯头和支持炉管的管架。由于炉管的结焦、失效及炉管的过热而导致的炉管破裂等故障不仅危机加热炉的正常安全运行，而且也将增加大量的维修费用。 引起加热炉炉管损坏的原因较多，除选材不当、受腐蚀和冲蚀作用外，大部分是由于局部过热引起的。产生过热的原因很多，如炉型和燃烧器选择不合理、辐射热强度过高、操作不当等。故在没计时应首先对炉管进行热力计算，对总换热系数进行校核，校核符合条件方能进行下面的设计。 1978年，由上海炼油厂主编的《石油化工管式加热炉》中，在调查总结国内炼油厂和部分油田管式加热炉的设计、施工和操作经验的基础上，参考国内外资料编写而成的。内容主要介绍管式加热炉的工艺过程，操作原则和注意事项，结构和零部件的基本知识；管式加热炉的产生和发展史，提高热效率的几种途径和加热炉革新、挖潜、改造方面的动向。尤其书中推荐了常用的和比较成熟的计算方法，编入了一些计算图表和操作数据，对我完成毕业设计提供了宝贵的素材。 炉管结构设计的先前工作是对其进行热力计算，1990年，由中国石化总公司石油化工规划院主编的《管式加热炉设计手册》中对加热炉工艺计算基础数据和热力计算进行了详细的阐述，包括有效平均温度的确定、总换热系数的选取、对换热系数的校核以及对炉管的材料的选取、焊接、腐蚀等关键性问题进行了周密的论述。 在对炉管介质阻力的计算的过程中遇到了一定的困难，水的摩擦系数不能精确选取，弯头的当量长度以及计算公式形式较多等问题。通过和导师冯定教授的交流之后，又重新调整了思路。李更来、钟甲学在文章《对管式加热炉阻力计算公式》对炉管介质阻力的计算有精辟的论述，可据此进行计算。 伴随着计算机时代的来临，计算机数字分析功能将日益强大，我们也可以对传统的设计模式进行一些简化。本文将用到有限元分析软件ANSYS9.0对炉管的热应力分布场、温度场分布进行计算和分析。参阅《ANSYS9.0热分析教程》。 1　选题背景 1.1　课题来源 油田油气储运过程中，一般都有提供热源的火力加热设备里面安装由无缝钢管组成的一系列连串的管排。这种加热设备称为管式加热炉。管式加热炉一般由对流室、辐射室和烟囱三大部分组成。在对流室和辐射室内敷设炉管，在烟囱内设有烟道挡板。在辐射室的底部、侧壁或上部安装燃烧器。一个比较先进的加热炉还备有烟气的热回收系统和空气、燃料比控制系统等。燃料(燃料油或燃料气)在炉内燃烧，油品或其它介质在炉管中以很高的速度流动。 管式加热炉的作用就是为转化能量创造条件，将燃料燃烧放出的热量，首先传递到炉管的外表面，然后通过炉管的金属管壁传递给油品或其他介质。这样，油品或其他介质就被加热到所需要的温度，以避免在储运过程中油品达到凝固点冷凝。 根据中石油股份公司加热炉调查统计报告显示，中石油股份公司拥有加热15021台，管式加热炉在各种炉型中数量占据最多。由于炉管内的介质不是水或水蒸气，而是原油或油水混合物，所以一旦炉管壁超温发生事故就会影响正常生产，严重时还会造成经济损失，危害人身安全。因此加热炉内的最高管壁金属温度不允许超过炉管材质的极限温度。同时炉管内壁温度也是判断管内介质是否可能变质、结焦、结垢的依据之一，结焦会使管壁温度急剧上升，加剧炉管的腐蚀和高温氧化，引起炉管鼓包、破裂，使炉子操作性能恶化，甚至造成装置提前停运，所以炉管的热力分析具有十分重要的意义。 由于炉管置于高温中，管内有油品或其他介质的温度、压力和腐蚀的联合作用，因此对炉管的要求很高。一般必须考虑到炉管材料的耐热性、高温强度以及耐腐蚀性能；耐热性是指材料耐高温氧化和耐高温脆化的性能。炉管的耐腐蚀性能，主要根据实际生产装置的使用经验来决定。生产实际表明：原油性质以及脱盐深度对碳钢和1.25Cr0.5Mo钢的腐蚀速率影响很大，含盐量大的低硫原油腐蚀性也极强。另外，燃烧高含硫、含钒的燃料油，也会发生严重的高温烟灰腐蚀和低温露点腐蚀。为此加热炉炉管的材质应根据介质的特性和操作条件适当选用，本着勤俭节约的精神，结合我国的具体情况，合理地选用炉管，并配合防腐措施，并根据管壁温度和内压计算壁厚。 据美国石油协会推荐的常规设计方法AP1530中，炉管设计寿命通常为10万小时，不过，炉管有效寿命取决于实际操作工况和具体材料的性能，通常为3万～152/5～2/3。 本课题主要针对油田管式加热炉的主要结构炉管进行热力计算与管路设计，从而学习油田现场使用的加热炉热力与管路的设计方法、种类、特点、方式等，得出减少能耗、降低事故的优良管式加热炉制造技术。 研究目的及其意义 加热炉是油田常用设备之一，目前在各油田及管道上采用的加热炉主要来加热原油、水等介质，以满足输送、脱水、拌热、清蜡等集输工艺要求。它与其他工