油田加热炉热力与管路设计

油田加热炉的传热强化与管路分类

化核心数目，对于相变换热的增强往往具有特殊意义。

6. 采用混合式换热方式

以上传热面的扩大或改善都是以间壁式换热方式为基础的。它存在一个明显的固体间壁面把两种换热流体分开。在工业上还有一种通过两种流体直接接触来完成换热的方式，称为混合式换热，它们的传热面就是接触面，不存在外加传热面的热阻。为了扩大接触面积，常使流体分散成雾滴状并使两者均匀混合、密切接触，以达到均匀传热的目的。

2.2 评价传热强化的方法[7,8]

在评价传热过程强化的效果时，需要考虑的因素很多，诸如经济性，安全性，制造、安装、运行和维修的工艺技术以及对材料的需求等，因而不可能定出一个评价强化方法的通用准则。

单纯追求K、?tm或A的改善是不行的，因为这样那样的措施往往带来流动阻力的增加和其它方面的消耗或要求更高。从实际应用的角度来考虑，常在流动阻力相等的条件下比较换热系数，看它们在不同Re、Pr和强化方法下换热系数的大小，即：

?h/h0?p?f?Re,Pr,强化方法? （1）

式中：h、h0分别强化和强化时的换热系数； 下标P表示流动阻力或泵功率相等的条件。

这样，当?h/h0?p>1时，说明在满足相同热负荷情况下，换热器尺寸小了，重量轻了。应当明白?h/h0?p是一个重要的评价标准，但不是唯一标准。某些条件虽然

?h/h0?p<1可能仍然是可能的。例如，某些工艺条件增强传热是主要要求，流动阻力

的大小居次要地位时便是如此。此外，在某些场合则制造方便、省能、运行稳定、维修简易是主要要求，就不一定去追求很高的传热强度。这一切都应综合考虑，根据实际情况选取合适的方案。E.K.加里宁在对光滑管及人造湍流管构成的两种逆流式换热器作了比较以后，认为在?/?s??Nu/Nus?的条件下才能受到强化的效益，而且相

3.5差较大，效果越明显?，Nu代表强化后的阻力系数和努塞尔数，下标s代表光滑管。用“熵增单元数”来评价传热强化，近几年来时有报道，该方法不仅考虑到能量消耗，而且还考虑到能级水平。

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2.3 炉管的分类[9]

2.3.1 炉管规格

油田加热炉炉管常用规格摘自《管式加热炉规范》见表１ 表1 常用炉规格摘自管式加热炉规范

炉管规格 (mm) (外径×壁厚) 60×5 60×6 60×8 89×6 89×8 89×10 102×6 102×8 102×10 114×6 114×8 114×10 127×6 管子重 (kg/m) 6.78 7.99 10.26 12.28 15.98 19.48 14.21 18.58 22.69 15.98 20.91 25.65 17.90 炉管外径 (mm) (外径×壁厚) 127×8 127×10 152×6 152×8 152×10 152×16 152×20 180×18 180×22 219×8 219×10 219×12 219×14 管子重 (kg/m) 23.48 28.85 21.60 28.41 35.02 53.66 68.56 71.91 93.32 41.63 51.54 61.26 70.78 2.3.2 炉管材料

炉管材质应根据管壁设计温度、设计压力和工作介质合理选用，并考虑所选炉管蠕变温度的影响。常用炉管材料及最高使用温度摘自《管式加热炉规范》，见表2。

表2 常用炉管材料及最高使用温度

钢种 10,20号钢 15CrMo Cr2Mo Cr2Mo Cr5Mo Cr5MoSi Cr9Mo 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti GB2270-80 GB2270-80 YB273-70 国内规范 YB273-70 YB273-70 YB273-70 最高使用温度℃ 450 500 600 600 600 600 650 650 650 抗氧化极限温度℃ 560 560 635 635 650 700 700 820 820 主要性能 抗低硫腐蚀 耐中温 抗氢,硫腐蚀 耐高温 抗硫化氢腐蚀 耐高温 第 10 页 （共 44 页）

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1Cr18Ni8Nb 1Cr18Ni12Mo2Ti HK-40 Cr25Ni20 C=0.35﹪ CR20Ni32 HT-40 Cr16Ni36 Cr25Ni35 GB2270-80 GB2270-80 650 650 1000 1000 1000 1050 1100 1200 820 870 持久应力高 抗?相析出 抗?相析出 抗渗碳，耐热疲劳 2.3.3 炉管壁厚

炉管壁厚采用值(包括腐蚀裕量) 摘自《管式加热炉规范》不应小于表3中的规定。

表3 炉管壁厚 单位:mm 炉管外径 60 89 102 114 127 152 219 273 碳钢、铬钼钢炉管 3.4 4.8 5 5.3 5.5 6 7.2 8.1 奥氏体不锈钢炉管 2.4 2.7 2.7 2.7 3.0 3.0 3.3 3.7 第 11 页 （共 44 页）

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2.3.4 急转弯管常用管心距

急转弯管常用管心距摘自《管式加热炉规范》应按表4选定。

表4 180℃急转弯管的管心距 炉管外径 60 89 102 114 管心距 80,150 160,178 172,203 203,230 炉管外径 127 152 219 273 管心距 215,250 275,304 372,438,400 478,546 注：较大管心距的急转弯管，一般用于辐射炉管或翅片管的连接；较小管心距的急转弯管，则常用于对流光管的连接。 3 炉管的安全评价

炉管处于高温燃烧环境下工作，随炉内温度场的变化，导致炉管不同部位、不同程度的损伤，其正常损伤表现为氧化、球化、渗碳和腐蚀，非正常损伤可导致炉管开裂、爆破。因此对加热炉炉管的安全评估应根据不同的炉型、炉管不同的使用条件、使用环境、材料特性进行具体的分析和诊断。

3.1 炉管损伤综述

炉管用于加热原料或承担反应器的作用，其运行环境比较恶劣，要承受管内烃类渗碳环境、管内外氧化硫化及高温环境下炉管承受内压引起的应力、内外壁的温差应力、停炉时内壁结焦线膨胀系数变小导致管子所受拉应力、渗碳层管子比体积和膨胀系数发生变化而产生的附加应力、管子结焦渗碳层不均匀和开停炉引起的热应力以及自重、疲劳、热冲击等复杂的应力作用。高温炉管是在相当苛刻的环境下工作的，直接见火，而且设计上不可能留有很高的安全系数(否则，炉管会过厚，将带来一系列的问题)，因而比较容易发生严重的壁厚减薄、变形、破裂、鼓包、内外腐蚀等损坏。

加热炉炉管管壁腐蚀可分为外壁的高温烟气腐蚀、脱碳，内壁的高温结焦、硫腐蚀、氢蚀等。国内外加热炉的使用经验表明，加热炉管常见的失效形式有:渗碳、渗碳开裂、蠕变开裂、热疲劳开裂、热冲击开裂、弯曲、鼓胀及氧化等形式。究其原因一般为:渗碳、热疲劳、热冲击、氧化、硫化、热腐蚀、冲蚀等。以上几方面的故障，轻者可影响加热炉的工艺生产，使炉管产生变形和开裂，加大炉体的散热损失而使能耗加大，生产效率下降，直接影响加热炉的总体效益，重者可影响加热炉的安全，导

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