导热油加热炉最高传热膜温度的计算.docx

俞德昌(上海200540)上海石油化工股份有限公司涤纶二厂CalculationofMaximumHeatTransferFilmTemperatureinHotOilHeatingFurnaceYuDechang流动阻力降的对比自行调节能量,因此四流导热油的流速不尽相等,该加热炉的传热也不均匀。结果,外层盘管的最后两圈炉管管内导热油流速最低,炉管既受辐射传热又受对流传热,处于遮蔽管位置,很易使管内导热油遭受过热。事实上,1993～1995年发生的导热油加热炉3次爆管都发生在外层盘管的近出口侧最后两圈部位。典型的爆管损坏示于图1和图2。1前言导热油在加热过程中难免会出现结焦,这是导热油在高温下发生裂解、聚合等热化学反应的结果。焦炭一旦在导热油加热炉炉管内逐渐积聚后会恶化传热过程,使流体的流速降低,传热膜温度上升,甚至在加热炉管的某些部位形成局部过热,从而加剧了化学反应而析出更多的焦炭。这种恶性循环如果没有及时得到遏制,势必威胁系统安全。2最高传热膜温度的计算211导热油结焦过程某厂聚酯装置的导热油加热炉曾连续发生3次炉管爆管事件及1次炉管堵焦事件,很值得我们加以深入研究和讨论。有关该导热油加热炉的结构型式、设计和生产的参数见文献1。简言之,该导热油加热炉是四流并联的卧式盘管型加热炉,因为数流平行,完全依靠流体图11995年1月29日6号炉外层盘管第38圈爆裂我们在图1和图2的照片中可以确认:在炉管内积聚有厚实的焦炭。可见炉管爆管必定伴有严重的结焦现象。发生在1995年的导热油加热炉炉管堵焦事件更为罕见,虽然由于处置及时尚未发生爆俞德昌:男,1942年生,高级工程师。(收稿:1997210216)2914×104Pa,最好能达到3912×104Pa,但相比以前的燃烧器,其油路系统的油温可以低一些,只要燃油能流动即可,有些企业可以省去二次加热系统。(3)由于WDH系列燃烧器用蒸汽或压缩空气作为雾化介质,与以前的燃烧器相比,对助燃风机的压力要求降低了,燃烧器前的助燃风压可降低到980Pa,并且不必担心助燃风路系统的管径变化,这样既可以降低风机的电耗,又可以减少风机的噪音。(4)现场的操作人员一定要经过严格的培训,要严格按照操作程序使用,否则会影响到燃烧器的正常效果发挥,甚至会影响到正常生产。(5)WDH系列燃烧器的设计以对工件进行对流或辐射热交换为主,避免火焰直接接触工件,这样既可以减少氧化烧损,又可以降低工件的内外温差,从而降低出炉温度。因此对长期以来靠感观来判断出炉温度的操作人员来说,应该有所调整。另外,降低出炉温度本身就是节能的方法之一。29《工业加热》1998年第1期管,但是这次事件恰好为我们提供了导热油成焦过程的各种真实形态。从使用785～980×105Pa的超高压射流水水力清焦的现场观察和采集到的各种样品分析可知,导热油成焦大致可划分为4个阶段:经堵塞了炉管。图41995年2月7日6号炉中层盘管全线堵焦后清理出的焦块可以形象地说,导热油成焦的4个阶段既有油品热化学反应析出残碳的机理,也有析出的残碳继续被加热干馏的机理。图21993年12月24日3号炉外层盘管第38圈爆裂①导热油在高温下发生热化学反应,油品的分子逐渐变大,粘度逐渐增高,导热油中开始出现无定形胶状沥青质。②导热油热化学反应加速进行,导热油发生质的变化,无定形胶状沥青质转化为初生态石油焦,这种焦炭重度小、色泽暗、硬度低,在高温下已呈现固相,见图3。图51995年1月29日6号炉中层盘管爆裂裂口内采集的焦块基于导热油在不同程度上都有结焦的倾向,我们在生产中进行了数年的监察,使用超声波测厚仪可以近似地测得焦炭的厚度。结果发现,在正常情况下,炉管内壁所积聚的石油焦厚度在015～215mm之间,通常以110～115mm概率最高,而且重度小,质地疏松,极易碎裂。图6所示焦炭是为进行上述水力清焦面切割炉管开“天窗”时,从切割下来的炉管内表面轻扣下来的瓦状石油焦,虽然我们悉心加以保护,但是照片上示出的石油焦已经自行破碎。图31995年2月7日6号炉中层盘管全线堵焦清理出的焦块③导热油热化学反应深入进行,初生态石油焦不断脱氢,生成煤炭状石油焦,这种石油焦重度大、色泽黑、硬度高,并且不易破碎,见图4。④石油焦继续碳化,生成致密的焦炭,这种焦炭重度更大,色泽却暗、硬度最高,因为致密而更不易破碎,见图5。照片上示出的焦炭是从图1照片中的爆管裂口内用螺丝刀费力地戳凿采集到的碎块。事实上它们沿炉管轴线方向大量积聚,在某些区域仅留下很小的通道,甚至已图61995年2月7日6号炉中层盘管堵焦采集到的附壁焦炭由此可见,正常生产过程中所产生的石油30?1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved