神舟牌负压蒸汽加热炉设计思路

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1、一、 神舟牌负压蒸汽加热炉设计思路负压蒸汽加热炉的核心是将锅筒内的热水介质加热汽化产生蒸气，蒸气与低于其饱和温度的盘管壁面相接触时，就会释放汽化潜热凝结成液滴而依附在壁面上。液滴聚结后再回到锅筒内的液相中，如此循环往复，气、液两相交替转换，从而完成能量的转移和转换。液体相变换热的主要特点是液体温度基本保持不变，并在相对较小的温差下，达到较高强度的放热和吸热的目的。1 负压蒸汽加热炉原理1.1 加热炉基本工作原理燃烧器将燃油充分燃烧，通过辐射，传导将热量传递给锅壳内的中间介质水，水受热沸腾产生蒸气，蒸气与低温的盘管壁换热，冷凝成水，将热量传递给盘管换热器内流动的工质。凝结后的水继续被加热汽化，如

2、此循环往复，实现加热炉的换热。（图 1）安 全 阀真 空 控 制 开 关负 压 表烟 囱液 面 监 视 排 气 阀负 压 蒸 气 室水 面 热 媒 (炉 水 )燃 烧 机 热 交 换 器 (TH)循 环 水含 水 原 油循 环 水 进 口含 水 原 油 进 口循 环 水 出 口含 水 原 油 出 口燃 烧 室图 1、 负 压 蒸 汽 加 热 炉 原 理 示 意 图1.2 自动燃烧控制基本原理安装于锅壳上的铂热电阻，将内部的蒸气温度信号传至温度数控仪整形放大，一路数字显示温度，一路与上限、下限设定温度相比较，做出判断，控制燃烧器工作状态。(如：采用二段火自动燃烧器，设定锅壳内上限温度 90，下限

3、温度80，上、下限报警回差均设为 3，当锅壳温度低于 80时，控制燃烧器开启大火，当温度高于 80时，控制燃烧器转为小火：当温度升至 90时，控制燃烧器停止燃烧：当温度降至 87时，开启小火：若温度继续下滑至 80时，自动启动大火，升至 83时又会转为小火)。通过对锅壳内温度的动态控制，保证即使工质流量发生显著变化，也可使工质输出温度始终控制在需要的范围内。1.3 安全监控基本原理锅壳上装有液位变送器和压力变送器，当锅壳内水位低于下限时，报警仪发出声光报警；当水位低于缺水水位时，自动切断燃料阀，停止燃烧。如果锅壳内压力意外超压，负压阀因故障未能及时开启，压力数控仪会发出报警，同时立即切断燃烧。

4、1.4 锅筒内如何形成负压锅筒内形成负压目前国内有两种方式，一种是利用负压泵抽技术，另外一种是利用控制措施实现负压，我们采用的是第二种方式。其原理简单地说就是开水瓶原理，烧开的开水在 1 个大气压下，温度在 100，盖上瓶盖后，由于热量散失，瓶内温度降低，瓶内基本密封，瓶内自然产生负压。就负压炉来说，先往负压蒸汽加热炉内加入一定量的水，关闭所有阀门，启动燃烧器加热，此时盘管内介质停运，待锅筒内压力达到 0.03MP 时，打开负压炉排气阀，主要是排出锅筒内的空气，待锅筒内空气排尽，压力接近 0.01MP 时，关闭所有阀门，此时开通盘管内介质，锅筒内饱和蒸汽遇冷后冷凝降温，将锅筒内温度降低在 95

5、左右，这个过程相当于一个定容放热降温过程，根据水蒸汽的热物理性质，必然引起锅筒内压力的降低，让锅筒内压力维持在-0.03 -0.01MP 之间。2 负压蒸汽加热炉系统设计要求和功能原油加热炉本体和自控采用负压相变换热技术，壳体内压低于大气压的高效加热炉。炉壳内液位处于烟管和盘管之间，其循环是在密封状态下进行。自控方式为全自动控制并远传信号： 燃烧机运行状态； 燃烧机故障报警； 炉浴温度显示； 主输油盘管进、出口温度显示； 循环水进、出口温度显示。、燃烧机：选用意大利百得 BT120-DSN 4T 型燃烧机，具有程序控制、预吹扫、自动点火、火焰监测、自动负荷调节、火焰熄火保护自动切断燃料、燃气管

6、路内泄漏检测、报警功能。、自动化控制：选用智能锅炉电脑控制柜，具有压力、温度、水位显示功能，具有超温、超压、高低水位报警功能，极高极低水位，燃气低压连锁功能，配备运传信号显示，报警功能。、加热炉结构：负压加热炉膛结构为前、后湿背式结构，加热火筒与加热炉的后管板不连接，中间有一层厚水墙，火筒加热时可以自由膨胀，没有热应力危害，在回程火管中加有不锈钢挠流片，增加传热效率。二 神舟牌负压蒸汽加热炉的特点FWN-型负压蒸汽加热炉是参考了目前国内比较先进的民用负压加热炉，结合油田实际开发的新型加热炉。它具有如下特点：安全锅筒内在微负压状态下运行，不存在承压，另外我们还采用了双重超压保护装置以防万一。采用

7、了一套安全阀门，超压力可以泄压；另外我们有锅筒内压力远传系统，锅筒内压力与电脑控制柜连接，如果出现超压时，电脑控制柜立即切断燃烧器，停止燃烧，并响事故警铃。我们已经与淮阴国家质量技术监督局进行了咨询，根据国务院特种设备监察管理规定的有关要求，负压蒸汽加热炉属于常压锅炉系列，目前不列入监察管理范围，不需要办理任何手续。可靠由于负压加热炉壳内液位处于烟管和盘管之间，其循环是在密闭状态下，因此无结垢（焦）现象，无须水处理设备，除盘管受使用条件影响外，本炉各部件不会发生裂纹、鼓包、点状腐蚀、过烧爆管等问题。节能锅筒内在全封闭状态下运行，锅筒内的水一次性加入，基本不需要补水，盘管在锅筒内蒸汽部分加热，盘

8、管外壁不结垢，热阻小。采用了小盘管四回程一次成型制造技术，烟管内设置扰流片增加烟气换热，换热比较充分。自动控制系统保证锅筒内温度的恒定，热量散失小。根据江苏省质量技术监督局的检测结果，我们设计的负压蒸汽加热炉热效率达到了 90%。精巧本加热炉的体积小巧，热容比高、重量轻、外形尺寸小，因此安装运输极为方便。全自动控制负压蒸汽加热炉燃烧器采用的是意大利进口百得燃烧器，并配套使用电脑控制柜，对锅炉燃烧进行全自动控制，根据锅筒内温度自动控制燃烧，实现大火和小火之间的转换。负压炉的运行状态和控制参数均在值班房就地显示，出现故障，响警铃，并提示故障原因。寿命长久热水炉的薄弱环节是盘管，最先穿孔失效的往往是

9、盘管，针对这个问题，在设计盘管时采用了四回程盘管一次成形工艺，锅筒内盘管没有焊口，避免因为焊口问题影响盘管寿命。锅筒内在密闭无氧状态下运行，无垢，无氧腐蚀。各组件设计时也充分考虑腐蚀余量，延长其使用寿命。适应性负压加热炉可代替水套式加热炉、管式加热炉、火筒式加热炉、5吨以下热水锅炉、蒸汽锅炉等。三、神舟牌负压蒸汽加热炉的创新点神舟牌负压蒸汽加热炉设计本着小巧、经济、节能的原则，采用了多项新工艺，比同类产品具有一定的优越性和创新点。主要表现在以下几个方面：小管径四回程盘管一次成型工艺。针对小型炉的特点，为了增大盘管换热面积，两组盘管均选用了直径为 18*2.2 的小管径无缝管。对热水炉而言，盘管

10、的设计一直是个比较重要的环节，同时在热水炉中，盘管也往往是个薄弱环节，许多热水炉穿孔失效最先都是从盘管失效开始。针对这个问题，负压蒸汽加热炉设计盘管时采用了整根管线煨弯成型，盘管中间没有焊口，减少了因焊口缺陷带来盘管失效的弊端。设计匹配装置，油水两组盘管同时运行。负压蒸汽加热炉设置了两组盘管，一组盘管用于对含水原油进行加热，一组盘管用于对外围循环水加热。由于工况的变化以及运行参数的变化，在同一锅筒内设置两组盘管，由于匹配问题比较困难，因此国内其它负压炉厂家一般只设计水盘管，再在外面设计套管换热器对含水原油实施换热。这次负压蒸汽加热炉大胆设计两组盘管，对水组盘管和油组盘管设计匹配装置，出现匹配不

11、合适时可以通过匹配装置来重新匹配。带压排气，负压运行技术负压蒸汽加热炉的一个关键工序是排气，必须排出炉内空气，才能产生负压蒸气和提高热效率。由于蒸气在冷凝器管壁上凝结时，在近壁处，如有空气存在，蒸气的浓度相应下降，不凝结的空气的浓度越大，犹如一层空气层，蒸气必须经扩散作用通过空气层才能在冷凝壁上凝结，因此热阻增大，换热系数降低，换热强度将大为减弱。如果不采取排气，就会影响换热器的效率，因此负压蒸汽加热炉的排气显得非常重要。我们通过严格的排气措施，采用停运盘管介质，升温达到微正压，带压排气，定压关闭，基本保证炉内没有空气。排气完成后，再倒通盘管介质，蒸气冷凝，让炉内负压运行。烟管内设置扰流片由于

12、炉体设计比较小巧，为了增大烟气阻力，增强换热效果，我们在烟管内设计了扰流片，扰流片选用耐高温不锈钢材料，扰流片与烟管采用活动式接触，扰流片可以从烟管中抽出，便于更换和烟管清灰。四、神舟牌负压蒸汽加热炉与油田用其它炉型有何优势1、小功率负压蒸汽加热炉替代油田用热水炉有何优势？ 可以大幅度提高热效率，根据我们委托江苏省质量技术监督局的检测结果，目前在用的常压热水炉热效率只有 55.6%，而负压蒸汽加热炉热效率可以达到 90%，由于其特殊的无腐蚀结构可以延长使用寿命，全自动控制可以减轻工人劳动强度，而相当功率的常压热水炉与负压蒸汽加热炉价格基本相当。2、大功率负压蒸汽加热炉替代热水、蒸汽锅炉有何优势

13、？热水、蒸汽锅炉属于压力锅炉范围，受国家技术监督局监控，手续复杂，属于易爆容器，操作工人必须经过培养持锅炉证上岗，安全责任重大，而负压蒸汽加热炉则不存在这个问题。热水、蒸汽锅炉需要上锅炉补水系统、水质软化系统、热交换系统、锅炉房等，造价昂贵，上两台 4 吨锅炉（一用一备用）系统造价约需要 300 万元，而上负压蒸汽加热炉造价不会超过 150 万元。并且使用负压蒸汽加热炉可以节约大量的用地，负压蒸汽加热炉使用面积只需要锅炉使用面积的 1/5。负压蒸汽加热炉的使用寿命长和热效率也相对比锅炉稍高。5 吨以下功率的供热系统均应该考虑使用负压蒸汽加热炉。3、负压炉如何解决结垢问题？负压蒸汽加热炉盘管外壁

14、不存在结垢问题，但盘管内仍然存在结垢问题，为此，我们在负压炉出厂时，配套了除垢仪，配套的除垢仪负责对水路循环系统进行除垢，保证水路循环系统在炉体盘管内不结垢。五、神舟负压蒸汽加热炉的现场测试效果为了检测负压蒸汽加热炉的使用效果，并与常压热水炉比较，我们于 2003年 11 月 19 日委托江苏省质量技术监督锅炉检测中心对西园 800KW 负压蒸汽加热炉进行测试，其结果如下：西园中转站负压蒸汽加热炉检测报告：负压炉型号：FWN-800-01检测日期：2003.11.19 报告日期：2003.12.8报告编号：SGRC-03-36检测单位：江苏省质量技术监督锅炉热工测试中心 表 1：西园中转站负压

15、蒸汽加热炉检测报告序号 监测项目 检测数据 合格指标1 热效率 90.1% 66%2 空气过热系数 1.21 1.63 排烟温度 250 2004 外表面温度 / 50为了便于比较，我们对原先使用的 30 万大卡常压热水炉也委托江苏省质量技术监督锅炉热工测试中心进行测试。我们选取了闵 14 站，对闵 14 站的两台 30万大卡常压热水炉进行了测试，其测试结果如下：闵 14 站 30 万大卡热水炉检测报告：负压炉型号：YPF-20检测日期：2003.11.12报告日期：2003.12.8报告编号：SGRC-03-35检测单位：江苏省质量技术监督锅炉热工测试中心表 2：30 万大卡热水炉检测报告序

16、号 监测项目 检测数据 合格指标1 热效率 55.6% 66%2 空气过热系数 2.22 1.63 排烟温度 430 2004 外表面温度 / 50从以上检测结果可以看出，新设计的小型负压蒸汽加热炉比 30 万大卡常压热水炉热效率提高了 34.5%，经济效益显著。六、设计资料说明神舟牌 FWN-型负压加热炉严格按照 SY/TO540-94石油行业加热炉型式与整体参数标准及 SY0031-95石油工业用加热炉安全规定 、JB/T7985-95常压热水锅炉通用技术条件及国家质量技术监督局 2000 年 11 号令小型和常压热水锅炉安全监察规定等标准进行设计、制造和检验。多组盘管式原油加热炉，盘管可以加热原油，也可以作取暖用，根据用户需要确定采暖用盘管功率分配。它集多功能于一体，可以减少用户工程投资。本公司负压加热炉规格从 4003500kw 共十个品种，还可根据用户需要设计制造