加热第四章.docx

第四章 油库加热系统设计【学习要点】 1. 油品加热的目的； 2. 油罐及管路加热的方法； 3. 油罐罐式加热器的种类及结构； 4. 油罐管式全面加热器的设计； 5. 铁路油罐车的热力计算； 6. 蒸汽管路的水力及热力计算； 7. 疏水器的作用及类型； 8. 疏水器的选型计算； 9. 保温管路的热损失率及取值范围。【学习要求】 了解：油品加热的目的；铁路油罐车的加热计算；蒸汽管路的水力计算；保温层厚度的确定方法。 掌握：油罐及管路的加热方法；油罐管式加热器的种类及结构；蒸汽管路的热力计算；疏水器的选型计算；保温管路的热损失率及取值范围。 重点：油罐管式全面加热器的设计计算；定性温度及定性尺寸的选取；疏水器的作用及类型。第一节 油品加热的目的和方法一、油品加热的目的 对油品进行加热的目的大致可分为以下几个方面： （1）降低油品粘度，减小输送过程中的摩阻； （2）降低原油粘度，促进原油破乳； （3）加速原油、润滑油、燃料油等的水份、杂质的沉降； （4）加速油品的调和； （5）润滑油的净化再生。二、油品加热的方法1、油罐（车）的加热方法 在油库中对油罐（车）中的油品进行加热所采用的加热方法有以下五种： （1）蒸汽直接加热法 该方法是将蒸汽直接通入油品中，利用蒸汽与油品的直接接触换热。 该方法操作简单，热效率高。但该方法不适用于对含水有严格要求的油品。 （2）蒸汽间接加热法 该方法是蒸汽通过一些换热设备来给油品加热（如油罐中的管式加热器，油罐车的加热套等）。蒸汽不直接与油品接触，因此不会影响油品的质量。这种方法是油库中最常用的加热方法。 （3）热水垫层加热法 将热水、蒸汽等热介质通入油品下部的水垫层中，利用热水垫层与油品换热，给油品升温。 地下水封石洞库用固定水位法储油时，常利用热水垫层加热法给油品加热。 （4）热油循环加热法 大罐底部有环状喷咀。从油罐中不断抽出一部分油品，经换热器（或热煤炉）加热后，再用泵打回油罐中与冷油混合，把热量传给冷油。该方法具有以下特点： a、 传热效率高； b、不需在油管内设加热器，从而避免了因加热器锈蚀而影响油品质量，也免去了罐内的检修工作； c、 避免了罐内杂质的沉积。2、油管的加热方法 油品在输送过程中由于热损失大，换热快，而管线保温又不够，这时就需要对油管进行加热。 （1）蒸汽管伴随加热法 a、内伴随：将适当数量的蒸汽伴随管安装在输油管线内部。 b、外伴随：将一根或数根蒸汽管与输油管线用保温材料包扎在一起，或者把蒸汽管和输油管布置在同一管沟内，通过蒸汽管路与油管及油品之间的换热而使油品升温。 （2）电加热法 管路电加热有直接加热、间接加热和感应加热三种方法。 a、直接加热法，是对管路直接通电，使管路本身发热而加热油品。该方法要求管路外包以良好的电绝缘材料，以减少电流损失和保证安全。 b、间接加热法，是将有良好电绝缘的电热导线和油管用保温材料包扎在一起，电热导线通电后发热，将热量传给油管以加热管内油品。 c、感应加热法，把线圈与油管用保温材料包在一起，线圈通过交流电产生交变磁场，使油管中产生感应电流而升温，加热管内的油品。第二节 油罐管式加热器设计一、油罐管式加热器种类 所谓管式加热器是一种用无缝钢管通过焊接制作的加热器。加热器钢管中通入蒸汽，将热量传递给油品，使油品升温。 按布置形式分，油罐管式加热器可分为全面加热器和局部加热器两种。全面加热器是在距罐底一定高度的整个水平面积上均匀布置加热管线。这种加热器是对整个油罐油品的升温，或维持这个温度。而局部加热器则仅布置在罐内收发油管附近。用于油品收发作业量不大、作业间隔长的情况。 油罐管式全面加热器按其结构形式可分为分段式和蛇管式两种。1、分段式加热器 分段式加热器是由直径为1550mm的无缝钢管焊接而成。它由若干个分段构件组成，每一个构件由24根互相平行的钢管焊在两端的汇管上。这些构件若干个串联（并联）在一起就组成了分段式加热器的一组。一般情况下是取偶数组，对称布置在收发油管的两侧，而且每组都有自己独立的蒸汽进口和冷凝水出口。分段式加热器的每一个构件都是预先在罐外制作好，然后通过人孔送入罐内，在罐内用法兰连接组装成一个整体。所以汇管的长度不能大于500mm，以便于通过人孔送入和取出。分段式加热器 分段式加热器的优点： 1.拆装方便； 2.多根管线并联，各段管线的摩阻（压降）小，可以在较低的蒸汽压力下工作； 3.每一组都有独立的蒸汽入口和冷凝水出口，使用调节方便，灵活； 4.由于分段管组的长度不大，可以降低蒸汽管入口高度，从而减少了加热器下面的加热“死角”。分段式加热器的缺点：有可能发生腐蚀穿孔，甚至出现泄漏。段数越多，焊口就越多，穿孔的几率也就越大。因此不适用于给含水要求严格的油品加热。2、蛇管式加热器 蛇管式加热器是由一根较长的直径为1550mm的无缝钢管弯曲而成的，它一般也是在罐外先弯好，然后再送入罐内焊接而成。为了安装和维修方便，可设置少量法兰连接。蛇管式加热器 蛇管式全面加热器的优点： 1.加热均匀； 2.焊口少，不易泄漏； 蛇管式全面加热器的缺点： 1.安装维修不方便； 2.蛇管较长，管中压降大，因此蛇管式加热器要求采用较高的蒸汽压力。 全面加热器在罐内布置时，都要求有一定坡度，以便于冷凝水的排出。一般对于大罐坡度为1/1501/75，小罐坡度为1/751/50。二、油品加热温度的确定1、油品加热终了温度的确定 油品加热终了温度的高低，受许多因素的影响，例如：油品的性质、作业性质、地区及气温、节约能源、安全因素。 在油库中，一般油品的加热终了温度主要是根据油品的性质及加热目的（即作业性质）来综合确定的。2、油品加热起始温度的确定 油品加热的起始温度就是冷却过程的终了温度，它的大小与油品的冷却过程有关，因此我们可以根据冷却过程开始时的温度推定（推定温度）。 取整个油罐作为研究对象，为了计算方便，我们作如下假设： （1）在整个冷却过程中，油温处处均匀一致。 （2）在整个冷却过程中，油品中无蜡析出。 （3）在整个冷却过程中，油罐的总传热系数为常数。 （4）在整个冷却过程中，油品的比热容为常数。1、地上保温管路结论：（1） 保温管路的热损失率应控制在0.20.5之间。（2） 保温管路管径D较小时，应取较大的a值（2、3曲线）。（3） 在选择保温材料时，b越小越好。2、地下保温管路 结论： 当a取值较小时，Z的微小变化都会使有较大的波动，即保温层用量显著增大。所以一般对于地下保温管路取。二、保温层厚度的确定1、根据最优经济条件确定 综合考虑保温层投资费用和每年管路的热能消耗费用，使总的费用最少。2、根据限定的保温层表面温度确定 当管内输送的流体温度很高时，为了减少热损失和保证工作人员的安全，要限定保温层外表面的温度。3、根据限定的温降值确定 若已知流体在管道中的起点温度，出于生产上的需要，应限定它到达终点时的温度；或者已知容器中的油温，要限定它在一定时间内的温降值。这就要根据限定的温降来决定管路或容器的保温层厚度。油罐盘管式蒸汽加热器改革与创新目录标题摘要：现状：1. 传统油罐加热器2. 新型油罐加热器效果验证：总结展开标题摘要：现状：1. 传统油罐加热器2. 新型油罐加热器效果验证：总结展开编辑本段标题油罐加热方式的工艺改革与应用1编辑本段摘要：传统油罐加温方式，是对整罐油品的整体加温。在生产过程中即使只需出少量的油品，也要对整个罐内油品进行加温，既浪费了大量蒸汽，加温时间又长，同时反复对罐内油品加温，对油品质量也会产生影响。安装【新型油罐局部快速加热器】后，实现了在生产过程中，只对所需的油品进行快速、局部加温及自动控制温度。项目投产后，生产效率平均提高了20多倍，蒸汽耗量平均节约30多倍。编辑本段现状：油品储运过程中，对油罐内的油品加温，基本上采用罐内安装集束管式或盘管式加热器等传统方式，使罐内油品通过与热媒体（一般以饱和蒸汽为热媒体）的交换，实现对油品的升温，降低粘度，改善其流动性，以便于泵的输送。这种传统方式在某种程度上存在加温周期长，热能利用率低的弊端，大量蒸汽做了无用功，蒸汽耗量大。在我国能源短缺，国家大力倡导创建节约型社会的背景下，如何通过改革工艺、节能降耗、挖潜增效就成为各个企业所面临的重要课题。传统油罐加热器1、蒸汽利用率低：在实际生产过程中，当只需使用少量油品时，也要对整个罐内的油品全部进行加热，整体升温，使大量的蒸汽做了无用功。2、热量利用率低：加热器冷凝水出口温度过高，常伴随大量蒸汽排出，排出口温度100，浪费了大量的热力资源。3、油品温度难以控制：传统加热器对油品的加热是一种静置式的自然对流换热，其放热系数极低。帖近加热器的油品温度较高，远离加热器的油品温度较低。4、换热效率低：对于粘度较高的油品，在换热面长时间高温滞留，极易产生分解物，结聚于换热管表面，致使换热管表面的油品温度过高，容易结焦，严重影响和阻碍热量的传导和布散。5、生产效率低：由于不能按生产需要的油品定量加温，只能对整罐油品进行整体加温，热量耗散面积大，油品加热升温缓慢，加温时间长，而且油品整体升温分布不均衡。特别是在冬季生产中，由于受环境温度的影响，加热时间会更长。6、影响油品质量：油品在长时间、多次反复的加热过程中产生大量细小的分解物，溶于油品中，对油品质量产生一定的影响，增加了后期处理的成本。新型油罐加热器针对上述问题，本着提高生产效率，节能降耗的指导思想，于2007年2月成立了“油罐局部快速加热，提高生产效率，节能降耗”攻关小组。【山东普利龙压力容器有限公司】和【中国石化润滑油济南分公司】合作，采用涡流热膜换热器技术（国家专利产品，专利号:02268208.2），成功设计研发出了一款新型油罐局部快速加热器，在实际运用中取得了良好效果，节能明显，有效解决了加热过程中能耗过大的弊端，生产效率明显提升，生产运行费用大大降低。独特的换热元件及先进的内部工艺流程结构，使加热器实现了热效率高、耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢等功能靠、节能效果突出、安装维修方便、可实现自动化恒温控制的特点，极大地提高了换热器整体性能，并且不会因为加热器的安装而影响罐体的使用安全。有效解决了各类油罐加热过程中能耗过大的弊端，生产效率明显提升，运行费用大大降低，获得行业专业人士的高度认可，并在行业中得以推广和应用。新型油罐局部快速加热器换热原理原理：是将“涡流热膜换热器”，沿储罐径向伸入于油罐底部，热媒介质（蒸汽或高温水）走管程，油品从壳程内的管间流动，壳体吸油口直接通向罐内介质。蒸汽经过温控阀进入换热器的管程，通过涡流热膜管与管壁外部的油品充分换热以后，冷凝水自换热器出口排出。换热器采用高效的涡流热膜管做为换热元件，保证油品在管间的合理流动。其强化传热机理是：流体在内外表面流动时，产生了震荡和冲刷作用，流动的方向不断改变，使紧贴管壁表面的流体导热层变薄以至破坏，金属表面热量传递加快，流体内微观涡流加强，使流体内部热扩散强化。同时，由于流体的震荡、流动和冲刷作用，不会使紧贴管壁表面的流体产生局部过热。使油品既得到适当、充分的加热，又无结焦、分解的可能。【新型油罐局部快速加热器】与普通盘管式或列管式加热器比较，在外观结构尺寸相同条件下，换热面积是普通列管式换热器的1.5倍，热效率是普通管式换热器的2-3倍。温度控制是在换热器的蒸汽入口管线上安装蒸汽流量自动控制阀，通过安装在输油管线出口的感温探头对油品出口温度进行检测，温度控制仪表根据检测的油品温度与设定温度进行比较，自动控制蒸汽进量，从而确保输出油品温度的恒定，实现温度自动控制。另外，为确保对油罐底部油品的抽取。经对壳体吸油口的特别结构设计，使壳体吸油口产生了一定的虹吸作用，从而保证了罐内的最大出油量。新型油罐局部快速加热器在寒冷地区的应用北方地区冬季天气寒冷，以北京、济南为例：冬季最冷气温一般在-18左右，由于环境气候的特点，会出现气温越低，油品加热升温越慢，能耗越高的现象。而新型油罐局部快速加热器，在节能降耗、提高运行效率方面优势更加明显突出。具体运用上可根据油品的凝点，只用相对较低的温度保证整罐油品不凝固即可，需抽油时采用局部加热的方法，可在较短时间内使油品迅速升温至所需要的温度。采用这种局部加热工艺方法，相比传统加热工艺其优势不言而喻，在实际运用中实测数据也充分论证了上述优势。因此油罐快速加热器在实践应用上简单易行，安全方便。无论是对新建罐区还是老罐区的改造都非常适合，老罐区所采用的传统盘管式、集束管式或其他加热方式仍可延用，但其作用发生了改变，原有加热方式不再以加热升温为主，而只需根据罐内油品的凝点，保证油品不凝固即可。需要抽油时启动底部油罐快速加热器，即可在较短时间内快速升温抽取油品。编辑本段效果验证：中国石化润滑油济南分公司数据统计分析序号油品名称罐容（m）热媒倒油量（t）罐内温度出油温度温升新型油罐快速加热器列管式或盘管式加热器节汽（t）蒸汽用量节省率（倍）生产用时缩短率（倍）蒸汽耗量（t）生产时间（h）蒸汽耗量（t）生产时间（h）1150BS5000.8 Mpa饱和蒸汽603060301.311.527.216.525.920111：经济效益分析：从上表中可以看出，在同等工况条件下，采用新型油罐局部