[实用新型]一种强化单面辐射传热的加热炉炉管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种强化单面辐射传热的加热炉炉管的设计方法，属于石油化工设备技术领域。该方法主要是在炉管背火侧60°-180°范围内加装一定量的钉头或翅片，从根本上增强附墙炉管背火侧的受辐射能力，提高炉管背火侧的热强度。从而从根本上提高了炉管背火侧的热强度和炉管平均热强度，在保证较高的炉管表面热强度的前提下，改善炉管周向热强度分布，从而达到提高炉管表面利用率及炉膛热强度和延长加热炉安全运转周期的目的。 

背景技术

管式加热炉是炼油、石油化工和化学工业中广泛使用的工艺加热炉，与其他工业炉有许多不同点。管式加热炉以液体或气体燃料燃烧所产生的高温火焰与烟气作为热源，通过炉管管壁来加热炉管中流动的原油、馏分油、渣油或气体烃类等工艺流体，使其达到所需的温度或发生蒸发，甚至发生热解、转化等化学反应。管式加热炉为连续运转，要求长周期操作。现有的加热炉大都沿用早期的单面辐射炉型。在单面辐射炉中，火焰和炽热烟气是热源体，炉管内待加热流体是热汇体，炉墙是中间体。附墙炉管向火侧所吸收的热量主要来自火焰与炽热烟气的直接辐射，这部分热量占了管排总吸热量的80％-90％，附墙炉管背火侧所吸收的热量主要来自暴露炉墙的反射，其所吸收的热量仅占管排总吸热量的10％-20％。另外，根据Nusselt法求得的炉管表面热强度分布可知，单排炉管单面辐射时，附墙炉管背火侧的热强度仅为向火侧的0.47左右。从上面的分析可知，单面辐射炉炉管背火侧的表面热强度明显低于向火侧，这极易造成炉管的不均匀受热，引起炉管变形及待加热流体的不均匀受热，而引发一些不必要的加热炉事故，影响加热炉的连续运转。 

现有的技术大都通过改造炉膛内壁或改变炉管排列来提高炉膛辐射能力。现有技术主要有以下几类：(1)在现有炉型基础上于炉膛内壁增加大量具有一定形状的突起物，以增大炉围伸展度，强化炉内辐射传热；(2)在加热炉炉墙和炉顶上设置呈空腔状的工业标准黑体，并在黑体上开有辐射孔，提高热射线的到位率和辐射度，强化辐射传热； (3)在辐射室的炉管与炉壁之间设置由多块起折射作用的折射板构成的反光屏，使传统的单面辐射变为双面辐射，以充分利用辐射能；(4)一种由辐射室的附墙炉管、中间炉管、在中间炉管与附墙炉管之间辐射室底部设置的燃烧器和中间炉管中心辐射室底部的中心燃烧器等组成的新型管式加热炉，该炉型的设计将中间炉管变为双面辐射，从而大幅提高传热量。 

在上述管式炉实用技术中，大多是针对炉膛内壁进行改造，增大了辐射室参与辐射传热的面积，以强化辐射传热。这些技术能在一定程度上强化了炉膛内的辐射传热，提高了能量利用率，但不能从根本上强化附墙炉管背火侧的受辐射能力，不能有效改善管内流体的受热不均匀度，在应用上还存在一定的限制。 

发明内容

本实用新型的就在于避免上述现有技术的不足之处而提供了一种强化单面辐射传热的加热炉炉管的设计方法。该方法是在附墙炉管的背火侧的60°-180°范围内加装一定量的钉头或翅片，从根本上增强附墙炉管背火侧的受辐射能力，提高炉管背火侧的热强度。在单面辐射炉中采用该炉管，炉管的有效受热面积增加10％-40％，背火侧的表面热强度提高5％-30％，炉管的平均热强度比普通光管提高3％-10％，加热炉的热效率提高1-3个百分点。因此，在技术从根本上提高了炉管背火侧的热强度和炉管平均热强度。 

本实用新型所采取的技术方案是：在原有炉管背火侧的一定范围内加装适量的具有增大辐射传热面积作用的翅片或钉头。钉头和翅片的材质应根据实际加热炉计算得到的钉头和翅片尖端的温度按照附表1选用。钉头和翅片的尺寸应根据炉管的尺寸，按照国家标准选用，大致范围如附表2所示。钉头和翅片可选用多种结构形式，钉头可以为圆柱形钉头或钉形钉头，翅片可为等厚度或非等厚度的条形翅片或环形翅片，具体可根据需要参照对流室内的钉头和翅片的结构形式选用。 

本实用新型所设计的炉管，在背火侧60°-180°的范围内加装一定量的钉头或翅片，使背火侧的受辐射面积得到极大的提高，炉管的有效受热面积可增加10％-40％，背火侧的表面热强度可提高5％-30％，炉管的平均热强度比普通光管可提高3％-10％，加热炉的热效率可提高1-3个百分点。该新型炉管有效改善了单面辐射炉中炉管周向热强度分布，提高了炉管表面利用率，提高了炉膛体积热强度。 

附图说明

1---环形翅片    2---条形翅片    3---附墙炉管之背火侧    4---钉头 

附图1为环形翅片管俯视图， 

附图2为环形翅片管主视图， 

附图3为条形翅片管俯视图，