油田用加热炉讲义.doc

油田原油加热炉讲义山东骏马集团编制：李庆银邮电：目 录目 录1第一章 概述3第一节 油田加热炉3一、油田和长输管线加热炉的用途3二、油田加热炉的技术装备现状4第二节 油田加热炉的炉型及基本结构4一、油田加热炉的炉型4一、热传递的基本概念7二、压力和温度8三、热力学的有关概念10四、管式炉的工作参数11五、水套炉的工作参数12第三章 燃油、燃气及其燃烧14第一节 燃油及其主要特性14二、燃油的化学成分16三、燃油的主要使用特性及油质指标16第二节 燃气及其主要特性23一、燃气23二、燃气的组成成分组分24三、燃气的主要使用特性及质量要求27第三节 燃油、燃气的燃烧31一、燃烧所需空气量和生成的烟气量32二、燃油的燃烧方式34三、燃气的燃烧方式41四、双燃料燃烧器45五、调风器（配风器）46六、燃烧器的点火48第四章 油田加热炉基本结构50第一节 火筒式加热炉基本结构50一、炉型及分类选用50二、火筒式加热炉设计一般要求51三、火筒式加热炉基本结构形式54第二节 管式加热炉基本结构57一、炉型及选用57二、管式加热炉基本结构58三、几种管式加热炉基本结构形式简介：59第三节 加热炉新炉型及技术特点60一、火筒式加热炉新炉型及技术特点60二、管式加热炉新炉型及技术特点66第五章 调参、管理和维护72第一节 炉子的燃烧管理72一、炉子的点火和升温72二、油燃烧器的故障及处理73三、气体燃烧器的故障及处理74四、燃烧调节的任务和指标75五、燃烧操作的安全规程75六、燃烧过剩空气量的监控76第二节 炉子的操作范围81一、工况调节81二、热效率和操作负荷的关系84三、提高加热炉热效率85第三节 管内结焦和烧焦86一、结焦的形态87二、结焦的速度87三、影响结焦的因素及防止措施88四、炉管的烧焦90第四节 炉管的损坏91一、炉管报废标准91二、炉管损坏的原因92三、预防炉管损坏的措施92四、由氧化减薄引起的损坏93第六章 油田加热炉的安全管理94第一章 概述第一节 油田加热炉一、油田和长输管线加热炉的用途油田和长输管线加热炉（以下简称油田加热炉）系指用火焰加热原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备。应用于油、气田行业的加热炉称油田加热炉。它是油气集输系统中应用最多的一种油田专用设备，其作用是将原油、天然气，油水混合物、油气水混合物加热至工艺所需要温度，满足油气集输工艺及加工工艺的要求。从采油井口至原油外输整个集输系统，各个环节都要使用加热炉。油田加热炉是一种直接受火焰加热的受压设备，其工作条件十分恶劣。设计、制造、检验、安装及使用均必须遵循有关的规范、标准。加热炉也是一种高耗能设备，正确地操作使用加热炉，对提高热效率、降低燃料消耗具有重要意义。油、气田和长输管线用加热炉，其对介质进行加热所要求达到的温度都不高，一般只几十度，且介质无化学变化，这是与石油炼制、石油化工所用加热炉不同之处。（一）油田油气集输工艺对加热炉的要求1.满足工艺要求，将一定量的介质加热至一定温度。2.安全可靠，使用寿命长。3.制造、安装方便，投资少。4.操作、维修方便。5.热效率高、耗能低。（二）油田加热炉的特点同石油化工工业炉相比较，油田加热炉有以下特点：1.单台炉子热负荷较小。2.介质流量大，要求压力降小。3.介质进出口温度低，温升小。4.介质不发生相变。5.热负荷波动大，低负荷运行多。6.燃料为原油或天然气，自控程度低。二、油田加热炉的技术装备现状目前国内油、气田和长输管道中使用的加热炉有数万台，是油、气生产和输送中的主要耗能设备。近十几年，通过优化加热炉的结构，应用先进的燃烧技术和传热技术等，国内已研制开发出结构合理、技术先进和性能优越的多种结构形式的油田加热炉，而且有些加热炉的炉型结构和性能指标已接近和达到了国际先进水平。但总的来说目前国内油、气生产和输送中使用的加热炉，整体技术装备水平相对不高，与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现为：1.国内油田加热炉的单台热负荷较小，热负荷为1250kW以下的小型加热炉约占加热炉总数的90%以上。2.国内油田加热炉的平均运行热效率约为70左右，加热炉热效率较低；而国外有关加热炉的运行热效率为85以上。3.国内油田加热炉的燃烧过剩空气系数较高，一般在1.3以上，有的甚至高达2.0以上；而国外有关加热炉的燃烧过剩空气系数可控制在11以下。4.国内油田加热炉的钢耗量相对较高，火筒式间接加热炉的单位钢耗量一般达14t/MW左右；而国外有关加热炉的单位钢耗量为4t/MW7t/MW左右。5.国内大部分油田加热炉按标准配置了安全保护装置，但加热炉的运行操作，特别是负荷调节和燃烧控制调节主要仍为手工操作。国外有关加热炉的安全保护和运行控制均实现了自动化，可实现加热炉运行无人值守。第二节 油田加热炉的炉型及基本结构一、油田加热炉的炉型油田和长输管线用加热炉型式按基本结构、被加热介质种类和燃料种类进行分类。1.按基本结构分类油田加热炉按基本结构可分为两大类，即火筒式加热炉和管式加热炉。火筒式加热炉分为：火筒式直接加热炉；火筒式间接加热炉。管式加热炉分为：立式圆筒管式加热炉；卧式圆筒管式加热炉；卧式异型管式加热炉。2.按被加热介质的种类分类油田加热炉按被加热介质的种类可分为：原油加热炉：井产物加热炉；生产用水加热炉；天然气加热炉。3.按燃料种类分类油田加热炉按燃料种类可分为：燃气加热炉；燃油加热炉；燃油燃气加热炉。4.油田加热炉产品的型号油田加热炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。型号的第一部分表示加热炉的基本结构型式和额定热负荷，共分两段：第一段用汉语拼音字母代表加热炉的基本结构型式，见表11;第二段用阿拉伯数字表示加热炉的额定热负荷为若干千瓦。两段连续书写，相互衔接。型号的第二部分分为两段，其间以斜线相隔。第一段用汉语拼音字母代表被加热介质的种类，见表12;第二段用阿拉伯数字表示盘管或炉管设计压力为若干MPa；火筒式直接加热炉第二段不表示。型号的第三部分由两段组成：第一段用汉语拼音字母代表燃料种类，见表13；第二段用阿拉伯数字表示设计次序，第一次设计不表示。两段连续书写，相互衔接。表4-1加热炉的基本结构形式及代号加热炉的基本结构形式代号加热炉的基本结构形式代号火筒式加热炉火筒式直接加热炉HZ管式加热炉立式管式加热炉GL火筒式间接加热炉HJ卧式管式加热炉GW表4-2 被加热介质代号被加热介质代号原油Y生产用水S天燃气Q井产物H 表4-33 燃料种类代号燃料种类代号原油Y天然气Q油气两用YQ图1-3 横管大型箱式炉图1-2 大型箱式炉图1-4 立管大型箱式炉图1-6螺旋管式、纯辐射式图1-5 立管立式炉图1-1 烟气下行式图18水套炉结构示意图1烟气取样口；2烟囱；3烟囱附件；4壳体；5花板；6加热盘管；7安全阀；8压力表；9测温口；10检查孔；11排污阀：12火筒；13燃烧器；14液位计；15阻火器图17火筒炉结构示意图1烟气取样口；2烟囱；3烟囱附件；4介质出口；5壳体；6安全阀；7压力表；8火筒；9-人孔；10介质进口分配器；11排污阀；12燃烧器；13阻火器第二章 加热炉工作参数一、热传递的基本概念（一）热传递热能自动地由高温物体传向低温物体的现象叫热传递。凡有温差存在就一定有热传递发生。热传递有三种不同的形式：即导热、对流和辐射。1.导热导热也叫热传导，是相互接触的物体之间发生的热传递或从物体的高温部分向低温部分传热的现象，如用熨斗熨衣服。由于各种物质的导热能力不同，将导热较好的金属称为良导体，将导热较差的非金属称为不良导体。物质导热能力的大小用导热系数表示，其单位为w/m。平壁的稳定导热计算用下式式中：材料的导热系数w/m t壁面温度差-平壁厚度mF-平壁导热面积m2Q-导热量W2.对流对流换热是运动着的流体与其相接触的固体壁面间的换热递过程。对流换热时，物质的分子相互变动位置，如管式加热炉烟气流过对流炉管，水套加热炉盘管内原油与壳内热水都是对流换热。对流换热量用下式计算 其单位为：W式中;对流放热系数，根据流态及流体物性计算，单位为w/m2。 t换热温差 F换热面积m23.辐射热热能不依靠任何物体传递而以电磁波的形式直接发射出去，在空间进行传播，当遇另一物体时，则全部或部份地被吸收为热能，这种传热方式称辐射换热。如太阳光射向地面就是一例。辐射传热量与温度的四次幂成正比，同时与物体表面黑度及换热面积有关。二、压力和温度(一)压力压力是指垂直作用在单位面积上的力，实际上是压强，用符号P表示，单位是“MPa”。大气压力是指空气作用在地球表面上的质量力。由于1m3空气在时的质量为1.29kg，所以地球上部的大气层对地球表面有一定的压力，这个压力叫大气压力。0时在北纬22.5的海平面上（即海拔零米处）大气压力是0.1013 MPa。工程上常用工程大气压，它是每千克质量的物质作用在1cm2面积上的力，数值是 0.981 MPa（工程上常把二者简化为同一数值，约为0.1 MPa）。另外，随着使用的场合不同，度量压力的单位还有水银柱高度（mmHg）、水柱高度（mH2O）等，其换算关系如下：0.0981 Mpa=0.9678物理大气压=735.6mmHg=10mH2O=1kgf/cm2 表压力是指以大气压力作为测量起点，即压力表指示的压力。表压力不是实际压力，因为当压力表指针为零时，实际上已受到周围一个大气压力的作用力，所以压力表指的数值，是指超过大气压力的部分。绝对压力是指以压力为零作为测量起点的，即实际压力。其数值就是表压力加0.1013 MPa（大气压力）。表压力与绝对压力的关系：P绝=P表+0.1013（Mpa）P表= P绝-0.1013（Mpa）负压是指低于大气压力（俗称真空），用符号真表示，真=大气压力- P绝。负压与大气压力之比的百分数，称为真空度，即。通常负压燃烧的锅炉正常燃烧时，打开炉门会感觉到周围空气吸向炉膛，这是炉膛内负压的缘故。一般炉膛出口保持负压mmH2O。(二)温度温度是指物体冷热的程度（通常用符号t表示）。测量温度常用的单位是摄氏度，用表示。在锅炉设计计算中，常用绝对温度单位，用表示。绝对温度的零度为零下273摄氏度）。如果以表示绝对温度的值，以表示摄氏温度的值，其转换公式为：=273温度通常用摄氏温度（用符号表示）和华氏温度（用符号F表示）来表示。目前我国常用的是摄氏温度。摄氏温度：以水在一个大气压下开始沸腾时的温度（即沸点）为100，水开始结冰时的温度（即冰点）为，中间分成100格，每格为摄氏度。华氏温度：以水的沸点为212F，冰点为32 F，中间分成180格，每格为华氏度。两种温度的换算关系如下：（59）（F 32）F=1.8t32三、热力学的有关概念1.热量和温度物体吸收或放出热的多少叫热量。热量的单位是J或KJ。温度是表示物体冷热程度的量。测量温度的标准叫温标。常用的温标有摄氏温标和绝对温标。温度的单位是K或。温度和热量是互相联系而又不相同的两个概念。温度是对状态而言，而热量是指物体状态前后热能的增减程度，是对过程而言。例如我们可以说加热炉进口处的温度是多少，油从进口到出口吸收了多少热量。而不能说油在进口处有多少热量或油从加热炉中吸收了多少温度。2.比热容比热容是指单位质量的物体，温度升高或降低1摄氏度时所吸收或放出的热量。不同的物质比热容不同。其单位是KJ/kg或KJ/m3。3.热平衡把几个温度不同的物体放在一起，组成一个系统，则物体之间就要进行热量交换，使系统中各物体的温度变成一样，其中温度高的物体放出热量，温度低的物体吸收热量，如果没有热量损失，也没有从系统外吸收热量，那么，系统内温度较高物体放出热量的总和等于所有温度较低物体吸收热量的总和，这就叫热平衡。例如加热炉内被加热介质吸收的热量加上各项热损失等于燃料放出的热量。加热炉的热负荷就是根据热平衡计算的。式中：Q热负荷KW C比热容KJ/kg m-介质的质量流量kg/h t-温差四、管式炉的工作参数管式加热炉的技术指标是表示其适应性能的指标，是选用、操作加热炉的依据。主要包括以下几项。1.热负荷单位时间内向被加热介质传递热量的能力叫热负荷，单位为KW。热负荷分设计热负荷和运行热负荷，设计热负荷为铭牌标注的热负荷，运行热负荷是根据运行参数计算所得。运行热负荷应该小于设计热负荷。2.工作压力炉管允许的最大运行压力，此压力不得大于铭牌标注的设计压力。单位为MPa。3.传热面积在炉内参予传热的炉管有效外表面积叫传热面积。一般分为辐射传热面积和对流传热面积。单位为m2。4.炉膛容积热强度炉膛单位容积在单位时间内的燃料发热量叫炉膛容和热强度，单位为KW/m3。容积热强度一般为70009300KW /m2，其数学表达式为 式中：qv炉膛容积热强度kw/m2 B燃料用量放 kg/h或m3/h QH燃料发热值 kJ/kg或kJ/m3 V炉膛有效容积 m35.辐射炉管表面热强度单位面积的辐射炉管所传递的热量叫辐射炉管表面热强度，单位为KW/m2式中:qR辐射炉管表面热强度 kw/m2 QR-辐射室传热量 KW AR辐射炉管传热面积 m2油田管式加热炉辐射炉管表面热强度一般为2329kw/m2。此处所说的指平均值，实际值是不均匀的，局部热强度可能大大高于平均值。当热强度过高时，会使炉管局部过热甚至管内结焦，过低时则会使炉子结构笨重、增大投资。6.对流炉管表面热强度其含义及计算与辐射炉管相同。7.挡火墙温度烟气离开辐射室进入对流室时的温度即挡火墙温度。一般用此代表炉膛温度，其值一般为800左右。8.排烟温度烟气离开对流室进入烟囱时的温度即排烟温度。此值越高炉子效率越低，影响此值的因素是加热炉结构及炉管积灰、结垢等。排烟温度一般为200350。9.热效率被加热介质吸收的有效热量与燃料产生热量的比值叫热效率。该值是衡量加热炉性能优劣的重要指标，与设计、制造、操作维护都有关系。热效率可用正平衡方法与反平衡方法测试求得，其值一般为85左右。10.介质流速炉管内介质流速应控制在合理的范围。流速低则传热性能差，使管壁温度升高，甚至炉管结焦。流速高传热性能好，安全可靠，但管程压力降增大。一般辐射炉管内介质流速为1.5-2.Om/s，对流炉管内介质流速为101. 2m/s。五、水套炉的工作参数所谓经济技术指标是指加热炉的技术性能和经济性能。1.热负荷。热负荷是燃料燃烧产生的热量扣除排烟热损失、不完全燃烧损失、炉体散热损失后，供给被加热介质的有效热量。它也有设计热负荷和运行热负荷之分。2.工作压力允许的最大操作运行压力。水套加热炉工作压力有壳程和管程之分。3.火筒、烟管传热面积。火筒传热面积也称辐射传热面积，一般以U形虾米焊接弯头中心线划分。烟管传热面积也称对流传热面积。4.流量流量是被加热介质通过加热盘管的排量。5.管程换热面积。该面积为加热盘管的传热面积。它是根据壳内热水温度、介质物性、介质流量、介质进出炉温度、加热炉热负荷等参数设计计算确定的。6.管程压力降。管程压力降是介质通过加热盘管的阻力。此值与加热盘管管径、介质流量、介质物性有关。7.安全阀定压水套加热炉的壳程必须装设安全阀、以防壳内运行压力大于工作压力损坏火筒。规范规定：热负荷小于400KW的水套加热炉仅装一只安全阀，定压值为工作压力0.02MPa；热负荷大于400KW的加热炉至少应装两只安全阀，其中一只为工作安全阀，定压值同上，另一只为控制安全阀，定压值为工作压力加0.05MPa。第三章 燃油、燃气及其燃烧一切能提供热能的可燃烧性物质都称为燃料。同所有物质一样，这些可燃性物质，在通常情况下，其形态也表现为固态（体），液态（体）和气态（体）三种。所以，在燃料的分类方法中，就将在常温、常压下呈固态、液态和气态的燃料分别称为固体燃料、液体燃料和气体燃料，如煤、重油、天然气和液化石油气等。液化石油气是液体，将它归为气体燃料，是因为它是在常温下经高压压缩而成的。当压力下降到常压时，它还是气体，所以应属气体燃料。所有燃料都可以归到这三大类中，但每一类燃料又都有各自的许多种类。第一节 燃油及其主要特性一、燃油因为一切液体燃料都呈油的性状，所以一般就称液体燃料为燃料油，也就是油状的液体燃料。燃料油一般又按其来源分为三类，如表31。表31燃油按来源分类种类来源及品名天然燃料油直接从油井采得的石油，又称原油人工燃料油经人工炼制分馏得到的油品，如汽油、煤油、柴油等副产燃料油炼油中剩下的液体残留物，即渣油。若将渣油加入一定比例的煤油或柴油，进行调制，就是重油图3l燃油生产示意图A原油；B柴油；C渣油；D重油；1常压塔；2减压塔；3减粘裂化塔；4热裂化塔；5催化裂化塔；6油品调合表中所列油品，虽然都统称燃料油，但在长期的生产和使用中，燃料油的含义已经逐渐专门化了。它主要是指副产燃料油，即渣油和重油。因为原油一般作为炼油的原料，很少直接用作燃料使用；而人工燃料油中的汽油，煤油和柴油，分别只用于各种汽油机、航空和民用、以及柴油机等。因此，燃料油的概念，通常是指用于锅炉和各种工业炉窑的燃料油，俗称燃油。柴油作为锅炉燃料的情况，一般是用于点火。少数锅炉也作为主燃料。柴油、重油和渣油是炼油工艺流程中几种不同的产物，如图31所示。简而言之，就是经过预处理的原油A，经加热后进人常压塔1分馏，可以得到柴油B（其他馏分此处不予述及），分馏后剩下的残留物就是常压渣油C。常压渣油可直接用做锅炉燃料，也可经减压塔2继续分馏，或经催化裂化塔5、或与减压渣油掺混后经热裂化塔4进行深加工，又可获得相应的柴油B。这些加工所剩残留物就是相应的减压渣油和热裂化渣油C。减压渣油还可经减粘裂化塔3加工后，除获得一部分柴油外，使经减粘的渣油性质得到改善。以上各塔均可获得相应的柴油和渣油。如果要生产重油，就将渣油输入油品调合器6,并根据所要生产牌号的重油的品质要求，配入相应的柴油，经调合后就得到格应的重油D。在一些进口的燃油锅炉和燃烧器的说明书上，其适用燃料常有“燃烧器燃料”“民用燃料”以及“轻质燃料”等名称，实际上也是燃料油。名称的区别只是各国命名的方法不同而已，当然也都有各自的质量标准。二、燃油的化学成分燃油的化学成分就是通过化学反应或化学过程测定的组成元素成分。尽管锅炉燃油有柴油、重油和渣油等不同种类，但其元素成分基本相同。燃油中最主要的成分是碳（C）和氢(H）、，按质量百分数，他们分别为84%88%和10%14%，也就是碳和氢的总含量达94%以上。另外还有少量的硫(S)，其含量一般在3.5%以下。碳、氢和硫在燃烧时都能放出相应的热量，因此是燃油中的可燃元素成分。除可燃元素成分外，燃油中还含有微量的不可燃元素氧（O）和氮（N）。其含量一般在0.5%一1.0%左右。除这些元素外，燃油还含有少许灰分、水分和机械杂质。燃油中的碳和氢不是呈游离状态存在的，他们基本上是以化合物的形式存在，在化学上称这种碳氢化合物为“烃”。所以确切地说，燃油主要是各种烃类的混合物。当需要对燃油进行燃烧计算时，就必须要根据其化学成分来进行。三、燃油的主要使用特性及油质指标对于燃油锅炉的使用单位和操作者，总是要处理燃油的运输贮存和燃烧操作的。为此，就必须对燃油的特性，尤其是与使用操作有关的主要特性和油质指标有清楚的了解。否则，不仅会影响锅炉的使用，严重时还可能导致火灾，爆炸等恶性事故的发生。（一）燃油的主要使用特性指标燃油的性质是由它本身的一些物理特性指标决定的，也就是说，要了解各种燃油的特性，就必须知道它的特性指标。燃油的特性指标包括：粘度、比重、比热、凝固点、闪点、导热系数、发热量、硫分、燃点、自燃点、机械杂质、水分，以及热膨胀性和毒性等十多项理化指标。但对于使用，是以其中的粘度、凝固点、闪点、硫分和发热量为最重要。1.粘度燃油是液体，它在流动时就一定有阻力。油的粘性越大，流动就越难，表明阻力也越大。反过来，若油品在同样的流道中流动，阻力大者，油的粘性肯定就大。为了表示燃油粘性的大小，就使用了“粘度”这个物理量。粘度就是对流动阻力的量度。也就是对燃油粘性大小的量度。根据测量的方式不同，就出现了不同的粘度单位，常用的有以下三种。(1)恩氏粘度这是我国采用的表示燃油粘度的主要方法。恩氏粘度的定义是：温度为t的200毫升燃油试样，从恩氏粘度计（一种特制的直径为2.8mm的试管）中流出的时间t；与20的200毫升蒸馏水流出的时间t之比值，此比值就称为被测试燃油在温度t时的恩氏粘度，符号单位表示为即恩氏粘度的全称是恩格勒粘度。它是以德国化学家恩格勒的名字命名的。由于它源于德国，所以又称德国度。除此之外，恩氏粘度还有一些其他的名称，如比粘度、相对粘度和条件粘度等。所用的单位或代表符号也有”。恩氏粘度除我国和德国采用外，俄罗斯、法国和意大利等国也都采用。所以，在德国、法国和意大利等国进口的燃油锅炉和燃烧器上都可以看到恩氏粘度的标识。(2）运动粘度我国的油质粘度指标中，除恩氏粘度外，还同时采用了运动粘度。这一指标世界各国也都普遍采用。运动粘度是反映燃油和其他流体的运动情况，所以在有关流体流动和热交换的计算中非常有用，因此得到广泛采用。运动粘度的单位是m2/s或mm2/s，单位的名称分别叫拖或厘拖。拖（拖）的全称是斯托克斯。它是以英国物理学家和数学家斯托克斯的名字命名的。在许多油质指标中运动粘度的单位名称中常有“厘沱”、“厘斯”及“沱”等字样。这是由于译音的不同，实际上他们都是“厘拖”及“拖”。运动粘度的代表符号是。单位的符号分别是“St”（拖）和“cst”（厘拖）。如德国威索（Weishaupt）燃烧器上，有重油（或柴油、锅炉油）粘度为xxx mm2 /s（cst)，就是标明燃烧器用燃油的运动粘度是xxx厘拖。运动粘度一般简称动粘度。它还有运动粘性系数等名称。(3）美英等国的秒粘度在美国、英国和德国等国家的锅炉和燃烧器上，常标有以时间秒为单位的粘度值。因为美国和英国都有以时间秒为单位的粘度测量方法。他们测试燃油粘度方法的共同之处都是以一定温度，一定容积的燃油，从一规定的试管孔眼中流出所需的时间的秒数来表示所测试燃油的粘度。但两国的测试又有不同之处，就是测试所用的燃油容积。美国是60cm3，英国是50cm3。同时美英两国又都有各自的对低粘度和高粘度燃油的两种测试方法，因而得出各自的两种粘度单位制和表示方法。美国的低粘度油用的是：通用赛氏秒，符号为SUt;高粘度油用的是：赛氏一福氏秒，符号为SFt；两种符号的角标t表示测试的温度。英国的低粘度油用的是：商业雷氏秒，符号为Rt或R1;高粘度油则是：海军雷氏秒；符号为RAt或R2。如某燃烧器标明其适用燃油的粘度为3000secsRl /100F，就是在温度为100F（38）时、50mL的该燃油流出测试孔眼的时间需3000s, Rl则表明是商业雷氏秒（或Rt ）。以上列举了常用的四种燃油的粘度单位。各单位之间如何进行换算呢？由于各种粘度的测试方法不同，有时难以直接换算。但是，各国的燃油除采用一些专门的粘度单位外，通常都同时采用了运动粘度。这样，不同的粘度单位就可以通过运动粘度的转换进行换算了。上述列举的粘度单位的换算关系列于表32。表3一2粘度的换算关系粘度名称符号换算为运动枯度（拖）公式恩氏（条件）粘度1赛氏秒赛氏一福氏秒商业雷氏秒Rt (R1)海军雷氏秒RAt (R2)*SUt和SFt也可分别表示为SUS和SSF。2.粘度在使用中的重要性粘度是燃油，特别是重油和渣油使用中最重要的一个指标。它在燃油的装卸运输和锅炉的安全经济运行中都是非常重要的。(1)装卸运输运送燃油的汽车罐车和铁路槽车均配有加热和保温措施。尤其是寒冷地区和长距离运输，加热和保温更是必要。加热的目的就是为降低油的粘度，使其保持在允许的范围之内，以便装卸。为进行燃油的装卸要使用各种泵类。而无论是齿轮泵，螺杆泵还是离心泵，他们工作时对介质的粘度适应性都有限制。超过这个限制，泵就无法工作；同时，随着输送介质粘度的增加，泵的运行效率就会急剧下降。如离心泵，当输送粘度为14 0E的重油时，其效率为15.8%，如果粘度增加到24 0E，则泵的效率就会下降到12.7%。如果燃油通过管道输送，粘度增加，阻力就增大，泵的扬程就必须提高；如果粘度过大，就可能造成泵的扬程不足，甚至导致燃油在管道中停止流动，造成堵塞事故，等等。所以，粘度是实现燃油经济、安全输送一个十分重要的指标。(2)燃烧的安全与经济燃油的燃烧都要经过雾化器的雾化才能进行（见第三节）。不论采用何种雾化方式，要达到正常雾化，油的粘度都必须满足雾化器的要求。如果粘度超过雾化器要求的粘度不多，雾化还能进行，但油的粒度变大，其直接后果就是燃烧不完全，产生大量炭黑。这些炭黑一方面会沉降在烟道中，影响锅炉传热和通风；另一方面就导致烟囱冒黑烟，不仅污染环境，锅炉的效率和出力也都会大大下降。如果粘度过高，雾化就急剧恶化，燃油喷人炉膛时就不是油雾，而是油滴或油流了。也就是雾化已不能进行了，就会造成炉膛熄火。这是非常危险的。许多炉膛爆炸事故都是这样造成的。雾化恶化，还可能导致油粒冲到炉膛受热面上，形成油焦，导致锅炉爆管事故的发生。所以，粘度直接影响锅炉的安全经济运行。(3)燃油的粘度温度特性从上述可知，燃油的粘度指标是保证锅炉正常运行的一个关键性指标。燃用时，必须保证粘度达到相应过程和设备所要求的指标。实际上锅炉用燃油在常温下是很难进行装卸输送的，也根本不能雾化燃烧。如何降低燃油粘度并使其达到使用的要求呢？前述汽车罐车和铁路槽车运油采取的加热就是达到这一目的的措施。因为所有燃油，其粘度都随油的温度升高而降低，而且各种油品都存在各自的粘度和温度相互依变的关系，这就是所谓油的粘度温度特性，如图32。图32燃油粘度与温度的关系1齿轮泵、螺杆泵最大粘度；2活塞泵、往复泵最大粘度；3油泵翰油及放油最大粘度； 4流量2040t/h的离心泵最大粘度；5蒸气雾化油嘴前最大枯度；6高压和低压空气雾化油嘴的最大粘度；7机械雾化油嘴前最大枯度、燕气雾化油嘴前推荐粘度； 8高、低压空气雾化油嘴前推荐粘度；9机械雾化油嘴前推荐粘度为便于使用，各炼油厂一般都对本厂出产的各种燃油进行粘度一温度试验，从而得出他们的依变关系。通常将试验得出的依变关系制成相应的图线，拱实际使用。由于粘度与温度存在依变关系，所以对一定油品，只要其温度确定，粘度也就确定了。反之，要求燃油必须达到某一粘度，只须将油加热到相应温度就可以了。粘度测定不便，但油温是可以直接通过温度计测得。所以，锅炉实际运行中，就可通过控制油温而达到控制粘度。图2-2还标出各种使用场合燃油应有的粘度。例如，用离心泵将100号燃油从卸油坑里打人贮油罐。从图32“4”可以查到，离心泵输送液体时，液体的最大粘度不得大于30 0E。从30 0E水平线与100重油交点的横坐标值可知只要将该油加热到68，其粘度就可满足要求。又如，锅炉使用的是100号燃油。燃烧器采用压力机械雾化。燃烧器的说明书要求：使用100号燃油时，其进油粘度不得大于2.5 0E (0By).从2.5 0E水平线与100重油交点的横坐标值可知此时的进油温度应达到133。必须指出的是，油的粘度随其温度的升高而下降。但并不是将油的温度加热到越高越好，因为油是由大量的碳元素和少量其它元素组成的，如果温度过高，就可能导致碳在加热设备中的分离沉积，影响设备安全运行。温度过高还可能引起油的汽化，导致承压设备鼓包破裂，甚至导致火灾等恶性事故的发生。所以，燃油的加热温度，既要达到使用的要求，又不可过高。对于轻柴油，其常温下的粘度一般都小于1.7 0E，使用中不需加热；对于重柴油则应视使用的具体情况或不加热，或需轻度加热。(4)粘度的直观意义由于粘度在燃油的使用中十分重要，因此世界各国几乎无一例外地都用粘度指标来标明燃油的品牌，特别是恩氏粘度。我国和俄罗斯等国家采用的燃油牌号，就是某一规定温度（我国为50）时燃油的恩氏粘度数。如100号重油，就是该油在50时其粘度为100 0E,因此，非常直观。3.凝固点（简称凝点）凝固点是指燃油丧失流动状态时的温度。这里需要注意的是：丧失流动状态，而不是说液体变成了固体。由此可知，凝点的度量是一个温度值。这说明各种燃油，如果其温度低于它的凝点，该油就不能再流动了，因此它是燃油输送，特别是管道输送的一个重要指标。若温度低于凝点，就难于装卸或造成堵塞。重油的凝点一般在1536左右，如果含蜡量高，其凝点也高。渣油的凝点一般为1440，最高的可达到45左右。对于轻柴油，其牌号数就是其凝点的摄氏温度值；对重柴油，其凝点为1333。在石油产品中，所有牌号的油品，都有规定的凝点。4.闪点与燃点所谓闪点，就是在大气压下，油加热到适当温度后，油的表面蒸发出一定的油蒸气，与空气形成混合物，此混合物与明火接触即发生一闪即灭的闪光，此时的油温称为闪点。闪点的测定方法是按标准进行的。有在封闭容器中测定的“闭口闪点”和在开口容器中测定的“开口闪点”两种，我国燃料油一般都采用开口闪点。闪点的度量也是一个温度值。闪点在燃油使用中的意义在于它与“燃点”直接有关。所谓燃点，就是燃油被加热到油蒸气与空气混合物接触明火时能发生燃烧，且其燃烧时间不少于5s的温度（不是一闪即灭）。显然，同一油品的燃点比闪点高。如果燃油贮存在一个开口（通大气）的容器中，若它的温度达到燃点，那就非常危险了，因一遇明火，就会发生着火燃烧，引起火灾。如何才能保证这种开口贮油容器的安全呢？显然应使其温度低于燃点。燃油的闪点一般比燃点低1020。所以，闪点是一个保证开口燃油容器安全、防止火灾发生的安全性指标依据。通常规定：油在开口容器中的加热温度应低于闪点10。我国20200号重油的闪点（开口）在80130；渣油随原油的不同，最低者为80，最高者可达300以上。轻柴油的闪点（闭口）在45以上，重柴油的闪点（闭口）在65以上。5.硫分硫分就是元素硫及其化合物占燃油质量（重量）的百分数。燃油中若有硫，它在燃烧时就生成为二氧化硫和三氧化硫。当他们排人大气时，就造成对大气的污染；而当烟气中的水蒸气与他们接触时，就形成亚硫酸和硫酸蒸气，在锅炉的低温受热面，就形成亚硫酸或硫酸造成对金属的酸腐蚀。所以，燃油中的硫危害很大。因此，各国都将硫分作为燃油的一种分类方法，而且通常还以它来确定燃油的价格指数。我国将含硫量不高于0.5%的燃油称为低硫油，含硫量为0.6%1.0%的称为中硫油，含硫量1.1%3.5%的为高硫油。对燃用中硫和高硫油的锅炉，必须采取必要的防腐蚀措施。实用的轻柴油、重柴油、重油和渣油，其含硫量由0.2%1.0%、0.5%1.5到1030，逐步升高。6.发热量燃油的发热量是指lkg的燃油完全燃烧后所放出的热量，其单位是KJ/kg。同所有燃料的发热量一样，燃油的发热量也有高位发热量和低位发热量两种。高位发热量，亦称高热值或高发热量，它是指燃料燃烧后，烟气中的水蒸气冷凝成水时的燃料发热量，通常以符号表示。低位发热量，亦称低热值或低发热量，它是指燃料燃烧后，烟气中的水蒸气未冷凝时的燃料发热量，通常以符号表示。由于加热炉排烟温度都在100以上，所以在大气压力下烟气中的水蒸气不会冷凝。因此，锅炉中采用的燃料发热量都是低位发热量。由于柴油、重油和渣油的可燃元素含量基本相同，所以燃油的低位发热量都在3700046000kJ/kg范围内。7.爆炸极限所谓爆炸极限是指燃油的油蒸汽（不是液体油）与空气混合后遇火种能产生高速燃烧的体积百分浓度的范围。重油的爆炸极限为1.2%6%。（二）油品质量指标燃油是石油经加工（炼制）而得到的产品。所以，也就有其品种相应规格的质量标准。世界各国的燃油规格和质量指标基本上都是政府主管部门颁布的标准。西方国家也有一些大的石油公司，如壳牌、埃索公司等，制定了自己的规格和质量指标。我国除石油部和中国石化总公司颁布的标准外，各炼油厂也有自己的产品质量标准。这些质量标准基本上与部标质量相符。若有差别，往往是因为原油来源或生产工艺的影响。第二节 燃气及其主要特性一、燃气燃气就是在常温常压下呈气体状态的气体燃料。因为它是可燃性气体，所以一般称为燃气。不少场合称燃气为“瓦斯”或“瓦斯气”，这是英文“Gas”的译音。燃气一般也按其来源分为三类，如表33。表33燃气按来源分类种类来源及品名天然燃气来自自然界（地壳内）的可燃气，如天然气，石油伴生气等人造燃气由固体或液体嫌料加工而得的可燃气体，如发生炉煤气、水煤气和油制气等副产燃气在钢铁，化工生产过程中得到的一种可姗性气体剐产品，如焦炉煤气、高炉煤气等液化石油气用天然燃气或石油炼制过程中取得的油气经加压液化的姗气。因此，它是一种天然和人造性燃气燃气均可做锅炉燃料。特别是它比所有固体燃料，以及燃油都有非常突出的优点：污染小（有“绿色能源”之称）、发热量高（天然气和液化石油气），易于操作调节等，是一种理想的优质锅炉燃料。但从整体上来说，有的燃气只能在产出地就近使用，如高炉煤气，因为它的热值很低（一般不超过4000k1 /Nm3），而且燃气中含有大量尘埃，所以不应输送到城市中使用。就北京、上海和天津三个城市的燃气而言，北京市现在使用的燃气是以天然气、焦炉煤气为主。还有相当一部分液化石油气。天然气原来主要来自华北油田。从1998年开始，陕甘宁天然气进京并将逐年增加。焦炉煤气则来自北京焦化厂。上海市现在使用的燃气是一种以干馏煤气和重油催化裂解气为主、掺混水煤气和发生炉煤气的混合燃气；在用气高峰时还掺混一些液化石油气。天津市现在使用的燃气有大港油田和陕甘宁的天然气，煤制气厂的城市煤气，以及部分液化石油气。二、燃气的组成成分组分燃气是在空气中可以燃烧的气体。如一氧化碳（CO）、氢气（H2）、气态烃类的碳氢化合物（Cm Hm），以及硫化氢（H2S)等。这些气体都能与氧发生燃烧氧化反应并放出一定的热量。按来源不同的三类燃气分别属于列举的哪一种可燃气体呢？化学分析表明，不论是天然气、人造燃气，还是副产燃气，不仅都含有多种单一的燃气，而且还含有诸如氧气（O）、氮气（N2）、二氧化碳（C02），以及水蒸汽（H20）等这些不能燃烧的气体。也就是说，燃气锅炉及生产、生活中使用的各种燃气，实际上是由多种单一的可燃气体和一些不可燃气体组成的混合气体。现在使用的燃气有近10个品种，他们的组成基本上就是列举中的8种单一气体（可燃的和不可燃的各4种），但其性质又相差很大，如发热量，液化石油气就比高炉煤气高出30倍以上。造成区别如此之大的原因是各种单一气体在混合气体中所占的分额不同。在燃气技术中，将各单一气体占整个混合气体的分额称为组分。组分的计算方法可按容积、质量或分子进行。通常用的是容积组分，即：混合气体中各单一气体的分容积与混合气体总容积之比，并用百分率表示。如北京焦化厂的焦炉煤气，已知lm 3的焦炉煤气中有0.44m3的氢气，则氢气的组分就是 式中：氢的组分，；氢的分容积，m3；VJ混合气体（焦炉煤气）的体积，m3。显然，对任何一种燃气，其各自的组分之和就是100%。应当指出的是，组分是燃气的一个非常重要的指标，它不仅表明燃气中含有哪些单一气体和这些单一气体各自所占的分额，而且决定着整个混合气体的许多重要特性，如发热量、密度和爆炸极限等。上述高炉煤气与液化石油气的区别就是由于其组分的不同。需要说明的是，单一气体与混合气体是两个不同的概念。单一气体，就是纯净的一种气体。每种单一气体都有它固定的构成和性质，也就是不可改变的构成和性质。如一氧化碳CO，它是由一个碳原子和一个氧原子构成的，这种构成不可改变。如果改变了就变成另一种气体了。如加一个氧原子，就由一氧化碳CO变成了另一种物质二氧化碳C02了；一氧化碳可燃，二氧化碳就不可燃，性质也就变了。表33列出了燃气中一些单一气体的构成和主要性质。混合气体则不同，它是由单一气体组合而成的混合物，它的构成是可以改变的，其性质也随组成变化而变化。如焦炉煤气，北京焦化厂，大连焦化厂和上海焦化厂生产的焦炉煤气，虽然都是一种煤气，但各厂煤气的组成，其成分比例就很不同，就是同一个焦化厂出产的焦炉煤气，虽然它的组成成分基本不变，但成分中的各单一气体的比例也是在一定范围内经常发生变化。常用燃气的主要可燃组分范围如表34表34常用燃气的主要可燃气组分燃气名称主要可燃气体组分（）天然气石油伴生气发生炉煤气水煤气油制气焦炉煤气高炉煤气液化石油气CH4CH4CO+H2CO+H2H2+CH4H2+CH4COCnH2n+2+CnH2n*85978593（2630）（1015）（3040）（3453)（3258）（1729）（5560）（2428）2629（3146）（5263）*n34,即烷烃和烯烃。表33 单一气体的主要特性名称氢一氧化碳甲烷乙烷丙烷丁烷丙烯丁烯其他二氧化碳氧氮硫化氢分子结构H2COCH4C2H6C3H8C4H10C3H6C4H8CmHmCO2O2N2H2S密度（kg/Nm3）0.08981.25010.71741.35532.01022.70301.91362.5968*1.97681.42891.25071.5392低热值（MJ/Nm3）10.78612.63635.90664.39793.240123.64987.667117.695*23.383爆炸极限下限4.012.55.02.01.6*4.3上限75.974.215.01309.58.511.710.0*45.5（体积）*不明烃3%时，可按C2H4处理。 三、燃气的主要使用特性及质量要求表征燃气特性的参数或物理量也很多。但就使用而言，除组分外，还必须了解和掌握以下几个重要特性：发热量、密度、华白数，以及爆炸极限等。使用时，对燃气供应的压力和温度也是不可缺少的指标。其它诸如膨胀系数、沸点、露点、比热和温度等，不同情况有不同需要。（一）燃气的主要使用特性1.发热量（热值）因为燃气是气态物质，所以其发热量不便于用重量单位来计量，而以体积为单位进行计量。气体的一个重要特性是：一定质量的气体，其体积随着温度的升高而增大，随着压力的增加而减小。因此，燃气的发热量是以一个标准状态的单位体积来计量的，就是1标准立方米。所谓标准立方米，是指燃气在一个大气压力、温度为0时的体积，通常用符号Nm3表示。发热量就是1 Nm3的燃气完全燃烧所放出的热量，单位为kJ/Nm3 。燃气的发热量也有高位发热量和低位发热量两种，实用中一般都指低位发热量。一般将发热量低于13000kJ/Nm3的燃气称为低热值燃气；（1300020000）KJ/Nm3的称为中等热值燃气；高于30000 KJ/Nm3的称为高热值燃气。发热量既可以用量热计测得，也可由各单一气体的热值按规定公式计算得到。常见的几种燃气热值见表35。表35常用燃气的热值燃气名称低位发热量（KJ/Nm3）天然气3550041900石油（田）伴生气4300048400焦炉煤气1320019200发生炉煤气空气发生蒸汽发生混合发生37004600100001130050007000油制气1300036000高炉煤气39004800液化石油气880001151002.密度一般的密度定义是指单位容积物质的质量。对于燃气，如热值中所述，因气体有体积随其压力和湿度而发生明显变化的特性。所以，燃气的密度，必须