气田用水套炉设计研究毕业论文

1、摘要水套炉是油气田勘探开发中的重要设备之一，是在井场用来给油气井产出的油气进行加热的装置。特别是我国例如大庆油田等老油田进入高含水期及稠油和天然气的开发，加热炉显得愈发的重要。管式加热炉火焰直接加热生产介质，升温快但不安全。火筒式加热炉通过火筒加热炉壳内的生产介质，但结构件上容易结垢。然而水套炉的加热装置通过加热炉体内的水，再由水将热量传导给加热盘管中的介质，由于其加热装置不与生产介质直接接触，故安全性较高。水套炉近年来已经被广泛应用于各大油气田，但水套炉传热效率偏低，炉体钢材消耗量大，运行中易失水，需要经常补水。近来年，自动化是流程设备的发展方向，油气田地面工程也不例外。将传统火筒加热装置改

2、为电加热装置，将一系列的部件通过集成电路控制，可以更为方便的实现自动化，实现无人值守与远程控制，同时减少易燃易爆介质，大大增加了安全性能。智能电路控制，温控恒定，稳定性高。简单来说采用电加热式水套炉安全性高，效率高，结构简单，集成化程度高，占地面积小。关键词：加热炉；水套炉；电加热AbstractWater jacket furnace is one of the important equipment in the oil and gas field exploration and development, it is a device that be used to heat the oi

3、l and gas in the well field. In particular, China for example, the old oil field Daqing Oilfield, etc. into the development of high water and heavy oil and natural gas, furnace becomes increasingly important. Tube furnace use flame direct to heat production medium, heating up fast but unsafe. Fire D

4、rum furnace heat the production medium by the fire barrel heating, but the structure is easy to scale. However ,the water jacket furnace heat the production medium through the furnace ,then the water will heat the production medium in coil. Since the heating means is not in direct contact with the p

5、roduction medium, so security is high. Water jacket furnace has been widely used in oil and gas field in recent years. However, the heating transfer of water jacket furnace is low, furnace steel consumed in large, easy to run water loss, requiring constant replenishment. Recently, the automation is

6、the development direction of process equipment ,oil and gas field surface engineering is no exception. The conventional fire tube heating system instead of electric heating devices, the number of parts controlled by an integrated circuit. It can more easily achieve automation, unattended and remote

7、control, while reducing the explosive media, greatly increasing security. Intelligent circuit control, constant temperature, high stability. In simple terms the use of electric heating jacket heater safety, high efficiency, simple structure, high degree of integration, small footprint.Keywords: Furn

8、ace; Water jacket furnace; Electric heating目录第1章 绪论11.1研究背景及意义11.2本文的主要研究内容1第2章 油气田水套炉技术发展现状32.1 水套炉的基本结构形式32.2水套炉主要技术进展42.2.2微正压燃烧通风技术42.3水套炉的主要发展方向52.3.2燃烧器研究52.3.3自动化控制与监测技术的应用52.4电加热水套炉结构设计的提出及优势52.4.1采用电加热器特点52.4.2结构优点6第3章 水套炉结构设计73.1设计的原始数据73.2基本参数的拟定73.2.1平均温度、对数平均温差73.2.4盘管长度、弯头、壁厚选择93.2.5盘管

9、结构、根数选择93.2.6盘管整体尺寸93.2.8筒体材料选取、壁厚选择103.2.9筒体封头结构选择及厚度113.2.10筒体有效容积及所需水的体积123.3各附件、仪表的结构选择和连接布置133.3.1注水口及水箱的设计连接133.3.2排污口的尺寸设计及布置143.3.3鞍座、吊耳的尺寸及位置143.3.4盘管支撑结构设计153.3.5安装盘管、电加热器处的封头设计153.3.6安全阀的选取、布置连接163.3.9法兰式电加热器的选型183.3.10保温层的选择193.4水套炉计算校核193.4.1盘管热力计算193.4.2盘管承压强度校核253.4.3 保温层计算273.5各附件的焊接

10、293.5.1焊接要求29第4章 结论与建议324.1结论324.2建议32致谢33参考文献34第1章 绪论1.1研究背景及意义自油田地面工程发展以来，水套炉以其可靠的安全性能，在油田地面工程中获得广泛的应用，特别是在中转站、联合站内逐渐替代直接火筒加热炉、管式加热炉。水套炉的工作原理为：由炉体底部的加热装置加热炉体内的中间介质水，中间介质水吸收热量，炉套内的水再讲热量与盘管内的气体进行交换，由此来达到加热天然气的目的。此种方法安全可靠。目前国内的水套炉的加热装置都是燃烧器将燃料雾化喷入火筒中燃烧，烟气通过烟管与炉体中的中间介质水进行换热。但对于出产气质量偏低的油气田来说不能直接使用井内出产的

11、天然气作为燃料气，必须使用燃料专线的天然气供给燃料。并且此种水套炉的操作人必须经过专业培训，水套炉在工作过程中必须有专人值守。难以实现自动化及远程控制。目前，我国加热炉所用燃料主要是管道原油。使用该种燃料油以下的缺点：原油粘度大，雾化能耗大；价格高昂；需要高品位原油，浪费战略物资。由于以上原因，不妨将传统的使用管道原油的加热装置改为电加热装置，电路的铺设相对于原油或燃气管道的铺设较为简单。若将传统水套炉的加热装置改良为电加热装置，易于实现自动化及其远程控制，并且可以大幅度简化水套炉的结构。同时采用高性能保温材料，使散热损失降低到较小的程度，相关计算结果表明，加热炉的设计效率可以高达95%。采用

12、电加热与采用燃气加热相比，降低易燃易爆介质，电加热对设备的使用更加安全，同时电加热器尺寸小，结构简单，国内制造水平成熟。同时，本次设计同样着重提高设备的紧凑型，高效性和可靠性。具体采取的措施有：采取小管径盘管、增大吸热面积、采用高效耐热的保温材料、提高加热炉体积热强度、选用自动化水平高的加热器。1.2本文的主要研究内容本论文的研究内容主要就是针对给定的具体的天然气加热需求及工艺，在学习、调研国内外传统水套加热炉的结构、性能、优缺点的基础上，运用传热学相关理论、机械设计、材料力学、工程制图等理论工具计算、设计、校核、布置、设计出一台高效水套加热炉，并绘制其装配图。首先学习了解水套炉的结构、原理、

13、类型及优缺点，接着结合前人的研究成果分析影响水套炉性能的可能因素并针对这些因素提出对应的改良方案和建议。结构设计先从水套炉的被加热介质处理量及输入输出温度等基本参数入手计算水套炉的热负荷并选择对应功率的电加热器，然后根据热负荷求出盘管的传热面积，由被加热介质的流量、流速、压力计算选择盘管的尺寸与形式；再由电加热器和盘管的尺寸结合水套炉设计相关标准计算、选择水套炉筒体、封头等主要零部件的尺寸，然后再按需求设计、选择用于水套炉安放、监测、泄压等功能的附件或接口；接下来选取水套炉的重要零件进行校核；最后将选取设计好的零件绘制成电加热水套炉的零件图和装配图。第2章 油气田水套炉技术发展现状2.1 水套

14、炉的基本结构形式水套炉的基本结构主要包括筒体、加热盘管、火筒、烟管、烟囱、燃烧器及其其他附件。火筒烟管一般布置在水套炉的中下部空间，火筒部分以辐射换热为主，烟管以对流换热为主，加热盘管一般不知在炉体的上部空间，盘管一般采用蛇形管，为了在有限的空间增加盘管换热表面积，盘管直径一般不大于DN100，燃烧器和烟囱一般布置在炉体前部。本研究中将传统水套炉的火筒取消，将火筒燃烧器部分改装为电加热装置，使其结构变得简单，通过集成电路控制各个部件易于实现自动化控制，无人值守。水套炉结构如图2.1所示图2.11、压力表 2、调风阻火器 3、燃烧器 4、支架 5、烟气出口管 6、烟火管7、排污口 8、法兰 9、

15、填料压盖 10、法兰盖 11、支撑板 12、水箱13、水位计 14、筒体 15、气盘管 16、温度计管嘴 17、烟囱 18、烟筒改为电加热器后水套炉的结构大大简化了，电加热器水套炉示意图如图2.2所示。 图2.21、电加热器 2、法兰盖 3、筒体 4、吊耳 5、放空口 6、安全阀 7、节水器 8、加热盘管 9、盘管支架 10、管板 11、盘根盒 12、天然气进出口 13、法兰盖二 14、排污口 15、鞍式支座 16、加热器支座2.2水套炉主要技术进展2.2.1三维内肋管强化传热技术的应用在水套炉的烟气受热面中，对流受热面积占到60% - 70%，如何提高对流段的换热系数，减少对流受热面的面积是

16、水套炉优化面临的基本问题。近年来，有采用螺纹管作为小烟管，换热系数能够达到光管的1.5倍，三维内肋管是一种新式高效的传热元件，近年逐渐成为研究应用的热点，目前，三维内肋管的热力、阻力计算依赖于实验资料。研究表明，烟气与三维内肋管的换热系数可以达到光管的3.2倍，三维内肋管的范宁摩擦因子则是光管的4.6倍。因此，应用三维内肋管作为水套炉烟管，可以有效的提高水套炉的效率，减小水套炉的烟管长度，有利于降低水套炉的金属消耗。2.2.2微正压燃烧通风技术传统水套炉一般采用自然通风负压燃烧，燃烧过剩空气系数和燃烧自动控制较困难，影响加热炉效率。国内外新型水套炉一般采用强制通风的微正压燃烧方式，从而强化燃烧

17、，提高火筒容积热强度，使燃烧过剩空气系数可以在1.2（燃油），1.1（燃气）左右，技术经济指标显著提高。2.3水套炉的主要发展方向2.3.1相变传热技术高效的相变热传导技术，相变热传导将水加热至沸腾，水蒸发后以水蒸气作为传热介质，换热效率高，水损失小，密闭炉体内不容易结垢，热传导系数稳定，运行安全可靠。2.3.2燃烧器研究高效燃烧器的研究，重点发展转杯雾化和内部混合雾化，外部混合雾化技术。这些雾化技术雾化效果好，燃烧充分。并且能够适应各种轻油、重油和天然气燃料。2.3.3自动化控制与监测技术的应用自动化是流程设备的发展方向，加热炉也不例外。自动化控制系统实现自动供空气、自动点火、燃烧、自动启动

18、和停机可以使燃料利用率高达99.5%，加热炉效率高达88%。应用监测技术实现熄火保护、低水位保护、超温超压保护等，保证设备安全运行，自动化与监测技术将趋于远程化，既能保证设备安全运行，又能提高设备的管理水平。2.4电加热水套炉结构设计的提出及优势天然气水合物结冰造成管线冰堵，使下游压力降低，影响正常集输过程，我们采用加热水套炉对出井天燃气进行加热，可以避免冰堵，减少对抑制剂的依赖，大大的降低开采成本，减少开采对环境影响。传统水套炉使用燃料在火筒内燃烧加热中间介质，中间介质加热生产介质，电加热不需要使用专供的燃料，减少了燃料管道的铺设，减少工作成本。并且电加热的引入，减少了易燃易爆物质，使其安全

19、性大大提高。2.4.1采用电加热器特点电加热水套加热炉橇是采用先进的模块化橇装工艺技术将加热水浴所需的设备、管道及电仪附件等全部集成到一起其特点如下：（1） 装置折装移动方便：装置出厂后只需要将装置接口与外界对接便可投入生产，无须繁杂的现场安装；（2） 自动化程度高：在正常生产过程中做到无人值守全自动生产，压力、温度均可为远程调节控制；（3） 温控准确可靠：水套炉可以做到1恒温；（4） 热效率高：热效率可达到95%以上；（5） 结构紧凑，占地面积小，现场施工量少。2.4.2结构优点（1）采用卧式放置增加设备轴线尺寸，增加电加热管发热长度，缩小电加热器的结构尺寸及数量。降低成本，同时使控制系统简

20、单化，卧式放置对于气盘管的传热更均匀，同时使电加热的热效率达到最高。（2）气盘管采用直管与标准管件组队，与相同规格气盘管采用螺旋型结构相比，该结构制造相对容易，能在满足换热面积的情况下尽可能缩小设备结构尺寸。（3）采用电加热与其采用燃气加热相比，降低易燃易爆介质，电加热对设备的使用更为安全。同时电加热器尺寸小，结构简单，国内制造水平成熟。（4）设备设置安全装置，考虑在设备使用中出现异常情况时，最大程度降低安全风险。同时安全装置考虑设备安全运行操作空间。第3章 水套炉结构设计3.1设计的原始数据3.1.1天然气的物理特性参数本研究中为了简化研究过程，被加热的天气然组分为100% 甲烷气体。查工程

21、常用物质的热物理性质手册可得：甲烷气体的定压比热容（100）：甲烷气体的动力粘度（0）：甲烷气体的密度（0）：3.1.2工艺操作参数额定热负荷：120kW 管程介质流量：1440m3/h壳程设计压力：0.3MPa管程设计压力：2.0MPa3.2基本参数的拟定以下材料选取，参数拟定及计算方法均参照SY 5262-2009火筒式加热炉规范；SY-T 5261-91火筒式加热炉受压元件强度计算方法；SY-T+0535-1994火筒式加热炉热力与阻力计算方法。3.2.1平均温度、对数平均温差进口温度 出口温度对数平均温差 （3.1）查表得水蒸气饱和温度（0.1MPa）气体介质或呈层流状态平均温度3.2

22、.2盘管内径为保证盘管拥有足够大的换热表面积，所以盘管内径一般不大于DN80所以在本研究中取盘管内径为DN653.2.3传热面积=7.9839m2 （3.2）式中额定热效率；kWk 传热系数；W/（m2）对数平均温差；根据SY-T+0535-1994参考传热系数，参照表3.1表 3.1加热介质水蒸气水被加热介质原油水天然气0.2MPa以下2-5MPa5-7MPa7MPa以上传热系数100-2001600-4000200-225225-285340-400450-570本研究中管程压力为2MPa，故预估传热系数为k=260 W/（m2）3.2.4盘管长度、弯头、壁厚选择=3.26m （3.3）式

23、中盘管内径；m 盘管根数；其中根据SYT5262-2009火筒式加热炉规范6.3.3规定盘管、弯头选用材料牌号为20的无缝钢管。直管之间采用标准件弯头连接。选择公称通径为65mm ， 180 的弯头。3.2.5盘管结构、根数选择12根盘管，采用菱形错列布局的方式布置加热盘管，可以节省空间，在尽可能小的空间布置更多的盘管，使空间利用最大化。具体结构及三维模型详见图3.13.2.6盘管整体尺寸 图3.1图3.13.2.7水套炉筒体内径、长度预选 根据盘管尺寸选取筒体长度，内径，电加热器的长度内径以及内部零部件及其安装空间。取筒体直径1480mm 长度 3910mm3.2.8筒体材料选取、壁厚选择根

24、据标准SY-T 5262-2009火筒式加热炉规范中6.2.1火筒式加热炉受压元件用钢板应符合表3.2表 3.2序号牌号标准使用温度（）1Q235-BGB/T 32743502Q235-CGB/T 32744003Q245RGB7134504Q345RGB7134505Q370RGB713400615CrMoRGB713500本研究中使用温度T350，故选择Q235-B钢材作壳体材料根据SY-T 5261-91火筒式加热受压元件强度计算方法，壳体最小有效厚度=2.96mm （3.4）根据介质的腐蚀性质和设备使用寿命确定腐蚀裕量1mm筒体计算厚度按下式 （3.5）式中 筒体直径；mm壳程设计压力

25、；MPa 材料许用应力；MPa考虑到材料实际厚度及加工裕量，以确保火筒式加热炉各受压元件的实际厚度不小于该元件名义厚度减去厚度负偏差。故取筒体厚度为10mm3.2.9筒体封头结构选择及厚度采用平板封头，采取法兰密封方式利用法兰盖对筒体与封头结合处密封。法兰盖厚度计算公式 （3.6）式中 筒体直径；mm 壳程设计压力；MPa 材料许用应力；MPa考虑腐蚀裕量等因素选取法兰盖厚度为30mm电加热器处封头具体结构及三维模型见图3.2天然气进出口处封头具体结构及三维模型见图3.3 图3.2 图3.33.2.10筒体有效容积及所需水的体积根据筒体内径及长度以及内部元件所占体积，可估算得：筒体有效容积为1

26、6m3所需水的体积为12m3 筒体的具体结构及三维模型见图3.4图3.43.3各附件、仪表的结构选择和连接布置3.3.1注水口及水箱的设计连接注水口焊接在水箱侧面，水箱通过法兰连接与炉体上方焊接的法兰连接在一起。其水箱注水口管口型式为ZG1/2螺纹连接。其机构示意图及三维模型见图3.5 图3.53.3.2排污口的尺寸设计及布置根据SYT 5262-2009火筒式加热炉规范9.1.7规定，火筒式加热炉壳体最低处应设排污口，其内径不应小于40mm本研究中水套炉的排污口焊接在炉体下方管口内径DN40，管口型式为平面法兰如图3.6 图3.6 3.3.3鞍座、吊耳的尺寸及位置 鞍座基本尺寸及鞍座安装尺寸

27、如图3.7 图3.73.3.4盘管支撑结构设计采用如图3.8所示的支撑板支撑盘管，其支撑板孔的分布与加热盘管相对应，在支撑板底部焊接槽钢，并且将槽钢焊接在水套炉内部。图3.83.3.5安装盘管、电加热器处的封头设计采用法兰连接，法兰密封的型式连接。如图 3.9所示。 图3.93.3.6安全阀的选取、布置连接 根据SYT 5262-2009火筒式加热炉规范9.1.3中规定火筒式加热炉至少应该设1个安全阀。安全阀泄放面积应按SY 0031的规定进行计算，安全阀的开启压力不超过壳体的设计压力。阀门的安装应符合下列规定：（1） 各类阀门均应具有合格证，且符合相关标准的规定；（2） 阀门的密封面不应有伤

28、痕；（3） 阀门安装使用前应进行水压试验合格；（4） 阀门安装应符合GB 50235的规定。安全阀的安装设置还应符合下列规定：（1） 安全阀应垂直安装在加热炉壳体的最高位置；（2） 安全阀喉径大于20mm；（3） 多个安全阀共同装设在壳体直接相连的短管上时，则短管的截面积不应小于所有安全阀喉径截面积之和的1.25倍；（4） 安全阀安装前应由具有相应资质的单位进行校验；（5） 安全阀其他安装要求应符合SY 0031的规定。根据上述规定，本研究中采用A41H（Y）弹簧微启封闭式安全阀，安全阀口直径DN50，使用法兰连接的型式与炉体上方焊接的安全阀口连接。3.3.7水位计的结构设计、布置 根据SY

29、5262-2009火筒式加热炉规范9.1.6规定，有气相空间的火筒炉和水套炉至少应安装一个液面计，并且在液面计安装时应符合以下规定：（1） 液面计应安装在便于观察和维护的位置。（2） 液面计内液位应清晰，准确。（3） 玻璃管（板）液面计与壳体之间的接管应尽可能短，其内径不小于18mm。 将水位计设计为上下两个接口，下方水位计接口焊接在水套炉炉体的侧面，上方水位计接口焊接在水箱侧面，通过法兰连接的方式将水位计连接起来。其中间水管可直观看到当前炉体内水位情况，能够有效的防止炉体内水位过低，能够及时察觉水位过低的情况并且及时补水。水位计接口设计为平面法兰连接型式，其结构示意图如图3.10所示。 图3

30、.10 3.3.8天然气进出口阀门的选取、安装连接天然气进出口阀门采用法兰连接，法兰密封的型式。如图3.11所示。法兰与接管的组对应符合下列要求：（1） 法兰密封面不应有伤痕，所有法兰应有材质标记。（2） 法兰密封面应垂直于接管，其允许偏差不应超过法兰外径的1，且不应大于2mm，法兰高度H的允许偏差不应大于2mm。（3） 接管外径与平焊法兰内径的间隙不应大于2mm，管端与法兰密封面的距离应为管子壁厚加1mm（4） 法兰螺栓孔应与壳体主轴中心线跨中布置，特殊情况时应在图样中注明。（5） 平焊法兰与接管焊接应先焊内角焊缝后再焊外角焊缝。内角焊缝尺寸，外角焊缝，且不应大于16mm。（6） 壳体上接管

31、的垂直度偏差不应大于15mm。图3.113.3.9法兰式电加热器的选型本水套炉额定热功率为120kW，根据经验1kW发热量大约等于0.75kW电功率，考虑到热量损失，依然选择电加热器的热功率为120kW。该电加热器的具体参数为：电热管的电压、功率：30V 120kW管径大小：10mm管身长度：3000mm电热管的材质：SUS304其他：封头采用法兰连接，法兰密封的形式。3.3.10保温层的选择选用无机纤维棉作为炉体的保温层。它具有以下优点：1、 具有高绝热值；2、 吸声效果好，降噪系数高出其余材料；3、 牢固性好，能够长时间使用；4、 防火性好，达到国际A级防火标准；5、 安全环保，无有毒气体

32、和有毒物质产生。其部分物理参数： 绝热系数： 密度：3.3.11水套炉三维模型水套炉的三维模型如图3.12所示。图3.123.4水套炉计算校核3.4.1盘管热力计算传热系数 （3.7）式中 换热系数；W/(m2) 管内污垢热阻； m2/W 管外污垢热阻； m2/W其中污垢热阻应从条件类似的试验中选取，缺乏数据可根据介质、温度以及流速按表3.3选取表 3.3水加热介质的温度，115以下115200被加热水的温度，50以下50以上水的流速，m/s1.0以下1.0以上1.0以下1.0以上蒸馏水0.000090.000090.000090.00009自来水或井水0.000170.000170.0003

33、50.00035一般河水0.00060.000350.000690.0006锅炉净化水0.000170.000090.000170.00017原油温度，09394150流速，m/s0.6以下0.6以上0.6以下0.6以上脱盐原油0.00050.000350.00050.00035含盐原油0.000350.000350.000850.0007其他天然气0.00017渣油0.0009本研究中被加热介质为天然气，故选取管内污垢热阻ri=ro=0.00017当管内气体呈紊流状态（Re10103；0.6Pr1.5）时： （3.8）式中 介质在平均温度下的导热系数；W/(m) 管道内径；mm 介质在平均温

34、度下的雷诺数； 介质在平均温度下的普朗特数； 管道长度；m 平均温度；，K 管壁内温度；，K 其中天然气在0时导热系数 =0.03 W/(m)经过修正公式，天然气在平均温度下的导热系数 （3.9）式中 天然气在0 时的导热系数；W/(m) 平均温度；将平均温度带入公式可得导热系数 雷诺数 （3.10） = （3.11）式中Q天然气的体积流量；m3/s盘管内径；mm平均温度下介质的运动粘度；m/s2平均温度下介质的动力粘度；Pas平均温度下介质的密度；kg/m3在0时天然气的动力粘度Pas根据修正公式，在平均温度下天然气的动力粘度 （3.12）式中0时天然气的动力粘度；Pas T平均温度；将数据

35、代入公式3.12得动力粘度将数据代入公式3.11得再代入公式3.10可得普朗特数 （3.13）式中平均温度下的定压比热容；kJ/(kgK)平均温度下介质的动力粘度；Pas 介质在平均温度下的导热系数；W/(m) 可查表得将数据代入公式3.13可得 气体在管道内呈紊流状态预估管壁内温度将以上数据带入公式3.80可得 （3.14）式中平均温度；管内壁对被加热介质的换热系数；传热系数；对数平均温差；将数据代入公式3.14与预估值接近 （3.15）式中管内壁对被加热介质的换热系数；管内壁污垢热阻；管外壁污垢热阻；将数据代入公式3.15可得 （3.16）式中k传热系数；换热面积；m2对数平均温差；将数据

36、代入公式3.16可得：检查是否满足 其中按传热方程计算的热功率；W额定热功率；W代入数据=0.09符合要求3.4.2盘管承压强度校核直管计算：计算厚度： (3.17)式中p管程设计压力；MPa盘管外径；mm将数据代入公式3.17中可得=0.63mm厚度附加量：=2.1mm设计厚度：=0.63+2.1=2.73mm名义厚度：故直径采用的无缝钢管。弯头计算：应力增值系数： （3.18）式中弯头曲率半径；mm弯头内直径；mm弯头规格如表3.4所示表3.4公称通径端部外径中心至端面尺寸中心至中心尺寸背面至端面尺寸45弯头90弯头180弯头180弯头A系列B系列长半径长半径短半径长半径短半径长半径短半径

37、5060.3573276511521211061006576.1（73）764095641911271321218088.9894711476229152159159100114.310863152121305203210197本研究中选取公称通径为DN65的弯头，根据表3.4选取180长半径弯头。将数据代入公式3.18中可得：计算厚度： (3.19)式中应力增值系数；弯管内压力；Pa弯头外径；mm 弯头许用应力；MPa将数据代入3.19中得：=0.9mm厚度附加量：设计厚度：弯头名义厚度按弯头有关标准确定，但不得小于3.04mm3.4.3 保温层计算由于本研究中水套炉的直径大于1020mm，

38、故根据GB8175-87 设备及管道保温设计导则中5.1规定管道或圆筒设备直径大于1020mm的可以按平面保温层厚度计算。平面保温层的计算公式： (3.20) 式中 保温层厚度，mm；常数，按中华人民共和国法定计量单位计算，按公制计量单位计算 ；热价，元/ （元/）；保温材料制品导热系数，W/(mK)kcal/(mh)；年运行时间，h；设备和管道的外表面温度，K（）；环境温度，保温结构单位造价，元/；保温工程投资贷款年分摊率，按复利计息：,%;；年利率（复利率），%；n计息年数，年；保温层外表面向大气的防热系数，W/(mK)kcal/(mh)； 其中 T=98 =25在经济厚度及热损失计算中，

39、设备结构表面放热系数一般取11.63W/(mK)kcal/(mh) 年利率i一般取6%10%（复利） 计息年数一般取510年。 热价一般在3.66元/（1525元/）之间。 年运行时间一般按8000h计算。将以上数据代入公式3.20可得：=20.22mm由于水套炉在室外使用，故需在保温层外加护一层保护层，根据GB8175-87 设备及管道保温设计导则 中 7.4.2规定，采用0.30.8mm厚的镀锌钢板，或者防锈铝板，并且壳的接缝必须搭接。故本研究中采用0.5mm厚的镀锌钢板作为保护层，并采取适当措施进行紧固。3.4.3电热器的计算加热功率的计算按以下三个方面：1、 运行时的功率2、 启动时的

40、功率3、 系统中的热损失所有的计算应以最恶劣的情况考虑：1、 最低的环境温度2、 最短的运行周期3、 最高的运行温度4、 加热介质的最大重量（流动介质则为最大流量）系统运行时所需要的功率： (3.21)式中：功率，kW；介质重量，kg；介质比热，kcal/kg介质和环境温度之差或温升，；时间，h查工程常用物质的热物理性质手册得： 代入数据得：启动时所需要的功率：加热2小时，可以达到加热天然气的温度需要520kW的电加热器。故选择500kW的电加热器，当水套炉中水的温度达到可通入天然气时，通过电气控制，将电加热器的功率降为50kW即可。3.5各附件的焊接3.5.1焊接要求本研究中需要焊接的部件都

41、应该遵循SYT 5262-2009火筒式加热炉规范中的相关规定。其焊接要求如下：（1） 当焊接环境出现下列情况之一时，若无有效防护措施不应焊接（a） 手工焊时风速大于10m/s；（b） 气体保护焊时风速大于2m/s；（c） 相对湿度大于90%；（d） 雨雪环境；（e） 焊件温度低于-20。（2） 在焊接过程当中，环境温度为020时，焊件应该在开始焊接处100mm范围内预热到15以上。（3） 按照焊接工艺要求需要对碳钢及低合金钢进行预热时，预热温度保持一致。（4） 手工双面焊应该清理焊接，自动焊和二氧化碳气体保护焊如通过经验确认能保证全焊透可不做清根处理。（5） 处于设计压力p6.3MPa的水套炉盘管的手工焊对接焊缝，角接焊缝应采用氩弧焊打底。（6） 用手工电弧焊和气焊焊接管子时，宜采用多层焊，各焊层的接头应错开。（7） 焊接接头两端的引弧板、熄弧板或试板，焊后应用气割割下，不应锤击打落。（8） 接管补强圈的焊接，应在接管与壳体之间的焊接接头检查合格后进行。（9） 对