产万吨圆筒管式加热炉设计

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)PAGEPAGEIPAGEI摘要本设计为年产240万吨原油圆筒管式加热炉，在本设计中主要完成对辐射段、对流段以及烟道的工艺尺寸的计算、热量的衡算、钢结构的计算及校核和加热炉各零部件的选用。其中辐射室工艺尺寸包括辐射室炉管的直径、炉管的壁厚、炉管的长度、炉管的根数、辐射室的外形尺寸等；对流室的工艺尺寸包括对流炉管的形式、炉管的直径、炉管的壁厚、炉管的排数及每排的根数、热量衡算的部分包括计算燃料量、燃烧器的规格和根数。本设计的要点是加热炉高的热效率，提高燃油的利用率。常采用的措施有降低炉子的排烟温度、减小过热空气系数、减少化学部完全燃烧损失、减少机械不完全燃烧损失、减少炉壁散热等。也可以设置烟气余热回收系统来提高加热炉的热效率。关键字：加热炉；炉管；辐射；对流；AbstractThedesignfortheannualproductioncapacityoftwomilliontonsofcrudeoilcylindertubefurnace,inthecompletionofthedesignofthemainparagraphofradiation,convection,aswellasthesizeofthestackprocess,theheatbalance,steelstructureandthecalculationandcheckingSelectionofthevariousfurnacecomponents.Roomsizeradiationtechnology,includingradiationchamberfurnacetubediameter,tubewallthickness,tubelength,therootofthenumberoftuberadiation,suchasroomdimensions;convectionprocessroomsize,includingtheformofconvectionfurnacetubes,furnacetubediameter,wallthicknessofthetube,thetuberownumberandtherootofthenumberofeachrow,theheatbalancecalculationofthepart,includingfuel,thespecificationsoftheburnerandrootnumber.Thegistofthepresentfurnacedesignwithhighthermalefficiencyandfuelutilization.Measuresoftenusedtoreducethefurnacefluegastemperature,reducingtheover-heatedaircoefficient,theDepartmentofincompletecombustiontoreducethelossofchemicalstoreducethemechanicallossofincompletecombustion,reduceheat,suchasfurnacewall.Fluegascanalsobesetupwasteheatrecoverysystemtoincreasethethermalefficiencyoffurnace.Keywords:Furnace；Steel；Furnacetube；Radiation；Convection齐齐哈尔大学毕业设计(论文)PAGEIII目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题背景 11.2本课题发展方向 1第2章设计要求和设计参数 32.1设计要求 32.2设计参数 32.2.1燃料油 32.2.2原油工艺条件 32.2.3过热蒸汽条件 32.2.4原油产品分率 3第3章工艺计算 43.1加热炉热负荷计算 43.1.1管式加热炉工艺计算所需的基础数据 43.1.2被加热介质的比焓 43.1.3被加热介质的热负荷 53.2燃烧过程计算 63.2.1燃料油燃烧物性 63.2.2加热炉设计的热效率计算 63.3辐射段计算 83.3.1辐射段基础数据 83.3.2辐射段炉体尺寸确定 93.3.3辐射段热平衡计算 113.4对流段计算 143.4.1核算对流段热负荷 143.4.2对流段工艺尺寸计算 203.5加热炉压力降 243.5.1炉管压力降 243.5.2加热介质进口压力降 253.6烟囱设计 263.6.1烟囱直径 263.6.2烟囱高度计算 26第4章加热炉的检测、检验和试验 324.1炉管水压试验 324.2炉管焊接接头的检测和检验 32第5章加热炉钢结构 335.1辐射室钢结构 335.2对流室钢结构 335.3平台梯子 33第6章余热回收系统 35第7章加热炉配件的设计选用 367.1辐射管的支撑 367.2看火门 377.3人孔门 377.4防爆门 387.5燃烧器的选择 397.6清扫门和吹灰器 40结论 41参考文献 42致谢 43齐齐哈尔大学毕业设计(论文)PAGE42第1章绪论1.1课题背景近年来，随着石油化学工业的迅速发展，管式加热炉技术越来越引起人们的重视。管式加热炉消耗着大量的能量，而在制造乙烯、氢气和合成氨的工艺过程中，它已成为进行裂解和转化反应的心脏设备，支配着整个工厂或装置的产品质量、收率、能耗和操作周期。因此对管式加热炉的设计和余热回收系统的设计就非常必要了。管式炉在石油化厂具有举足轻重的作用，管式炉的能耗很高。此外，由于加热炉在燃料燃烧时的噪声和烟气排放也对环境污染造成相当严重的影响。这些因素都必须在加热炉设计时加以考虑。1.2本课题发展方向在炼油工程上，采用管式加热炉开始于1910年至1911年间，在没有采用管式加热炉之前原油加工方式均为釜式蒸馏，小处理量、且为间歇生产。管式加热炉的使用是炼油工业由小处理量、间歇生产转向大处理量、连续生产的标志。常减压蒸馏装置是原油初加工装置，其的处理能力决定了整个炼油厂加工能力或规模。在常减压蒸馏装置中，常压炉的处理能力决定了常减压蒸馏装置处理能力，如果常压炉的处理能力不够，整个装置将无法完成预定的任务。石化工艺加热炉的能耗约占整个生产装置能耗的50%～60%，其热效率的高低直接决定着整个生产装置能耗大小，直接影响着生产成本。石化工艺加热炉的基建投资费用，约占一般炼油装置总投资的10%～20%，总设备费用的30%左右；在重整、制氢等装置中则占装置总投资的25%左右；乙烯裂解炉和化肥转化炉的基建投资费用约占装置总投资的35%左右。石化管式加热炉的基建投资费用大小直接影响着整个生产装置或炼油厂、石油化工厂的基建投资。由于石油化工工艺管式加热炉的被加热工艺介质为易燃、易爆的液体或气体，且压力较高，一旦发生重大事故，后果不堪设想。因此，石油化工工艺管式加热炉能否长周期安全、稳定运行对整个装置或全厂实现“长周期安全、稳定运转”有着直接的影响。几乎每一套炼油和石油化工装置中都有管式加热炉，也就是说：管式加热炉几乎参与了炼油和石油化工的整个生产过程。管式加热炉是炼油装置中的三大主力设备之一（塔器、换热器和管式加热炉），是乙烯和化肥等石油化工生产装置的“心脏”设备，没有石油化工工艺管式加热炉，就没有现代化的炼油和石油化工工业。石油化工工艺管式加热炉排放的烟气中NOx、SOx、CO2等有害成分含量是否达到国家标准规定，对操作工人和周边居民的生活或身体健康都有着直接影响。上述充分说明了管式加热炉在炼油和石油化工生产中占有十分重要的地位，搞好石油化工工艺管式加热炉操作、管理工作对炼油和石油化工生产装置实现高处理量、高质量、高效率、低能耗和长期安全、稳定运转及减轻对环境的污染有着重大意义。第2章设计要求和设计参数2.1设计要求1）、设计方案的论证与制定；2）、加热炉及其附件设备的结构设计；3）、各设备需进行强度计算，校核及结构设计；4）、编写设计说明书并画结构图；5）、绘制工程图、总装图、钢结构图、盘管图。2.2设计参数2.2.1燃料油大庆常压重油化学成分：C—87%H—12.26%S—0.74%重度：γ=916.2Kg/粘度80℃—58.4cp100℃—29.2cp2.2.2原油工艺条件入炉温度280℃出炉温度370℃气化率30%出炉压力0.2Mpa2.2.3过热蒸汽条件流量为原油处理量的10%；入炉温度142℃饱和；出炉温度420℃过热。2.2.4原油产品分率汽油：4.6%；煤油：6.6%；轻柴油：10.8%；重柴油：8%；其余为常压重油；70%。第3章工艺计算3.1加热炉热负荷计算3.1.1管式加热炉工艺计算所需的基础数据a）、被加热介质的组成：C—87%H—12.26%S—0.74%；b）、被加热介质的密度：c）、燃料的种类：大庆常压重油；d）、原油质量流量：e）、蒸汽的质量流量：f）、管内介质质量流量：3.1.2被加热介质的比焓被加热原油相对密度:被加热原油的碳氢比:查得物性系数，近似取的焓表图查表知API重度为27，查得加热介质的各部分比焓:[11]a）、原油入口焓：；b）、原油出口焓：；c）、蒸汽人口焓：；d）、蒸汽出口焓：。3.1.3被加热介质的热负荷加热炉原油介质的热负荷式中：Qn——加热炉的原油介质热负荷，kW；Wn——被加热原油的质量流量，kg/h；Iil——被加热原油入炉的比焓，kJ/kg；Iol——被加热原油出炉的比焓，kJ/kg；q——其它热负荷,kW。其它热负荷忽略不计,即q=0，加热炉蒸汽介质的热负荷式中：Qv——加热炉蒸汽介质的热负荷，kW；qv——蒸汽介质的质量流量，kg/h；Iig——被加热蒸汽入炉的比焓，kJ/kg；Iog——被加热蒸汽入炉的比焓，kJ/kg；q——其它热负荷，kW。其它热负荷忽略不计,即q=0，加热炉的总的热负荷设计热负荷Qc:3.2燃烧过程计算3.2.1燃料油燃烧物性所用的燃料为大庆常压重油,查阅相关资料，可知燃料的燃烧物性：[1]a）、高热值：b）、低热值：c）、理论空气量：Lｏ=14.40kg空气/kg燃油（α=1）；d）、理论燃烧温度：2020℃（α=1时）。3.2.2加热炉设计的热效率计算过剩空气系数和加热炉排烟温度的确定拟采用GNK/YQ-200型油气联合燃烧器，根据相关标准选取过剩空气系数为：α=1.20。[2]查燃料含硫量与最低金属表面温度图得ts不得低于140℃。同时考虑到被加热介质是热流体进入炉体，为了保证对流室的换热效果，烟气的出炉温度应高于被加热介质进炉温度120℃以上。取：ts=280+120=400℃。加热炉本身的设计热效率式中：η——加热炉的设计热效率，%；q1——烟气离开加热炉带走的热量损失，%；q2——加热炉表面散热损失，%；q3——机械和化学不完全燃烧损失，%。根据烟气的出炉温度，查“烟气热量损失图”，得q1=18%，q2与q3根据经验取q2+q3=3%。(也可看作q2+q3为辐射段加对流段总热损失)燃料油用量在热平衡计算时，燃料，空气，雾化蒸汽带入的显热与燃料燃烧放出的热量相比，数值很小，仅1%误差，可忽略不计。工程上为简便起见，往往把这三项带入显热忽略。计算公式：烟气流量计算公式：式中：Wg——烟气流量，kg烟气/h；B——燃料用量，kg燃料/h；Gg——烟气量，kg烟气/kg燃料；Ws——雾化蒸汽量，kg蒸汽/kg燃料。加热炉的燃烧器采用内混式蒸汽雾化，雾化蒸汽量可取。实际空气量：烟气量：烟气流量：3.3辐射段计算3.3.1辐射段基础数据辐射段热负荷辐射段的热负荷取加热炉总热负荷的70%，辐射炉管管壁平均温度炉管介质的平均温度：，辐射管的平均温度可取比炉管介质平均温度高42℃，即：。辐射管平均表面热流密度被加热介质为原油，采取单面辐射，取辐射管表面的平均热流密度为25kw/m2。辐射管表面强度参阅考“辐射炉管表面强度和管内质量流速经验数据”取辐射炉管表面强度。辐射管加热面积计算公式：式中：AR——辐射管加热表面积，m2；QR——辐射段的热负荷，千卡/时；qR——辐射炉管的表面强度，。3.3.2辐射段炉体尺寸确定辐射管管径参阅考“辐射炉管表面强度和管内质量流速经验数据”取辐射炉管管内质量流速GF=1200kg/(m2·s)。[1]选用管程数N=4，式中：di——辐射炉管内径，m；GF——管内流体质量流速，kg/m2·s；WF——管内流体流量，kg/h；N——管程数。选用公称直径Φ127的炉管，管间距为250mm。辐射段炉管长度和节圆直径辐射管长度和炉膛高度满足下式关系式中：AR——辐射管加热表面积，m2；C——管心距与辐射管外径之比；L——辐射管长度，m；——辐射室节圆直径，m；根据要求，试确定高径比，可以得到：解得：D＇=8.40m，L＝16.80m。根据相关标准选用炉管的长度为15000mm，炉膛高度H=L+上下弯头高度+膨胀长度+上部间隙上下弯头高度为:炉管每米的膨胀长度为10mm，则膨胀长度为：0.01×15=0.15m。上部间隙为0.3m。则炉膛高度为：H=15+0.38+0.15+0.3=15.83m炉管数取炉管的根数为n=117根炉膛直径实际节圆直径：炉膛直径：3.3.3辐射段热平衡计算当量平面面积式中：Acp——当量平面，m2；n——辐射管根数；La——辐射管有效长度，m；S——辐射管管心距，m。气体的交换因数a）、烟气中二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)的分压值p：根据加热炉的过剩空气系数，由“烟气中CO2和H2O的分压”图查得:[2]P=0.24atm；b）、平均气体的辐射长度L：所采用的是圆筒型加热炉，高径比为2，根据要求确定平均气体的辐射长度为一倍的炉体直径。即：L=D=9.41m；c）、烟气辐射率εg：；试确定炉膛烟气平均温度Tg=825℃=1098K；根据PL值和Tg查“烟气辐射率”图得：εg=0.645。[12]d）、炉膛总内表面积ΣF：式中:ΣF——炉膛总内表面积，m2。e）、炉膛有效辐射率εs:式中：Fa——有效吸收因数（对于管心距S=2D，取Fa=0.88）。f）、气体交换因数F：式中：εs——炉膛有效辐射率；εf——炉膛表面辐射率；对于炉管材料是碳钢、铬钼钢，取炉膛表面辐射率εf=0.9。辐射段热平衡辐射段传热速率方程式：辐射段热平衡方程式：式中：QR——辐射段热负荷，kW；Acp——当量平面，m2；F——气体交换因数；Fa——有效吸收因数；qR——辐射段表面散热损失，%；qg——离开辐射段炉膛烟气带走的热量损失，%；C1——系数。a）、试确定Tg=825℃=1095K，辐射段采用的圆筒型，系数C1=40.60。b）、有效吸收因素：Fa=0.88；辐射段表面损失：qR=3%；烟气带走的损失：qg=18%。热负荷平衡，确定的Tg=825℃符合条件。3.4对流段计算3.4.1核算对流段热负荷管内介质流动的雷诺数计算公式：Re——雷诺数；di——炉管内径，m；GF——管内介质质量流速，kg/m2·s；μ——管内介质平均温度下的动力粘度，Pa·s；a）、炉管内径di:壁厚按照标准试选用6mm。b）、管内介质的质量流速GF：对流段和辐射段一样采用4管程。式中：qn——管内介质质量流速，kg/h；di——炉管内径，m。c）、管内介质的平均温度d）、管内介质平均温度下的粘度υ：已知任意两温度下的粘度，石油液体在其它温度下的粘度安下式计算：式中：T1、T2——热学温度，K；υ1、υ2——液体分别在T1、T2温度下的运动粘度。根据给定参数得在基准温度下的粘度：T1=80℃=353Kυ1=58.4cstT2=100℃=373Kυ2=29.2cst=1.1cpf）、管内介质流动的雷诺数Re：，介质在管内的流动为紊流。管内膜传热系数介质的流动为紊流，炉管流动介质为液体。管内膜传热系数按下式计算。式中：hi——管内膜传热系数，；λ——管内介质平均温度下的热导率，W/(m·K)；μ——管内介质平均温度下的动力粘度，cp;c——管内介质在平均温度下的比热容，kJ/(kg·K)；——包括内膜结垢热阻在内的内膜传热系数，管外传热系数计算公式：式中：hs——钉头表面传热系数，；——包括结垢热阻在内的钉头表面传热系数,;——钉头效率；b——钉头高，m；ls——钉头周长，m；ds——钉头直径，m；λs——管材的热导率，；ax——钉头的断面面积，m2；Th——双曲正切Gg——烟气通过钉头管束的质量流速，kg/(m2·s)；——包括结垢热阻在内的钉头管光管外对流传热系数，；m——系数；——钉头管外膜传热系数，；as——每米钉头管钉头部分外表面积，m2；ab——每米钉头管光管部分的外表面积，m2；ao——每米钉头管光管外表面积，m2。a）、管材的热导率λs：管材选用的是碳钢材料，查得碳钢的热导率b）、炉内烟气的平均温度Ta：c）、钉头的断面面积ax（采用的钉头为标准钉头，钉头高为0.025米）：d）、每米钉头管钉头部分外表面积as：e）、每米钉头管光管外表面积ao：f）、每米钉头管光管部分的外表面积ab：和每米钉头管钉头部分外表面积；g）、钉头表面传热系数hs：h）、包括结垢热阻在内的钉头表面传热系数：i）、系数m：j）、钉头效率Ω：k）、光管的对流传热系数：l）、包括结垢热阻在内的钉头管管外膜传热系数：m）、钉头管外膜传热系数；对流段总系数计算公式：式中：kc——对流段总传热系数；——包括结垢热阻在内的管内膜传热系数；——包括结垢热阻在内的管外膜传热系数；hi——管内膜传热系数；ho——管外膜传热系数。对流段总传热系数3.4.2对流段工艺尺寸计算.对流室的有效长度式中：Lc——对流管有效长度，m；D——辐射段内径，m；——对流管外径，m。选用对流管标准钉头管取对流段长为8米。对流室的宽度确定对流室的宽度，应首先考虑每排对流管数应为管程的整数倍，试确定每排炉管数为8根，即nw=8。考虑到加热炉的热负荷比较大，采用钉头管三角形排列。钉头管的钉头尺寸：炉管外径dc=127mm，炉管间距Sc=250mm，钉头直径ds=12mm，高h=25mm，纵向间距=16mm，每圈钉头数Ns=12。对流室净宽：式中：b——对流室净宽，m；图3-2钉头管nw——每排炉管根数；Sc——对流室炉管管心距，m；dc——对流管外径，m；h——钉头高度，m。单位长度钉头管所占流通面积式中：ac——单位长度翅片所占流通面积，m2/m；——纵向钉头间距，mm；ds——钉头直径，m；h——钉头高，m。烟气的质量流速：烟气质量流速控制在2～4kg/m2·s，符合要求。对流炉管的表面积和管排数计算公式：式中：Qc——对流段热负荷，千卡/时；Ac——对流炉炉管表面积，m2；Nc——对流炉管管排数；——每排对流炉管的根数；Lc——每根对流管的有效长度，m。a）、对流段的热负荷Qc：对流平均温差式中：ΔT——对流平均温度差，℃；Tg——对流段烟气的进口温度，℃；——对流段被加热介质的出口温度，℃；Ts——对流段烟气出口温度，℃；T1——对流段被加热介质进口温度，℃；T2——被加热介质出炉温度，℃。T1=280℃，T2=370℃，Tg=825℃，Ts=400℃。b）、对流炉管炉管表面积Ac：c）、对流炉管管排数Nc：取Nc=7。3.5加热炉压力降3.5.1炉管压力降计算公式：式中：ΔP——介质通过辐射炉管或对流炉管的压力降，Mpa；Le——单程辐射或对流炉管的当量长度，m；——每程炉管根数；u——辐射段或对流段的平均操作条件下炉管内介质流速，m/s；g——标准重力加速度，m/s2；——炉管内介质在操作条件下的重度，kg/m3；L——每根炉管的长度，m；——与炉管连接形式有关的系数；f——水力摩擦系数，根据数查图；N——管程数。辐射段炉管压力降：查“水摩擦系数图”得f1=0.0046u1=1.31m/s。对流段炉管压力降对流炉管的总根数：查“水摩擦系数图”得f=0.0046，u2=1.31m/s。3.5.2加热介质进口压力降被加热介质从辐射段的上端进入炉体式中：——加热炉被加热介质进口高于工艺管线造成的压力降，；ΔH——加热炉被加热介质进口标高与工艺管线标高差，m。加热炉被加热介质进口标高与工艺管线标高差为辐射段炉管的长度，即ΔH=15m。加热炉的总压力降：3.6烟囱设计3.6.1烟囱直径烟囱的直径计算式：3.6.2烟囱高度计算烟气通过交错水平排列钉头管的管排阻力式中：——对流管的管排数；ΔH——钉头管管排的阻力；Ggo——烟气在钉头管区域外部的质量流速，kg/(m2·s)Aso——钉头区域外部的流通面积，m2Asi——钉头区域内部的流通面积，m2S——对流段宽度，m；Ns——每一周的钉头数目；Wg——烟气的质量流速，kg/s；——钉头与钉头之间的间隙，m；——相邻钉头管钉头之间的间隙，m；——纵向钉头间隙，mm。S=2.34mdc=0.127mb=0.025m式中：——对流段烟气的进口温度；——对流段烟气出口温度。查得烟气在612.5℃下烟气的粘度烟气通过各部分的局部阻力计算公式：a)、烟气由辐射室进入对流室的局部阻力对流室截面积：辐射室截面积：由截面积比查得=0.39=825℃=1098Kb）、烟气由对流室进入烟囱的阻力烟囱的截面积：查得=0.39取c）、烟气通过烟囱挡板时的阻力按照蝶阀考虑假定开启角度为70°，即α=20°，查得=1.54烟气在烟囱内的摩擦阻力损失式中：ΔH3——烟气通过烟囱的摩擦损失，毫米水柱；f——水摩擦系数；——烟囱内烟气的平均温度,K（一般假设等于对流段烟气出口温度减去55）；——烟囱高度，米；烟囱内衬轻质耐热衬里，取f=0.013试取=20m，烟气在烟囱内的动能损失式中：ΔH4——烟气在烟囱内的动能损失烟囱的最低高度式中：——烟囱的抽力，毫米水柱；——烟囱高度，m；Ta——大气温度，K；——烟囱内烟气平均温度，K;——烟囱底部的烟气温度，K;——系数，查表15。烟囱的抽力，应大于烟气总阻力。令烟囱最小抽力等于上述计算的总阻力，由下式计算烟囱最小高度。查表取=0.89=300K=673K则：因此烟囱最小高度为12.81米（根据具体要求，烟囱的实际高度要高于12.81米）。第4章加热炉的检测、检验和试验4.1炉管水压试验炉管在管式炉组装完毕后应进行系统的水压试验，在试验压力下保持时间不应小于30分钟，然后降至设计压力，并保持足够的时间进行全面检查。如焊缝无泄漏、发汗现象且系统压力不下降，即为合格。炉管材料为铬钼低合金钢，铬钼低合金钢炉管水压试验时，水温应不低于15℃。冬季进行水压试验时应采取相关的防冻措施。水压试验合格后，必须立即将水放净，并且用压缩空气吹干净。试验压力：计算试验压力小于2.45MPa，故用2.45MPa的压力进行炉管液压试验。[12]4.2炉管焊接接头的检测和检验炉管焊接接头的表面质量应符合以下要求：a）、对接接头的余高应符合GB150-1998的有关规定；b）、焊接接头尺寸应符合设计要求，焊缝金属应与母材圆滑过渡；c）、焊接接头表面不应有裂纹、气孔、弧坑和飞溅物；d）、铬钼低合金钢及不锈钢炉管的焊接接头不应咬边。 炉管焊接接头的射线、超声、磁粉或液体渗透检测应符合JB4730的有关规定。炉管的对接接头：炉管介质为原油，按要求进行100%的射线检测或100%超声波检测。射线检测Ⅱ级为合格，超声波检测Ⅰ为合格。第5章加热炉钢结构管式加热炉钢结构是为满足工艺加热、生产操作和检修的需要，为了支持炉管系统、衬里和零部件等重量所设置的外部钢架体系。钢结构的强度除承受加热炉看不见的静载荷和动载荷外，还应能承受风载荷和地震载荷作用等，炉顶和操作面的防雨棚还要考虑雪载荷。5.1辐射室钢结构辐射室的的钢结构由桁架或梁柱及钢板组成。炉底的钢结构采用架空式，下部的空间净高应大于1.8m，架空式炉底的重量是通过梁传递给立柱的。对于圆筒炉炉底以下的立柱，可以设计成钢筋混凝土柱墩，辐射室下部有500mm长的钢柱安放在柱墩上。也可以全部采用钢制立柱，下端用递交螺栓固定在混凝土的基础上。本加热炉，可以拟采用后种。圆筒炉的辐射室的炉管垂在排列时，立柱的间距有结构需要确定，一般不宜大于4.5m。钢结构上的横梁除加强立柱侧向的稳定性以外，还起到固定砖拉钩的作用，横梁的间距一般不大于3m。圆筒型加热炉的辐射室也是由立柱、环梁和壁板组成的。为便于设计和施工，立柱的根数设计成偶数，相邻两立柱的弧长可在1.6~2.5m范围内选用。筒体环梁的间距一般不大于2.5m。筒体壁厚的厚度可根据与立柱联合受力的假设确定，可采用5mm厚制作。5.2对流室钢结构对流室钢结构一般均为长方形截面，有桁架结构或梁柱结构和表面钢板组成。对流室的长度差不多接近辐射室的直径，因而对流室的长宽比相差较多，采用这种形式的对流室时，辐射管可以通过对流室两侧，位于辐射室顶上的检修孔进行吊装。这种对流室形式的优点较多，所以国外大都采用这种形式。对流室内一般都排满了对流管，对流管的重量是通过两端和中间管板传给立柱和主梁的。两端和中间管板的分快应相互对应，以便在施工中成组吊装。5.3平台梯子加热炉平台梯子是为操作和检修使用而设置。平台构件一般可采用椭圆孔用螺栓连接，减少附加应力的产生。由于在生产操作中需要经常通过辐射室下层的看火孔观察和调节火焰的燃烧，所以圆筒炉第一层平台一般是整圆，梯子应为斜梯。确定第一层平台宽度时，应将燃料调节阀门和仪表箱等所占用的空间和位置留出。考虑到这些因素，所以第一层平台的宽度应不小于1.2m，其他各层平台的宽度可设置为1.0m。为了便于操作和检修，圆筒炉辐射室采用盘梯。在热负荷较大的单个炉子还应设置安全梯。安全梯可以为直梯，安全梯的位置的布置应考虑发生火灾后操作人员能及时安全疏散的条件来确定。所有的平台均应设置栏杆。为增加安全感，当平台距地面的高度大于20m时，栏杆的高度采用1.2m；在20m以下，栏杆高度采用1m。栏杆立柱的间距约为1.5m。平台采用花纹钢板或剪张钢板铺设。辐射室和对流室上的直梯，高度大于2.5m时，均应设保护圈，烟囱上的直梯可根据具体情况确定。第6章余热回收系统管式炉的燃料消耗在炼油装置能量消耗中占有很大的部分，少则20%~30%，多则80%~90%。因此，提高管式炉的热效率，减少燃料的消耗，对降低装置的能量消耗具有十分重大的意义。热效率是衡量管式炉先进性的一个重要指标。它关系着石油化工装置能耗的高低。采用余热回收系统可以大大的提高管式炉的热效率，节省能耗。回收烟气余热的方法很多：减小对流室末端温差；将其它需要加热的冷介质引入对流室尾部；设置烟气余热锅炉产生蒸汽；设置空气预热器以预热燃烧用空气。考虑到本管式炉的实际工况和经济效用，采用空气预热器以预热燃烧用空气的办法。空气预热器的种类繁多，实际的操作工况和经济效率来看，宜选用钢管式空气预热器。钢管式空气预热器是应用比较早的空气预热器，各方面的技术条件已经很成熟。因而现在被大规模的应用在各种加热炉上。加热炉的炉型不同，根据具体的条件，钢管式空气预热器可以直接放在对流室顶部，简称上置式；也可以将对流室的烟气引下来，通过空气预热器和引风机后再将烟气由烟囱排出，这种空气预热器由于置于放在炉侧地面的基础或钢架上的，故简称下置式。本管式加热炉采用的下置式钢管式空气预热器。上置式钢管式空气预热器的优点是占地面积小，结构简单，而且利用烟囱的抽力克服预热器和炉子其它各部分的阻力。可不用引风机，故节省点好、操作费少。缺点是预热器重量由炉子本体承受，旧炉改造时需对加热炉钢架强度进行重新核算，必要时应对钢架予以加强；由于预热器放在炉顶，所以更换和检修比较困难，并且也不能甩开预热器系统对主炉进行独立操作。下置式钢管式空气预热器主要优点是预热器更换和检修方便、操作灵活；但占地面积、钢材消耗和投资较多。钢管式空气预热器的形式，根据换热管的水平放置或垂直放置可以分为立式和卧室两种。立式预热器内，烟气走管程，空气走壳程；而卧式预热器内，烟气走壳程，空气走管程。本管式加热炉采用的下置式钢管式空气预热器，采用立式结构。第7章加热炉配件的设计选用7.1辐射管的支撑垂直管的支撑形式有上吊和下支两种。[1]上吊式支撑一般采用吊钩支撑，也可以采用吊环和焊接吊架。吊钩虽然比其它两种形式多用合金钢，但它结构简单，安装方便，便于炉壳密封，因此采用得最多。本圆筒加热炉辐射室的垂直炉管采用吊钩支撑（图7-1）。每个吊钩支撑两根辐射炉管的重量，但考虑到安装误差可能使个别吊钩脱落，在强度计算时按支撑三个炉管计算。标记：φ127-391炉管吊钩图7-1炉管吊钩考虑到辐射段的炉管较长时，在炉管长度2/3处设置拉钩（图7-2），以防止炉管弯曲。炉管的下弯头应焊接定位管。下弯头底面至炉底上表面之间，以及定位管顶端至密封管帽之间，均应留出足够的膨胀空间，以保证炉管热状态下的自由膨胀。图7-2炉管拉钩7.2看火门看火门是用来观察炉内火焰状况和辐射管运行情况的，因此看火门的数量和位置应能看到所有燃烧器的燃烧状况。对于所设计的圆筒加热炉，第一层设置四个看火门，第二层设置两个看火门（图7-3）。图7-3看火门为了观察炉顶衬里和遮蔽管，炉底设置球形看火门（图7-4）。图7-4炉底球形看火门7.3人孔门为了进入辐射室进行检修，需要设置人孔门和检修门。对于所设置的圆筒加热炉的人孔门设置在炉底。由于炉底至地面的高度有限，不足以抽出或送入拆换的辐射管，因此在炉顶设有环形弯头箱时，应在对流室两侧的炉顶上开检修孔，检修孔的大小应该能满足一次抽出或送入两根（焊好的一个弯头）辐射管的需要。本加热炉在炉底设置一人孔门（图7-5）,标记:DN580-PN1.6人孔。图7-5炉底人孔门在对流室侧壁上设置方式人孔门（图7-6），便于检修和拆换对流室的炉管。在对流室的两壁各设置一个人孔门。人孔门的大小应能保证方便取出对流炉管和吹灰器。图7-6对流室人孔门7.4防爆门炉内积存可燃气体和空气的混合物时，就有发生爆炸的危险，因此辐射室均应设置防爆门（图7-7），以便在发生爆炸事故时及时泄压。防爆门的位置应能保证泄压时喷出的热气流不致危及人员和邻近设备的安全。本圆筒加热炉在辐射室的上部设置四个防爆门，以保证发生爆炸事故时及时泄压。图7-7防爆门7.5燃烧器的选择燃烧器选用圆柱型火焰燃烧器燃烧器采用Ⅳ型油—气联合燃烧器名义放热量为3MW燃烧器参数：油孔直径φ4，蒸汽孔数：8蒸汽孔孔径：φ2.5喷孔数：12喷孔孔径：φ2.8燃料气孔总数：30燃料气孔孔径：φ2.5燃烧器的个数和位置分配确定燃烧器数量时，其总能量应比管式加热炉所需燃料提供的热量高20%~25%。所设计的加热炉取高于燃料提供热量的20%。式中：n——需要燃烧器的个数；Q——加热炉需要的热负荷，MW；Qm——燃烧器名义放热量，MW。取n=14炉管中心线的距离应不小于1.4m。[2]燃烧器节圆直径:7.6清扫门和吹灰器为了清扫对流管外表面的积灰，保证对流传热效果，对流室设置吹灰器和清扫门（图6-8）。图6-8清扫门燃油管式炉对流段采用扩面管，对流段安装吹灰器。对于所设计的燃油加热炉，采用电动旋转式固定吹灰器。每个吹灰器吹扫两排对流炉管，对流室共有7排炉管，最下面两排为遮蔽段