導(dǎo)熱油爐供熱系統(tǒng)
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本章主要介紹有機(jī)熱載體燃?xì)鉅t供熱工藝原理，供熱系統(tǒng)組成及供熱管線的操作說明。
第一節(jié) 預(yù)備知識
1.流體的重度和密度
流體單位體積的重量，稱為流體的重度，以γ表示，其單位為kgf/m3。
流體單位體積的質(zhì)量，稱為流體的密度，以ρ表示，其單位為kgf·s2/m4 或kg/m3。重度和密度的關(guān)系為：γ=ρg，流體的重度或密度，隨流體所受的壓力和溫度而變化。液體和氣體相比，液體的變化比氣體要小，其中特別是隨壓力的變化更小。
2.流體的膨脹性
在壓力不變的情況下，流體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)，稱為流體膨脹性。膨脹性的大小，用體積膨脹系數(shù)α來度量，它是增加一單位溫度時所引起的體積相對增大量，即：α= (1/V)·(dv/dt)，式中(dv/dt)——流體體積隨溫度的變化率。流體的α值隨溫度和壓力而變化。
3.流體的粘性
流體本身阻滯其質(zhì)點(diǎn)相對滑動的性質(zhì)，稱為流體的粘性。流體粘性的大小用粘度來度量。同一流體的粘度隨流體的溫度和壓力而變化。
3.1.常用的幾種流體粘度
a.動力粘度
運(yùn)動流體相鄰流體層間，垂直于運(yùn)動方向的速度梯度為1單位時的流體內(nèi)摩擦應(yīng)為τ，稱為流體的動力粘度η。動力粘度又稱物理粘度或絕對粘度，常用單位為泊P(g/cm·s)、厘泊CP及kgf·s/m2
1P=100CP=0.0102kgf·s/m2
b.運(yùn)動粘度
動力粘度η與同溫同壓下的流體密度ρ之比，稱為流體的運(yùn)動粘度γ。
常用單位為沲St(cm2/s)、厘沲cSt或m2/s
1St=100cSt=1×10
c.恩氏粘度
一定體積的流體流出恩氏粘度計容器的時間，與標(biāo)準(zhǔn)情況下同體積的水的流出時間之比稱為恩氏粘度°E。常用單位為秒。
3.2.流體的粘度隨著溫度或壓力的變化而發(fā)生變化
氣體粘度隨溫度升高而增大，隨壓力增加而增大。液體粘度隨溫度升高而減小，隨壓力增加而增大。
4.層流、湍流和雷諾數(shù)
4.1.層流和湍流
從流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動是否紊亂出發(fā)，流動分層流和湍流兩類。
(1)層流 流體質(zhì)點(diǎn)間相互不混雜、層次分明、平滑的流動、稱為層流(片流)。
(2)湍流 流體質(zhì)點(diǎn)間相互混雜而無層次地流動，稱為湍流(紊流)。
4.2.雷諾數(shù)和臨界雷諾數(shù)
雷諾數(shù)Re是一個表征流體慣性力與粘性力之比的無量綱數(shù)，即
Re=(VtLt)/γ
式中 Vt——流體的特征速度，如在管流中取過流斷面上的的平均流速；
Lt——流體的特征長度，如在管流中常取水力直徑ds，對園管內(nèi)的流動即為管子內(nèi)徑d。
實(shí)用上，以下臨界雷諾數(shù)Rec來判別流動狀態(tài)是層流還是湍流。
當(dāng)Re＞Rec時，流動為湍流；
當(dāng)Re＜Rec時，流動為層流。
在內(nèi)徑為d的園斷面管內(nèi)的流動，臨界雷諾數(shù)值Rec=Vd/γ≈2300。
5.流動阻力
實(shí)際流動中，流體在管內(nèi)流動或繞經(jīng)物體流動時都存在流動阻力，其方向與流速相反。
5.1.管流的流動阻力
(1)發(fā)生在整個流程上，由于粘性(內(nèi)摩擦力)所引起的沿程阻力。
(2)流經(jīng)局部管件時，由于旋渦和速度分布的改阻所引起的局部阻力。
5.2.繞流的流動阻力
(1)由于粘性所引起的摩擦阻力。
(2)由于流速變形及旋渦等產(chǎn)生壓力差所引起的壓差阻力。
(3)由于氣體高速運(yùn)動而產(chǎn)生激波所引起的興波阻力。
(4)由于存在自由液面而產(chǎn)生波浪所引起的興波阻力。
(5)由于被繞流物體垂直于束流方向有限長而產(chǎn)生下洗流所引起的誘導(dǎo)阻力。
(6)由于流體作非常流動或物體在流體中作加速運(yùn)動所引起的慣性阻力。
流線形物體的壓差阻力遠(yuǎn)比摩擦阻力��；而非流線形物體的壓差阻力遠(yuǎn)比摩擦阻力大，有時大致可以不計摩擦阻力。
6.比熱
單位物質(zhì)(按重量或分子計)溫度升高1℃所需要的熱量稱為比熱或熱容。
常用的比熱有三種：(1)定壓比熱Cp(恒定壓力下的比熱，也即溫度上升1℃所增加的熱焓)；(2)定容比熱Cv(恒定容積下的比熱)；(3)飽和狀態(tài)下的比熱(溫度與壓力隨蒸汽壓力的變化而變化)。定壓比熱大于定容比熱。在工業(yè)爐中主要用到的是定壓比熱和飽和狀態(tài)比熱，在低于常壓沸點(diǎn)的溫度下，兩者基本相等；但當(dāng)溫度較高，尤其是接近臨界點(diǎn)時，兩者差別就很大。
7.熱傳導(dǎo)
物體中溫度較高部分的分子因振動而與相鄰的分子碰撞，并將能量的一部分傳給后者，即熱能從物體一部分傳到另一部分。這種傳遞熱量的方式叫做熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。
8.對流
在流體中，由于流體質(zhì)點(diǎn)的移動，將熱能從一處傳到另一處的傳熱叫做對流傳熱。在對流傳熱中，亦伴隨著流體質(zhì)點(diǎn)間的熱傳導(dǎo)，但其主要原因是由于流體質(zhì)點(diǎn)位置的變動。在化工生產(chǎn)中常遇新的對流傳熱，是將熱能由流體傳到固體壁面，或者是由固體壁面?zhèn)魅胫車黧w的過程。
9.輻射
輻射是一種以電磁波傳播能量的現(xiàn)象。物體在放熱時，熱能變?yōu)檩椛淠�，以電磁波的形式發(fā)射而在空間傳播，當(dāng)遇到另一物體，則或多或少地被吸收，重新又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?span lang="EN-US">
熱傳導(dǎo)和對流都是靠質(zhì)點(diǎn)直接接觸傳遞熱量，而輻射傳熱不需要任何物質(zhì)做媒介。
10.加熱爐運(yùn)行熱負(fù)荷計算：
加熱爐運(yùn)行熱負(fù)荷就是運(yùn)行時導(dǎo)熱油在加熱爐內(nèi)吸收的熱量，也是加熱爐實(shí)際供熱量，用下列公式計算：
Q＝Vv CP（t2－t1）
公式的意義是流量為G的導(dǎo)熱油，溫度從t1升到t2所吸收的熱量。
式中：Q——加熱爐運(yùn)行熱負(fù)荷，kJ／h；
V——導(dǎo)熱油體積流量m3/h；
v——進(jìn)、出口平均溫度下導(dǎo)熱油重度，kg／m3；
CP——進(jìn)、出口平均溫度下導(dǎo)熱油比熱，kJ／kg·℃；
t1、t2——進(jìn)、出口導(dǎo)熱油溫度，℃。
第二節(jié) 有機(jī)熱載體
以間接方式將熱能從加熱設(shè)備傳遞到用熱單元的傳熱介質(zhì)稱為熱載體,工業(yè)上，熱載體分為有機(jī)熱載體和無機(jī)熱載體兩大類:
（1）有機(jī)熱載體分為礦物油和合成油，如合成油中的芳烴及醇醚等；導(dǎo)熱油是有機(jī)熱載體中的典型代表。
（2）無機(jī)熱載體分為水及水蒸汽、液態(tài)金屬、熔鹽、空氣。
1.幾種熱載體的比較
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名稱 |
使用溫度 |
傳熱性能 |
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對材料要求 |
毒性 |
使用限制 |
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水（水蒸汽） |
100～ |
好 |
高 |
無特殊要求 |
無 |
＜250℃ |
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熔鹽 |
400～ |
低 |
低 |
不宜用于鋁、鎂設(shè)備 |
略有 |
＜550℃ |
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導(dǎo)熱油 |
200～ |
好 |
低 |
無特殊要求 |
無 |
＜350℃ |
2. 有機(jī)熱載體--導(dǎo)熱油
(1)特點(diǎn)：
1) 無毒、無臭、無污染、無任何毒性、無致癌物、無難聞氣味。
2) 揮發(fā)性小、安全可靠，閃點(diǎn)在200℃左右，自燃點(diǎn)在500℃以上。
3) 酸度低，PH值近中性，對設(shè)備無腐蝕性。
4) 餾程高蒸發(fā)損耗�。吼s程的初始溫度高于20℃以上。使用溫度不超過最高使用溫度時，蒸發(fā)損耗低。
5) 熱穩(wěn)定性好，抗氧化性強(qiáng)：在不高于最高使用溫度下使用，其熱分解的速度極慢，油質(zhì)相對穩(wěn)定，年添加量僅為5%左右。
(2)選用
導(dǎo)熱油的選用首先應(yīng)考慮工藝溫度要求及導(dǎo)熱油最高允許使用溫度之間的關(guān)系，導(dǎo)熱油嚴(yán)禁超溫使用，因此，選擇導(dǎo)熱油最高允許使用溫度應(yīng)比工藝需用的主流體最高工作溫度高出10℃～15℃。其次，選擇導(dǎo)熱油應(yīng)考慮導(dǎo)熱油性能特點(diǎn)，包括密度、粘度、閃點(diǎn)、酸值、殘?zhí)考梆s份等，同時還應(yīng)考慮溫度與導(dǎo)熱油的比熱、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系。
(3)用量的選擇：
選擇導(dǎo)熱油用量時，應(yīng)根據(jù)供熱系統(tǒng)的具體情況來確定。
一般情況下，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式來確定：
導(dǎo)熱油用量=1.2（A＋B＋C＋D）m3
A——加熱爐本體內(nèi)的油容量，m3
B——用熱設(shè)備內(nèi)的油容量，m3
C——膨脹槽內(nèi)的油容量，m3
D——供熱系統(tǒng)管線內(nèi)的油容量，m3
(4)導(dǎo)熱油失效的判別：
導(dǎo)熱油長期在高溫下使用，其品質(zhì)會緩慢地發(fā)生變化，它的變化是不可逆的，在超溫條件下運(yùn)行，品質(zhì)劣變加速。因此，定期對導(dǎo)熱油取樣分析(最長不得超過一年)，要著重控制和觀察分析以下幾項指標(biāo)：
1) 酸值(mgKOH/g)達(dá)到0.5時應(yīng)引起重視(按GB264-77方法測定)。
2) 粘度變化達(dá)到15%時應(yīng)引起重視(按GB265-75方法測定)。
3) 閃點(diǎn)變化達(dá)到20%以上時應(yīng)引起重視(按GB267-77方法測定)。
4) 殘?zhí)?span lang="EN-US">(W%)達(dá)到1.5時應(yīng)引起重視(按GB268-77方法測定)。
當(dāng)分析導(dǎo)熱油上述指標(biāo)時，不能孤立地看其中的某一項，但有兩項以上指標(biāo)不合格時，該導(dǎo)熱油給予更換或再生。
l 嚴(yán)禁導(dǎo)熱油超溫使用
l 嚴(yán)禁不同品牌導(dǎo)熱油混用
防止高溫導(dǎo)熱油與空氣接觸(正常使用時膨脹槽溫度超過70℃時應(yīng)引起關(guān)注)
第三節(jié) 供熱系統(tǒng)工作原理
一、工作原理
有機(jī)載熱體爐，是以煤、油或可燃?xì)怏w為燃料，有機(jī)熱載體為熱能的載體，利用循環(huán)泵強(qiáng)制液相循環(huán)，熱載體將熱能輸送給用熱設(shè)備，繼而返回加熱爐重新加熱的直流式特種工業(yè)爐，下面是有機(jī)熱載體爐供熱系統(tǒng)的工作原理圖：
圖1-1 注入式工作原理圖
在以上原理框圖中：有機(jī)熱載體是由循環(huán)油泵輸出，——加熱爐——熱用戶(即用熱設(shè)備)——油氣分離器——再進(jìn)入循環(huán)油泵。這是一個循環(huán)管路，原理圖中是用粗黑線表示出來的，這是主循環(huán)管路，在正常供熱時，有機(jī)熱載體就是沿著這樣一個環(huán)形循環(huán)管路，不斷循環(huán)流動，將熱能從加熱爐送到熱用戶，其他部分如膨脹槽、儲油槽、注油泵等都是不可缺少的輔助設(shè)備，正常供熱時，它們都不參與有機(jī)載熱體的循環(huán)流動，但是它們在整個供熱管路中起著重要作用，是不可缺少的。
第四節(jié) 有機(jī)熱載體爐爐房內(nèi)供熱工藝流程及操作說明
一. 加熱爐爐房內(nèi)供熱工藝流程圖(圖3-2)
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二.操作說明
1.主循環(huán)回路
循環(huán)泵7a(或7b)將導(dǎo)熱油經(jīng)管道Y21送入加熱爐管內(nèi)，經(jīng)加熱后由管道Y22送入用熱設(shè)備進(jìn)入換熱，然后經(jīng)管道Y18、油氣分離器5、Y型油過濾器6 管道Y19返回循環(huán)泵，完成整個循環(huán)過程。
2.注油管線
(1)將外來導(dǎo)熱油注入膨脹槽：外來導(dǎo)熱油經(jīng)管道Y3，通過粗濾器1，齒輪注油泵2，再經(jīng)管道Y1進(jìn)入膨脹槽，此時需開啟的閥門有F3和F1。
(2)將外來導(dǎo)熱油注入儲油槽：外來導(dǎo)熱油經(jīng)管道Y3，通過粗濾器1，齒輪注油泵2，再經(jīng)管道Y1先進(jìn)入膨脹槽,再經(jīng)管道Y5進(jìn)入儲油槽，此時需開啟的閥門有F3和F1。
(3)將儲油槽內(nèi)導(dǎo)熱油注入膨脹槽：儲油儲內(nèi)的導(dǎo)熱油經(jīng)管道Y11,Y4，粗濾器1，齒輪注油泵2，及管道Y1進(jìn)入膨脹槽，此時需開啟的閥門有F4和F1。
3.溢流管線
無論從外界還是從儲油槽內(nèi)注入膨脹槽內(nèi)的導(dǎo)熱油，當(dāng)導(dǎo)熱油在膨脹槽中的液位超過其溢流口時，則由溢流管Y5自動溢流至儲油槽內(nèi)。
4.排油管線
當(dāng)更換新油或設(shè)備維修時需排放導(dǎo)熱油時，相應(yīng)由以下各排油管線實(shí)現(xiàn)：
(1)膨脹槽內(nèi)導(dǎo)熱油的排放：導(dǎo)熱油經(jīng)管道Y8通過溢流管Y5排至儲油槽內(nèi)，此時需開啟閥門F6。
(2)儲油槽內(nèi)導(dǎo)熱油的排放：
(a)儲油槽內(nèi)底部積有少量水份或雜質(zhì)，則可從管道Y12,Y9直接向外排放，此時需開啟閥門F7。
(b)在更換導(dǎo)熱油時，系統(tǒng)中大量導(dǎo)熱油可先儲入儲油槽，再從儲油槽中排出。此時導(dǎo)熱油經(jīng)管道Y11,Y4、過濾器1，齒輪注油泵2及管道Y2進(jìn)行排放，此時需開啟的閥門有F4和F2。
(3)設(shè)備中導(dǎo)熱油的排放
(a)循環(huán)泵中的導(dǎo)熱油可經(jīng)管道Y10、Y4,Y3直接排放，此時需開啟的閥門有F8、F3。也可利用齒輪注油泵將循環(huán)泵中導(dǎo)熱油抽出注入相應(yīng)容器中。
(b)加熱爐中導(dǎo)熱油可經(jīng)管道Y14、Y13及Y9直接排放，此時需開啟的閥門有F10和F7。
(c)用熱設(shè)備中導(dǎo)熱油可通過相應(yīng)設(shè)備上設(shè)置的排放管道和閥門排放。
5.加熱爐總旁路循環(huán)
用熱設(shè)備用熱量發(fā)生變化或停止用熱或用熱設(shè)備發(fā)生故障時，進(jìn)入用熱設(shè)備的導(dǎo)熱油流量會相應(yīng)發(fā)生變化，或人為調(diào)整用熱設(shè)備閥門開度以調(diào)節(jié)用熱量，或出現(xiàn)故障時使進(jìn)入用熱設(shè)備的導(dǎo)熱油減少，此時為保證加熱爐有正常工作流量，不至出現(xiàn)因流量減少而使導(dǎo)熱油在爐管內(nèi)流動過慢而結(jié)焦，則在加熱爐進(jìn)出總管道間加設(shè)總旁路管道Y23及總旁路閥門F21進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.排氣管線及輔助排氣管線
加熱爐在調(diào)試及運(yùn)行操作中，導(dǎo)熱油中含有的水份(或管線水壓試驗(yàn)時存留在系統(tǒng)中)或低揮發(fā)份經(jīng)油氣分離器5膨脹管Y17，通過膨脹槽和儲油槽上相應(yīng)的排氣管道Y6和Y7排出。
加熱爐在調(diào)試過程中如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中含有的氣體量很多，則可通過輔助排氣管道Y16及膨脹槽04來實(shí)現(xiàn)氣體的快速排放，此時需開啟的閥門有F13，此時需關(guān)閉的閥門有F5，注意：打開輔助排氣閥F13時應(yīng)同時關(guān)閉閥門F5，以防止導(dǎo)熱油從排氣管Y6中沖出。當(dāng)系統(tǒng)中氣體量較少和加熱爐在正常工作時，應(yīng)打開閥門F5，此時閥門F13必須處于關(guān)閉狀態(tài)，以防高溫導(dǎo)熱油進(jìn)入膨脹槽而被氧化變質(zhì)。
7.冷油置換管線
在突然停電或循環(huán)泵突然出現(xiàn)故障時，因循環(huán)泵的停止運(yùn)行使?fàn)t管內(nèi)導(dǎo)熱油不流動，此時爐管內(nèi)導(dǎo)熱油因?yàn)椴粩嘟邮軤t膛內(nèi)燃料燃燒余熱而使溫度升高，嚴(yán)重時可使?fàn)t管內(nèi)導(dǎo)熱油結(jié)焦，此時可開啟冷油轉(zhuǎn)換閥門F83，將膨脹槽中的冷油靠靜壓力且經(jīng)膨脹管Y17、油氣分離器5，Y型油過濾器6、循環(huán)泵7a(或7b),進(jìn)入加熱爐內(nèi)，將爐管內(nèi)的熱油經(jīng)冷油轉(zhuǎn)換管Y85及管道Y12排入儲油槽。
對于燃?xì)饧訜釥t，冷油轉(zhuǎn)換的設(shè)置于否可作特定考慮。
三、Y型油過濾器在系統(tǒng)中的位置
Y型油過濾器是用來過濾并清除系統(tǒng)中(包括介質(zhì)中)的異物，以保護(hù)循環(huán)泵。過濾器在系統(tǒng)中的安裝位置有以下兩種形式，如圖3-3中所示。
在此就圖示中兩種系統(tǒng)作簡單討論。圖示a中，過濾器具有自己的一個旁路，且過濾器適用對兩臺循環(huán)泵的保護(hù)，但在該管線中共需七只閥門。圖示b中，過濾器僅適用于一臺循環(huán)泵的保護(hù)，對另一臺循環(huán)泵不起保護(hù)作用，但在該管線中只需兩只閥門。從以上分析中可以得出：
圖3-3過濾器安裝位置
對于圖a所示系統(tǒng)：過濾器具有自己的旁路，適合兩臺循環(huán)泵，兩臺循環(huán)泵的開啟與過濾器無關(guān)，但管線中所需閥門多，一次性投資較大。
對于圖b所示的系統(tǒng)：過濾器與一臺循環(huán)泵串聯(lián)，只適合一臺泵；循環(huán)泵的開啟或過濾器的清洗對循環(huán)泵有影響，如出現(xiàn)介質(zhì)需要過濾，而此時與過濾器串聯(lián)的循環(huán)泵卻發(fā)生故障，此時該種布置就顯得不利，但該管線中所需閥門少，一次性投資較少。
二、常規(guī)用熱設(shè)備供熱流程
隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展和節(jié)能工作的深入，有機(jī)熱載體加熱技術(shù)在各工業(yè)領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。怎樣合理、安全、經(jīng)濟(jì)地選擇供熱流程便成為人們普遍關(guān)心的課題。供熱流程應(yīng)按有機(jī)熱載體的特性和用熱設(shè)備所需熱量進(jìn)行具體設(shè)計，下面介紹以導(dǎo)熱油為熱載體的幾種常規(guī)供熱流程。
1.基本流程
一臺加熱爐帶一臺用熱設(shè)備流程如圖3-4所示。用熱設(shè)備的溫度由溫度控制閥通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量實(shí)現(xiàn)自動控制。
2.多臺用熱設(shè)備流程
一臺加熱爐同時供二臺或多臺用熱設(shè)備獲得不同的溫度，也可只供其中一臺或幾臺用熱設(shè)備交替供熱，如圖3-5所示。這種流程經(jīng)濟(jì)實(shí)用，調(diào)節(jié)方便，用熱設(shè)備通過溫度控制閥調(diào)節(jié)可在各自工藝溫度下運(yùn)行，主循環(huán)旁路設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)其主循環(huán)流量。
3.多回路循環(huán)供熱流程
導(dǎo)熱油供熱流程是為了滿足用熱設(shè)備用熱要求，應(yīng)避免由于用熱設(shè)備的調(diào)節(jié)不合理而造成熱量的大起大落，最終影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用熱設(shè)備的正常工作。因此對溫度有精確要求的用熱設(shè)備，在設(shè)備前應(yīng)自備循環(huán)泵，組成次循環(huán)系統(tǒng)，用熱機(jī)熱負(fù)荷通過控制其次循環(huán)油量獲得調(diào)整。如圖3-6所示。
圖3-4基本供熱流程
圖3-5多臺用熱設(shè)備流程圖
4.加熱、冷卻流程
由于某些生產(chǎn)工藝的要求，用熱設(shè)備一階段需要用導(dǎo)熱油來加熱，另一階段需要用導(dǎo)熱油來冷卻，如圖3-7所示。
圖3-6多回路循環(huán)供熱流程圖
圖3-7加熱冷卻流程圖 http://paygame.com.cn，常州市長城導(dǎo)熱油有限公司
