油田注气锅炉辐射段筒体绝热层工作温度的探讨.docVIP

油田注气锅炉辐射段筒体绝热层工作温度的探讨 王斌① 潘立生 陈敏 万喜军 新疆油田公司机械制造总公司，834000，新疆克拉玛依 摘要：油田注汽锅炉辐射段筒体内部因为有管圈的遮挡，其绝热层工作温度的确定较为困难。本文提出一种计算方法对其进行探讨，该方法对类似结构的筒体绝热层工作温度的确定也提供了一种参考。 关键词：辐射段筒体绝热层 最高温度 平均温度 一、前言 油田注汽锅炉（以下简称注汽锅炉）作为稠油开采中的主要设备，在油田生产中已经得到了广泛的应用。其主要结构如图1。 图1 注汽锅炉的主要结构 注汽锅炉辐射段吸收热量的比例约占注汽锅炉吸收总热量的60%,其绝热效果的优劣直接影响到锅炉的热效率的高低。因此,在辐射段筒体内部采用良好的绝热材料及合理的绝热工艺是实现锅炉节能降耗的重要措施。在确定其绝热材料之前，首先应明确绝热层的工作温度，这样才能保证绝热材料及绝热工艺满足锅炉运行的要求。 二、 注气锅炉辐射段筒体绝热层工作温度的计算 注汽锅炉辐射段筒体绝热层工作温度包括绝热层内表面的最高温度和绝热层的平均温度。确定前者的温度，可选择合适的表面绝热材料。由于辐射段筒体绝热层由不同类型的绝热材料组成，确定绝热层的平均温度，可校核所用绝热材料所承受的温度是否在允许的温度范围内。 1、辐射段筒体绝热层内表面最高温度的计算[1] 辐射段筒体内部结构如图2所示。由于辐射段筒体的直径与绝热层内表面直径之比小于2, 根据有关规定[2]，其筒体内部的绝热层可简化为平面（图3）。 从图3可看出，绝热层上方有管圈遮挡。因为有管圈遮挡，绝热层内表面的温度是不均匀的。两个炉管之间A点的温度最高，将该温度定义为T3max。炉管正背后的温度最低。显然，所选择的表面绝热材料的工作温度应不低于A点的温度T3max。 绝热层内表面的最高温度T3max与管圈中心到绝热层内表面的距离e有关。当e大于某一极限值时，管圈对绝热层的热影响已基本不存在，此时炉膛中火焰对绝热层的照射可认为是均匀的，这时就不存在绝热层内表面的最高温度T3max，只有绝热层的平均温度T3。只有当e≤emax时，才存在绝热层内表面的最高温度T3ma。emax按下式计算： （1-1） 式中 —炉管的外径，mm， —炉管间的相对节距，与相邻炉管中心距s和炉管外径d有关，其值为： （1-2） 式中 s－相邻炉管的中心距，mm， d－炉管的外径，mm。 图2 辐射段筒体内部结构 图3 绝热层的平面简化 对于油田注汽锅炉辐射段而言，e≤emax，因此存在绝热层内表面的最高温度T3max。在该温度的计算公式中，以角码1表示火焰，2表示炉管，3表示绝热层，则公式如下： （1-3） 式中 —火焰的绝对温度，K， —炉管管壁的绝对温度，K， —绝热层内表面的绝对温度，K， ,—火焰及管壁的黑度， ，—由绝热层内表面最高温度A点到火焰以及到管壁的角系数。 火焰绝对温度按以下方法计算： （1-4） 式中 —炉膛出口烟气温度，K， —理论燃烧温度，K。 和可由锅炉的热平衡计算中得出。 管壁温度在绝热层传热计算中一般取管壁向着绝热层内表面的平均温度，常近似地按管内工质温度t[℃]再加上一个附加值[℃]来计算，即 ＝t++273 [K] （1-5） 对于管内有汽水混合物的水冷壁，t 指饱和温度，对于光管，取60℃。 角系数是指最高温度A点到火焰的角系数，它与辐射段内炉管间的相对节距a及参数c有关，a可由式（1-5）得到，c由下式取得： (1-6) 式中 e－绝热层内表面到炉管中心的距离，mm。 d－炉管的外径，mm； 在及已知时,可用下列公式计算： （1-7） 是绝热层最高温度A点到管壁的角系数，由下式计算： （1-8） 火焰黑度可由锅炉的热平衡计算中得出，管壁