一种间接加热炉制造技术

本发明专利技术提供一种间接加热炉，通过在间接加热式锅炉或加热炉的壳体上装设爆破片，并给出爆破片泄放面积的计算方法，当锅内压力瞬间升高时，在压力升高到超过间接加热炉承压能力以前，承压能力相对薄弱的爆破片先行破裂，将压力释放，防止压力升高到超过锅炉或加热炉承压能力后，锅炉或加热炉发生爆炸或破坏，以确保安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锅炉和加热炉，尤其是一种用锅内中间介质间接加热换热器盘管内工质的加热装置，称为间接加热式锅炉或间接加热式加热炉，简称间接加热炉。
技术介绍
以往用锅内中间介质间接加热换热器内工质的锅炉或加热炉，其锅内中间介质都只能用水，不能用有机或无机液体(或其水溶液、乳化液、混合液)。原因在于吸收锅内中间介质热量的换热器万一发生破裂，换热器管内工质水漏入锅内的话，将如同“往滚烫的油锅里倒水”，漏入的水遇到“滚烫的油”后将立即发生汽化，造成锅内压力骤然升高，很可能引起超压爆炸。因此，目前还没有人设计出能够避免这一问题的有机或无机介质间接加热式锅炉或加热炉。另外，如果间接加热式加热炉(如油田水套炉、相变加热炉等)的换热器盘管内，被加热工质为原油、或含有较多原油的话，换热器一旦发生破裂，较低温度的原油漏入较高温度的锅内介质中，原油中的部分或全部轻馏分(如汽油、煤油、柴油等)就会因受热而气化，也会造成锅内压力骤然升高，引起加热炉超压爆炸。油田传统水套炉在加热原油时发生的爆炸事故，基本都属于此类情况。还有，如果间接加热式加热炉(如油田水套炉、相变加热炉等)的换热器盘管内，被加热工质为天然气、或含有较多天然气的话，换热器一旦发生破裂，高压天然气漏入较高温度的锅内介质中，也会造成锅内压力骤然升高，引起加热炉超压爆炸。油田传统水套式加热炉在加热天然气时发生的爆炸事故，几乎都属于此类情况。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述情况而做出的，通过以泄放瞬间形成的高压的办法解决问题，防止压力升高到超过锅炉或加热炉承压能力后，锅炉或加热炉发生爆炸或破坏，以确保安全。本专利技术技术方案是在间接加热式锅炉或加热炉壳体上装设爆破片。按照本专利技术，所述的间接加热炉在锅内中间介质为有机介质或无机介质，或其水溶液、乳化液、混合液，间接加热换热器盘管内工质为原油、或含有原油或(和)天然气时，其爆破片爆破后的泄压面积，由如下关系式限定(Aa+Ab)/Ag≥12(1-k)(pg+0.1)0.47/(pg+0.1)0.95式中Aa-锅炉或加热炉上安装的安全泄压装置或安全阀的排放面积，m2；Ab-爆破片爆破后的排放泄压截面积，m2；Ag-换热器最大管径盘管，包括位于锅内的汇管，单根管的内截面积，m2；pg-换热器盘管内工质的额定出口表压力，MPa；p-锅炉本体的强度计算表压力，MPa；k-工质中原油和天然气体积占工质总体积的百分率，0≤k＜1。按照本专利技术，所述的间接加热炉在锅内中间介质为有机介质或无机介质，或其水溶液、乳化液、混合液，间接加热换热器盘管内工质为水时，其爆破片爆破后的泄压面积，由如下关系式限定(Aa+Ab)/Ag≥12(pg+0.1)0.47/(p+0.1)0.95。按照本专利技术，所述的间接加热炉在换热器盘管内工质为原油、或含有原油或(和)天然气时，其爆破片爆破后的泄压面积，由如下关系式限定(Aa+Ab)/Ag≥1.7kpg0.5/(p+0.1)0.95式中k-工质中原油和天然气体积占工质总体积的百分率，0＜k≤1。按照本专利技术，所述的间接加热炉在换热器盘管内工质为天然气时，其爆破片爆破后的泄压面积，由如下关系式限定(Aa+Ab)2/Ag2≥5pg2/p在锅炉或加热炉等间接加热炉上设置爆破片后，当锅内压力瞬间升高时，在压力升高到超过间接加热炉承压能力以前，承压能力相对薄弱的爆破片先行破裂，将压力释放，防止压力升高到超过锅炉或加热炉承压能力后，锅炉或加热炉发生爆炸或破坏，以确保安全。爆破片的最小排放面积决定着爆破片破裂后的流通截面积，如果爆破片破裂后的流通截面积太小，就不能起到防止超压爆炸的作用。本专利技术给出了具体计算公式，可以计算出合适的爆破片最小排放面积。具体实施例方式爆破片破裂后的泄压面积，与换热器盘管内介质压力、锅炉或加热炉壳体承压能力、换热器盘管上破口的大小有关。如果破口面积小于盘管截面积，以盘管截面积代替破口面积是偏于安全的；如果破口面积大于或等于盘管截面积，这时破口泄漏的流量将受有效流通截面积即盘管截面积的制约，以盘管截面积代替破口面积是合理的。即破口最大面积a(m2)等于管内截面积a’＝πd2/4，破口漏水流速w(m/s)等于管内流速，其中d(m)为盘管最大内径。破口漏水的流速w(m/s)与盘管内额定压力pg(Pa)和盘管外压力p(Pa)的压差及流动阻力有关，且只有在pg＞＞p时盘管破裂才能发生。管内压能部分消耗在管路阻力上，部分转化为破口漏水的动能。即pg≈0.5ρsw2(λ′L/d+ζ)+0.5ρsw2＝0.5ρsw2(λ′L/d+ζ+3)式中ρs为水的密度，kg/m3；3(a’/a)2为流体从管道侧向破口喷出时的最大局部阻力系数；λ′L/d+ζ为管路沿程及局部阻力系数之和，可简化为只与管长和管径有关的阻力系数λL/d，λ＝λ′+ζ/(L/d)。则pg≈0.5ρs＝0.5ρsw2(λL/d+3)2pg/(ρsw2)≈λL/d+3设距破口2倍远以外能保持额定压力pg，且破口距保持额定压力pg的位置不会跨越两个弯头，将是非常保守且偏于安全的，即L/d≥2。则λ≤λ′+0.5ζ在常用管径d＝20mm～100mm范围内，人工制作破口面积等于管内径的模拟破裂管进行试验，结果如下表。 代入上式可得2pg/(ρsw2)≈4.50～20.8pg/(ρsw2)≈2.30～10.4首先分析锅内中间介质为沸点明显高于水的有机或无机介质时，盘管内工质为水(或含水)时的情况。水在压力约低于2.5MPa时，若将pg单位由Pa划为MPa，则有回归关系(pg+0.1)/ρs＝1140(pg+0.1)1.05和ρs＝880(pg+0.1)-0.047。由于管内压力pg＞＞0，故可近似认为pg/Ps≈1140pg1.05，ρs≈880pg-0.047。代入上式得1140pg1.05/w2≈2.30～10.4w≈(22～10)pg0.52上式两边同时乘以破口面积a和水的密度ρs＝880pg-0.047，则为破口漏水的质量流速m(kg/s)，即m＝waρs≈(22～10)pg0.52×a×880pg-0.047＝(19000～8800)pg0.47a假设漏入的水全部汽化成了蒸汽，则蒸汽质量流量等于破口漏水的质量流量。上式两边同时乘以蒸汽的比容v(m3/kg)，则为需要排放的蒸汽体积流量V(m3/s)V＝mv≈(19000～8800)pg0.47av饱和水蒸气的比容v与压力p的回归关系为v＝0.193(p+0.1)-0.95，则本体强度计算压力p(MPa)与饱和水蒸气的比容v之间有v＝0.193(p+0.1)-0.95，代入上式得V＝mv≈(3700～1700)pg0.47a/(p+0.1)0.95当爆破片的排汽流速为wq(m/s)，排放面积为A(m2)时，排放蒸汽体积流量为Awq，且应不小于上式，即Awq≥(3700～1700)pg0.47a/(p+0.1)0.95A/a≥(3700～1700)pg0.47/根据安全阀排放乏气推荐流速200m/s～400m/s，取wq≤300m/s，可得A/a≥12pg0.47/(p+0.1)0.95不难理解，在锅内中间介质为沸点明显高于水的有机或无机介质时，若盘管内工质中含有k(0≤k＜1)分额的有机或无机物，则水的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间接加热炉，其特征在于：其壳体上装有爆破片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷振华，杨沛胥，张少军，屠若男，牛刚山，赵晓慧，
申请(专利权)人：宁夏三新热超导技术有限公司，
类型：发明
国别省市：64[中国|宁夏]