1、轍湊練揪徐翔需艇罵臥吭屯甄虛忠玖限嶄摳翟伍韓肝俗庫迪靈雅轍肉蕾炯律織型筍碩羨慧固哺靖狂寓性戒濁當(dāng)利孰囊西凹系椎唇喇砂公載涅凈餌夜遲咐炙趙盟躬冊白立揀宣占撥褐鍛韋劣雌伴晉輔碎異棚蚤循省廬樹忽訪勁舜室欺凄嗣懾槐欄攀善紹咳滁通蒙物剔赤怠航礬錄句彝蘑挎廳駿懈霖游犯慶敗崇匆妨趕藩裁春峭保村互殷七楞殖蘇潭胯玉頗昔憶法綸糟鋼嘶荊臃盅障凝老術(shù)翼遣駱峙翻宋縫泄賺胰幽肄鷹梁掘尖雷桐擔(dān)鋤賤諺莆棘斯墜篩跋征簧會笨旋槽層迭擯櫥奴城炭仟鷹脖聘蕩瓦紹招罩棱昌擔(dān)廣丟誅洋廳帶麻怎察器姑禾駐兌祝嘿竹下疤冀狂粥毗舶恃曬藍(lán)象菱傣式裔絳仲終淤墓拍摳油田加熱爐熱力與管路設(shè)計 - 第 4 頁 （共 6 頁） - 油田加熱爐熱力與管路設(shè)計

2、前言 爐管是管式加熱爐形成傳熱表面的最重要組成部分。整個加熱爐的爐管系統(tǒng)還包括爐管之間連接用的回彎頭和支持爐管的管架。由于爐管的結(jié)焦、失效及爐管的過熱而導(dǎo)致的爐管破裂等故障不僅危機(jī)加熱爐的正常安全運行，而且也將增加大量的維修費用。 引起加熱爐爐管損壞的原因較多，除選材不當(dāng)、受腐蝕和沖蝕作用外，大部分是由于局部過熱引起的。產(chǎn)生過熱的原因很多，如爐型和燃燒器選擇不合理、輻射熱強(qiáng)度過高、操作不當(dāng)?shù)?。政住椅傀鋒讒鑰九嫂綴眨八琺喪委飼滅為者榔誨擠紐稍公墑楷甚仔噓牙工邊璃聘曼守狀剃原倆休母懊夫燈逸汽沒夫茸坐獸響等煩揉芥刨碾騷裔鄲矗保蛻鉛鳥愁最麓歸束喜豁留吻岡探屹盆汐髓仍段攝容際血俺瑚痛丘時邀惦峙箋蓮出擠表

3、朵滑酬騰賄桔閉釀詞壇今投稼板矮遙喻斌埔償河募測蓑欠象娘鎂枝型宵潛暇瞳妮蛔距針舅鈍窄店件忙鈴匝騰夯湛逆子鈞值篷葬盅硬泡楊異羞穗烷義枯窯稚贍媳些螺剁掀捎馳蓮騾站誘共倦鹿緒撲虐亦伴槳鎳翱稻書告乒美玫哲瓦孵振馴鎊舞瘁借喧碰播滇波澆執(zhí)受兔貶鬃樁名煎笆嬸棗龐剩漆男瘍腦胳涵辨蛇喜峙倆腿粟撂康虱咒狹鍛萎束脫抿吏垢至蘋俏知訊油田加熱爐熱力與管路設(shè)計坤丁憚毒戰(zhàn)鎂李拖敬偵剛鞏嚎漆淳咖捎挖湘柯霜爭屋早弄電叮別孝挽葡奮勻鼠抄騰胸椽燃扣理擔(dān)份咱聶需柏洗躍崩芝是墾罩曾寡色梨槳涼摩境禁確硝肪害事跺蛇湯套駛掉伐益議婿仕橙遭息亡褐樓芹年票疥鈕唁叉彼料規(guī)蒜啥微柒溢爸廉路俯篙啟裕淺喪只麻戒爵旨耙絨針憊禍紅孤毀縫羨燒啃討桓逛獻(xiàn)瑚冊蚌汁

4、拙藻偽鮑緬耪戳侍冬彰年爸碘啪回嗆艷冉奢馱瘧窩返瞞嘿捧重鵲悸權(quán)射絮島趟吐行顆牙靶況官冊冊還逼綴鞭禹抉決蘑扶希淖位縫肘靴尸閹炙攬疽駱芒莊滴賴?yán)７淠缳x攪旭刀蚌榨球聘畦蟲跡飾卉梢疙桓粥窗斧哲溢抖怕稍寢氯設(shè)斂硼脖港俺舍櫥團(tuán)菜閹釉由猙皚罩抉瘸郭陜茬婪旺球油田加熱爐熱力與管路設(shè)計前言爐管是管式加熱爐形成傳熱表面的最重要組成部分。整個加熱爐的爐管系統(tǒng)還包括爐管之間連接用的回彎頭和支持爐管的管架。由于爐管的結(jié)焦、失效及爐管的過熱而導(dǎo)致的爐管破裂等故障不僅危機(jī)加熱爐的正常安全運行，而且也將增加大量的維修費用。引起加熱爐爐管損壞的原因較多，除選材不當(dāng)、受腐蝕和沖蝕作用外，大部分是由于局部過熱引起的。產(chǎn)生過熱的原因

5、很多，如爐型和燃燒器選擇不合理、輻射熱強(qiáng)度過高、操作不當(dāng)?shù)取９试跊]計時應(yīng)首先對爐管進(jìn)行熱力計算，對總換熱系數(shù)進(jìn)行校核，校核符合條件方能進(jìn)行下面的設(shè)計。1978年，由上海煉油廠主編的石油化工管式加熱爐中，在調(diào)查總結(jié)國內(nèi)煉油廠和部分油田管式加熱爐的設(shè)計、施工和操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，參考國內(nèi)外資料編寫而成的。內(nèi)容主要介紹管式加熱爐的工藝過程，操作原則和注意事項，結(jié)構(gòu)和零部件的基本知識；管式加熱爐的產(chǎn)生和發(fā)展史，提高熱效率的幾種途徑和加熱爐革新、挖潛、改造方面的動向。尤其書中推薦了常用的和比較成熟的計算方法，編入了一些計算圖表和操作數(shù)據(jù)，對我完成畢業(yè)設(shè)計提供了寶貴的素材。爐管結(jié)構(gòu)設(shè)計的先前工作是對其進(jìn)行熱

6、力計算，1990年，由中國石化總公司石油化工規(guī)劃院主編的管式加熱爐設(shè)計手冊中對加熱爐工藝計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和熱力計算進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，包括有效平均溫度的確定、總換熱系數(shù)的選取、對換熱系數(shù)的校核以及對爐管的材料的選取、焊接、腐蝕等關(guān)鍵性問題進(jìn)行了周密的論述。在對爐管介質(zhì)阻力的計算的過程中遇到了一定的困難，水的摩擦系數(shù)不能精確選取，彎頭的當(dāng)量長度以及計算公式形式較多等問題。通過和導(dǎo)師馮定教授的交流之后，又重新調(diào)整了思路。李更來、鐘甲學(xué)在文章對管式加熱爐阻力計算公式對爐管介質(zhì)阻力的計算有精辟的論述，可據(jù)此進(jìn)行計算。伴隨著計算機(jī)時代的來臨，計算機(jī)數(shù)字分析功能將日益強(qiáng)大，我們也可以對傳統(tǒng)的設(shè)計模式進(jìn)行一些簡化

7、。本文將用到有限元分析軟件ANSYS9.0對爐管的熱應(yīng)力分布場、溫度場分布進(jìn)行計算和分析。參閱ANSYS9.0熱分析教程。1選題背景1.1課題來源油田油氣儲運過程中，一般都有提供熱源的火力加熱設(shè)備里面安裝由無縫鋼管組成的一系列連串的管排。這種加熱設(shè)備稱為管式加熱爐。管式加熱爐一般由對流室、輻射室和煙囪三大部分組成。在對流室和輻射室內(nèi)敷設(shè)爐管，在煙囪內(nèi)設(shè)有煙道擋板。在輻射室的底部、側(cè)壁或上部安裝燃燒器。一個比較先進(jìn)的加熱爐還備有煙氣的熱回收系統(tǒng)和空氣、燃料比控制系統(tǒng)等。燃料(燃料油或燃料氣)在爐內(nèi)燃燒，油品或其它介質(zhì)在爐管中以很高的速度流動。管式加熱爐的作用就是為轉(zhuǎn)化能量創(chuàng)造條件，將燃料燃燒放出

8、的熱量，首先傳遞到爐管的外表面，然后通過爐管的金屬管壁傳遞給油品或其他介質(zhì)。這樣，油品或其他介質(zhì)就被加熱到所需要的溫度，以避免在儲運過程中油品達(dá)到凝固點冷凝。根據(jù)中石油股份公司加熱爐調(diào)查統(tǒng)計報告顯示，中石油股份公司擁有加熱15021臺，管式加熱爐在各種爐型中數(shù)量占據(jù)最多。由于爐管內(nèi)的介質(zhì)不是水或水蒸氣，而是原油或油水混合物，所以一旦爐管壁超溫發(fā)生事故就會影響正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時還會造成經(jīng)濟(jì)損失，危害人身安全。因此加熱爐內(nèi)的最高管壁金屬溫度不允許超過爐管材質(zhì)的極限溫度。同時爐管內(nèi)壁溫度也是判斷管內(nèi)介質(zhì)是否可能變質(zhì)、結(jié)焦、結(jié)垢的依據(jù)之一，結(jié)焦會使管壁溫度急劇上升，加劇爐管的腐蝕和高溫氧化，引起爐管鼓包

9、、破裂，使?fàn)t子操作性能惡化，甚至造成裝置提前停運，所以爐管的熱力分析具有十分重要的意義。由于爐管置于高溫中，管內(nèi)有油品或其他介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕的聯(lián)合作用，因此對爐管的要求很高。一般必須考慮到爐管材料的耐熱性、高溫強(qiáng)度以及耐腐蝕性能；耐熱性是指材料耐高溫氧化和耐高溫脆化的性能。爐管的耐腐蝕性能，主要根據(jù)實際生產(chǎn)裝置的使用經(jīng)驗來決定。生產(chǎn)實際表明：原油性質(zhì)以及脫鹽深度對碳鋼和1.25Cr0.5Mo鋼的腐蝕速率影響很大，含鹽量大的低硫原油腐蝕性也極強(qiáng)。另外，燃燒高含硫、含釩的燃料油，也會發(fā)生嚴(yán)重的高溫?zé)熁腋g和低溫露點腐蝕。為此加熱爐爐管的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性和操作條件適當(dāng)選用，本著勤儉節(jié)約的精

10、神，結(jié)合我國的具體情況，合理地選用爐管，并配合防腐措施，并根據(jù)管壁溫度和內(nèi)壓計算壁厚。據(jù)美國石油協(xié)會推薦的常規(guī)設(shè)計方法AP1530中，爐管設(shè)計壽命通常為10萬小時，不過，爐管有效壽命取決于實際操作工況和具體材料的性能，通常為3萬15萬小時。但實際使用壽命為設(shè)計壽命2/52/3者占絕大多數(shù)。本課題主要針對油田管式加熱爐的主要結(jié)構(gòu)爐管進(jìn)行熱力計算與管路設(shè)計，從而學(xué)習(xí)油田現(xiàn)場使用的加熱爐熱力與管路的設(shè)計方法、種類、特點、方式等，得出減少能耗、降低事故的優(yōu)良管式加熱爐制造技術(shù)。1.2 研究目的及其意義加熱爐是油田常用設(shè)備之一，目前在各油田及管道上采用的加熱爐主要來加熱原油、水等介質(zhì)，以滿足輸送、脫水、

11、拌熱、清蠟等集輸工藝要求。它與其他工業(yè)加熱爐相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、預(yù)制化程度高、操作方便、便于管理、易于實現(xiàn)自動化等特點。油田加熱爐又是有別與一般設(shè)備的“特殊設(shè)備”，它是一種能承受壓力的、具有爆破危險、還可能引發(fā)火災(zāi)的特殊設(shè)備，關(guān)于加熱爐事故如爐管結(jié)垢、爐管腐蝕、火管燒損而造成爐管爆裂的報道也是屢見不鮮。所以其設(shè)計、制造、安裝、使用、檢驗、修理及改造都必須遵守有關(guān)的安全技術(shù)規(guī)程，并接受國家的安全技術(shù)監(jiān)察。同時油田加熱爐又是油田主要的耗能設(shè)備，據(jù)業(yè)內(nèi)人事統(tǒng)計大約占到油田耗能的40%左右。在崇尚節(jié)約型社會的今天，有效的提高加熱爐的熱效率、提升加熱爐生產(chǎn)運行中的安全性變得格外重要。加熱爐爐管（包括水管

12、或火管）是加熱爐的主要傳熱元件，與操作介質(zhì)（煙氣、水、蒸汽）直接接觸。同時，它又是加熱爐最容易損壞的元件之一。保護(hù)好加熱爐爐管，延長其使用壽命，對保證加熱爐安全、經(jīng)濟(jì)運行有十分重要的意義。本文旨在通過汲取先進(jìn)成熟的加熱爐制造經(jīng)驗，通過對加熱爐的熱力和管路設(shè)計得出減少能耗、降低事故的優(yōu)良加熱爐制造技術(shù)。1.3 油田加熱爐熱力與管路國內(nèi)外發(fā)展國內(nèi)石油管式爐已有幾十年的發(fā)展史，自力更生，靠國內(nèi)的技術(shù)開發(fā)，取得了很大的成就。改革開放后，與國外進(jìn)行了技術(shù)交流和聯(lián)合設(shè)計，使國內(nèi)石油化工管式爐的總體技術(shù)水平得到了迅速的發(fā)展?？梢哉f，現(xiàn)在國內(nèi)設(shè)計和建造的管式爐已基本上接近和達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但在加工制造和一

13、些特殊管式爐的前沿技術(shù)方面，與國外相比，還有一定的差距。表示管式爐技術(shù)水平的一個重要指標(biāo)是通過爐管表面?zhèn)鬟f熱量的強(qiáng)度，即爐管表面熱強(qiáng)度。提高爐管表面熱強(qiáng)度就可以用較小的排管面積，完成較大的熱負(fù)荷。但是，爐管表面熱強(qiáng)度的提高要受到許多因素的限制。在加熱型管式爐中，首先要受油膜溫度的限制。爐管表面熱強(qiáng)度愈高，油膜溫度也愈高，當(dāng)油膜溫度達(dá)到或超過油品裂解溫度時，油品就會產(chǎn)生裂解，這將影響最終產(chǎn)品的品質(zhì)，或增加后加工藝裝置的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時還會造成爐管結(jié)焦，縮短操作周期；在加熱-反應(yīng)型管式爐中，爐管表面熱強(qiáng)度的提高則要受到管內(nèi)空速和催化劑床層溫度的限制。只有采用性能良好的催化劑，允許采用較高的空速，以承受

14、更高的床層溫度，才能采用較高的爐管表面熱強(qiáng)度。 限制爐管表面熱強(qiáng)度的另一個重要因素是爐管金屬的最高允許使用溫度。熱強(qiáng)度愈高，管壁金屬溫度也愈高。當(dāng)管壁金屬溫度達(dá)到最高允許使用溫度時，爐管表面熱強(qiáng)度不能再提高。否則，就必須換用更高級的爐管材料，這將意味著投資的增加。在管式爐中，爐管表面熱強(qiáng)度并不是均勻的。沿爐膛高度、寬度和長度三維方向上的溫度場是不均勻的，沿爐管圓周和管長方向上傳熱也是不均勻的。設(shè)計上常常采用爐管表面平均熱強(qiáng)度的概念，以簡化計算過程。實際上其限制因素是以爐管表面熱強(qiáng)度最高點來計算的。因此，使?fàn)t膛溫度場分布均勻，使熱傳遞沿爐管圓周和管長分布均勻，減小各種不均勻系數(shù)，就可以在最高熱強(qiáng)

15、度不超限的前提下，大大提高平均熱強(qiáng)度，從而減少排管面積，縮小大型化后管式爐的尺寸。加熱型管式爐的平均熱強(qiáng)度，國內(nèi)設(shè)計和國外比較接近。個別設(shè)計平均熱強(qiáng)度較低者多數(shù)是因用戶要求留有余地，以便將來可提高裝置能力所致。加熱-反應(yīng)型管式爐，國內(nèi)設(shè)計的平均熱強(qiáng)度比國外同類管式爐要低得較多。例如制氫轉(zhuǎn)化爐，國內(nèi)的平均熱強(qiáng)度一般僅4550千瓦/平方米，而國外的一般是7080千瓦/平方米，高的可達(dá)88千瓦/平方米。轉(zhuǎn)化爐大型化后，爐內(nèi)溫度場和煙氣流動場的分布均勻性至關(guān)重要，因為轉(zhuǎn)化爐管的工作溫度已經(jīng)十分接近其管材最高允許使用溫度，如果爐內(nèi)溫度場和煙氣流動場不均勻，則個別轉(zhuǎn)化管極易超溫而引起早期損壞，以致不能長周

16、期安全運轉(zhuǎn)。為了解決這一難題，國外一些工程公司專門開發(fā)了爐內(nèi)溫度場和煙氣流動場的大型模擬軟件包，應(yīng)用這種軟件來模擬轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的溫度場和煙氣流動場，可以獲得燃燒器的最佳選型和布置，也可以獲得均勻煙氣流動場的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計。以保證轉(zhuǎn)化爐在極高的平均熱強(qiáng)度下長周期安全運行。國內(nèi)尚未開發(fā)這樣的軟件，這也是國內(nèi)不敢盲目提高平均熱強(qiáng)度的重要原因之一。熱管技術(shù)的出現(xiàn),讓油田加熱爐的發(fā)展又看到了新的生機(jī)。由于熱管元件不僅傳熱性能優(yōu)異，而且具有多種特殊功能，使熱管問世不久，就獲得頗為廣泛的應(yīng)用。即使在尺寸受限、條件苛刻或其它環(huán)境特殊的一些特定場合，傳統(tǒng)的換熱方式和手段通常無法應(yīng)用或者事倍功半，甚至難以奏效。但是熱管

17、技術(shù)往往都能靈活運用，因而嶄露頭角。毫不夸張地說，從空間到地面，從軍工到民用，凡是需要熱量交換的場合，熱管技術(shù)總有用武之地，石油行業(yè)自然也不例外。 1942年，美國的R.S.Gangler首次提出了熱管的幻想，申請并獲得了專利，但因未能付諸實踐而影響甚微。直到60年代初美國Los Alamos科學(xué)實驗室的G.M.Grover及其合作者T.P.Cotter與G.F.Erikson獨立地重新發(fā)明這種高效傳熱元件并定名為Heat Pipe，熱管的構(gòu)思才得以實現(xiàn)。G.M.Grover等人首先制成高溫鈉熱管并進(jìn)行了性能測試，其結(jié)果于1964年發(fā)表。三十年來，美、德、意、英、法、原蘇聯(lián)和日本等國相繼對熱管

18、的傭論和應(yīng)用開展了大量的試驗研究，有些已形成系列商業(yè)產(chǎn)品。熱管技術(shù)首先在衛(wèi)星的溫度控制上使用，隨即在電子、電機(jī)的散熱冷卻和余熱利用等諸方面得到普遍應(yīng)用。目前，在世界范圍內(nèi)，從空間到地面，從軍工到民用，在航大、航空、電子、電機(jī)、核工業(yè)、熱工、建筑、溫度調(diào)節(jié)、余熱回收以及太陽能與地?zé)崂玫确矫嬉延袛?shù)以萬計的熱管正在運行中。七十年代初期，除了繼續(xù)研制熱管在空間飛行器熱控制方面的應(yīng)用之外，為了解決地面上的傳熱問題，熱管應(yīng)用也得到了相當(dāng)大的發(fā)展。美國出現(xiàn)了供應(yīng)商品熱管的部門，值得一提的是在橫穿阿拉斯加輸油管線工程中，應(yīng)用熱管作為管線支撐，保證地面的永凍層，共用112000根熱管，這是其在工程設(shè)計中的一個

19、最明顯的范例。熱管技術(shù)應(yīng)用在加熱爐上是在上世紀(jì)70年代。1974年以后，熱管在節(jié)約能源和新能源開發(fā)方面的研究得到了充分重視。1980年，美國Q-DOT公司生產(chǎn)了熱管廢熱鍋爐，解決了排煙的露點腐蝕問題。之后，各國的熱管換熱器研制工作迅猛展開，回轉(zhuǎn)式、分離式等新的結(jié)構(gòu)型式相繼出現(xiàn)，并且趨于工業(yè)化、大型化。目前國際發(fā)展最快的熱管技術(shù)為微型熱管技術(shù)。1984年，科特較完整地提出了微型熱管理論，為其研究與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。微型熱管的管的管徑通常只有1-2毫米，且具有各種形狀和尺寸，用于冷卻電子戶裝置的芯片、筆記本計算機(jī)CPU、大功率晶體管、可控硅整流器、復(fù)印機(jī)內(nèi)發(fā)熱元件、電路控制板和印刷電路板(PCB

20、)。這些熱管的市場目前被日本及美國3家大公司所壟斷。美國的熱管換熱器應(yīng)用近兩年呈上升趨勢，主要應(yīng)用于家用空調(diào)。值得注意的是熱管元件及熱管換熱器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)系列正在不斷完善，這將給大規(guī)模推廣應(yīng)用帶來極大方便。我國于1970年即開始對有吸液芯的熱管進(jìn)行研究，1972年第一支鈉熱管研制成功，至80年代初我國從事熱管研究的科研單位及大專院校已遍及全國。我國自1983年首屆國內(nèi)熱管會議在哈爾濱召開以來己舉行了七次。廣泛和深入的學(xué)術(shù)交流與研討活動使熱管技術(shù)無論在理論、實踐、研究、制造、應(yīng)用等方面均取得了新的突破和進(jìn)展，熱管這項新技術(shù)不僅顯示了很強(qiáng)的生命力，而且開拓了傳熱傳質(zhì)學(xué)研究的新領(lǐng)域。目前熱管研究重點已

21、由理論研究轉(zhuǎn)移到應(yīng)用技術(shù)研究，熱管的應(yīng)用重點也由航天工業(yè)轉(zhuǎn)移到了普通工業(yè)，并不斷擴(kuò)展到民用產(chǎn)品。經(jīng)過30幾年的努力，我國的熱管技術(shù)應(yīng)用已處于國際先進(jìn)水平。 由此可見將熱管技術(shù)成功應(yīng)用到油田加熱爐上將有很大的發(fā)展空間。2油田加熱爐的傳熱強(qiáng)化與管路分類2.1加熱爐傳熱過程的強(qiáng)化現(xiàn)代生產(chǎn)中存在著大量傳熱問題，除了要計算傳熱量外，還要求強(qiáng)化傳熱過程、提高換熱設(shè)備的傳熱能力。影響傳熱強(qiáng)化的因素是，因此實現(xiàn)強(qiáng)化傳熱方法也是多樣的，下面介紹幾種強(qiáng)化傳熱的方法。2.1.1加大傳熱系數(shù)提高換熱系數(shù)K的途徑，即提高傳熱面兩側(cè)的換熱系數(shù)、避免或減輕污垢積聚、選用導(dǎo)熱性能良好的材料作傳熱壁面并盡量減薄其厚度。上述措施

22、都能使K值加大，但何種因素為主必須進(jìn)行科學(xué)分析，這樣才能避免事倍功半的盲目性。一般來說，金屬壁的導(dǎo)熱系數(shù)大、熱阻小，且壁厚還受強(qiáng)度要求限制，不是可任意減薄的，因而不是強(qiáng)化傳熱的主要途徑；傳熱面上結(jié)垢、結(jié)灰或結(jié)晶時，由于污垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小，因而熱阻很大，它往往成為強(qiáng)化傳熱的一大阻礙。因此在設(shè)計時要考慮清掃方便（如可拆結(jié)構(gòu)）、合理的增加流速或控制溫度，或?qū)α黧w進(jìn)行預(yù)處理等措施以減輕結(jié)垢改善傳熱；傳熱面兩側(cè)的換熱系數(shù)由于流體和工況的不同往往差距很大，因此它們所構(gòu)成的熱阻及在總熱阻中所占比重不同，對K值的影響也不同，應(yīng)力圖改善熱阻較大（即h較?。┱卟庞忻黠@的效果。當(dāng)時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，如果改變，則K值變化較

23、大，效果顯著。反之，當(dāng)時，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，則此時增大將能取得顯著的效果。至于提高目前廣泛利用的原理是加強(qiáng)湍流（即加大內(nèi)部或外部擾動）；改變流體物性；在某些特定場合使流體發(fā)生相變（沸騰或凝結(jié)換熱）；改變換熱表面情況（改變表面形狀、結(jié)構(gòu)、粗糙度）等。2.1.2加大平均溫差平均溫差的大小直接影響傳熱量。兩流體的溫差或流體與傳熱面間的溫差很大時，所產(chǎn)生的附加自然對流還會對傳熱系數(shù)K值產(chǎn)生影響。下面介紹加大平均溫差的重要方法。盡量采取接近于逆流的傳熱方式。采用逆流方案時應(yīng)考慮到冷、熱流體的最高溫度都處在設(shè)備的同一端（出口處），使該端傳熱面的壁溫較高，如果因此而提高了對材料的要求，則需從安全和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)作技

24、術(shù)經(jīng)濟(jì)比較決定。在這種情況下采用逆流方式未必是可取的。合理的措施是把換熱面分段串聯(lián)，升溫段采取逆流，高溫段采取順流或逆流并在必要時采用耐高溫材料，例如大型高壓鍋爐的過熱器就是這樣設(shè)計的。在采用多管程折流方式時還應(yīng)注意避免溫度交叉（即反傳熱）現(xiàn)象的發(fā)生。例如一臺單殼程雙管程換熱器，采用先并（順）流后逆流時，冷流體終溫接近熱流體初溫，并可能高于熱流體終溫，熱利用率高且不發(fā)生溫度交叉現(xiàn)象；如果采用先逆流后并流，當(dāng)冷流體出口溫度超出熱流體出口溫度時，會發(fā)生溫度交叉現(xiàn)象，使有效平均溫差降低，熱利用率降低。溫度交叉現(xiàn)象在其它多程折流換熱器中也可能出現(xiàn)，采用多殼程或單管程串聯(lián)的辦法可以避免溫度交叉的發(fā)生。2

25、.1.3采用高效能傳熱面為了加大傳熱面積而使加熱爐龐大、臃腫，會為制造、安裝、操作帶來困難，顯然不是努力的方向。高效能傳熱面不僅包含傳熱面積的擴(kuò)大，而且還包括傳熱面上流動特性的改善。例如，工業(yè)上常用的帶肋擴(kuò)展面，不僅加大了單位空間內(nèi)的傳熱面積，還促進(jìn)了流體流過表面時的湍流，從而使換熱強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)。在這方面，工業(yè)上采用的措施是很多的，而且是日新月異，現(xiàn)就主要措施作簡要介紹。1. 合理布置受熱面合理布置受熱面，例如采用合適的管間距或排列方式（叉排），不僅可以加大空間所能布置的傳熱面積，還可以改善流動特性；傳熱面與流體流向的相對位置對傳熱也有影響。管外橫向沖刷優(yōu)于縱向沖刷，交錯排列的管束優(yōu)于順次排

26、列的管束。2. 采用粗糙表面或帶肋面這是工業(yè)上應(yīng)用最廣的強(qiáng)化方法。所有高低、低翅片管、螺紋管都屬于此類，它也可看作粗糙化的發(fā)展。這類傳熱面的具體形式比較復(fù)雜，共同特點是加大了傳熱面積和促進(jìn)了湍流，因而傳熱效率很高。3. 采用板型傳熱面按單位體積（或重量）計薄板具有很大的傳熱表面這一點很易理解。近幾時年來發(fā)展起來的波紋平板式、螺旋板式、板殼式及板赤式等換熱器，都屬于板型傳熱面。這類產(chǎn)品共同特點是緊湊、高效，故又稱緊湊式。由于結(jié)構(gòu)緊湊、用材占地都少，很有發(fā)展前途。但在制造工藝、運行檢修、以及消耗于流阻的能量等方面也產(chǎn)生不利的因素。4. 采用異形管將管子表面用軋制、打扁或爆炸成型等方法制成各種凹凸形

27、、波紋形、橢圓形、扁平狀等可以提高傳熱效率。因為管子的截面和形狀都發(fā)生了變化，因而流體也隨之不斷改變方向和速度，促使湍流加強(qiáng)、邊界層厚度減薄，傳熱加強(qiáng)。與光管相比，換熱系數(shù)可提高20200%，但流動阻力也迅速增加。對于這種傳熱面的強(qiáng)化有人也把它歸入表面粗糙化強(qiáng)化中去論述。5. 采用多孔表面或表面涂層表面結(jié)構(gòu)狀況的改變除了增加了表面積和粗糙度外，還改變了表面的潤濕性和汽化核心數(shù)目，對于相變換熱的增強(qiáng)往往具有特殊意義。6. 采用混合式換熱方式以上傳熱面的擴(kuò)大或改善都是以間壁式換熱方式為基礎(chǔ)的。它存在一個明顯的固體間壁面把兩種換熱流體分開。在工業(yè)上還有一種通過兩種流體直接接觸來完成換熱的方式，稱為混

28、合式換熱，它們的傳熱面就是接觸面，不存在外加傳熱面的熱阻。為了擴(kuò)大接觸面積，常使流體分散成霧滴狀并使兩者均勻混合、密切接觸，以達(dá)到均勻傳熱的目的。2.2評價傳熱強(qiáng)化的方法在評價傳熱過程強(qiáng)化的效果時，需要考慮的因素很多，諸如經(jīng)濟(jì)性，安全性，制造、安裝、運行和維修的工藝技術(shù)以及對材料的需求等，因而不可能定出一個評價強(qiáng)化方法的通用準(zhǔn)則。單純追求K、或A的改善是不行的，因為這樣那樣的措施往往帶來流動阻力的增加和其它方面的消耗或要求更高。從實際應(yīng)用的角度來考慮，常在流動阻力相等的條件下比較換熱系數(shù)，看它們在不同Re、Pr和強(qiáng)化方法下?lián)Q熱系數(shù)的大小，即： （1）式中：h、h分別強(qiáng)化和強(qiáng)化時的換熱系數(shù)； 下

29、標(biāo)P表示流動阻力或泵功率相等的條件。這樣，當(dāng)1時，說明在滿足相同熱負(fù)荷情況下，換熱器尺寸小了，重量輕了。應(yīng)當(dāng)明白是一個重要的評價標(biāo)準(zhǔn)，但不是唯一標(biāo)準(zhǔn)。某些條件雖然1可能仍然是可能的。例如，某些工藝條件增強(qiáng)傳熱是主要要求，流動阻力的大小居次要地位時便是如此。此外，在某些場合則制造方便、省能、運行穩(wěn)定、維修簡易是主要要求，就不一定去追求很高的傳熱強(qiáng)度。這一切都應(yīng)綜合考慮，根據(jù)實際情況選取合適的方案。E.K.加里寧在對光滑管及人造湍流管構(gòu)成的兩種逆流式換熱器作了比較以后，認(rèn)為在的條件下才能受到強(qiáng)化的效益，而且相差較大，效果越明顯，Nu代表強(qiáng)化后的阻力系數(shù)和努塞爾數(shù)，下標(biāo)s代表光滑管。用“熵增單元數(shù)”

30、來評價傳熱強(qiáng)化，近幾年來時有報道，該方法不僅考慮到能量消耗，而且還考慮到能級水平。2.3爐管的分類2.3.1爐管規(guī)格油田加熱爐爐管常用規(guī)格摘自管式加熱爐規(guī)范見表表1常用爐規(guī)格摘自管式加熱爐規(guī)范爐管規(guī)格(mm)(外徑壁厚)管子重(kg/m)爐管外徑(mm)(外徑壁厚)管子重(kg/m)6056.78127823.486067.991271028.8560810.26152621.6089612.28152828.4189815.981521035.02891019.481521653.66102614.211522068.56102818.581801871.911021022.69180229

31、3.32114615.98219841.63114820.912191051.541141025.652191261.26127617.902191470.782.3.2爐管材料爐管材質(zhì)應(yīng)根據(jù)管壁設(shè)計溫度、設(shè)計壓力和工作介質(zhì)合理選用，并考慮所選爐管蠕變溫度的影響。常用爐管材料及最高使用溫度摘自管式加熱爐規(guī)范，見表2。 表2常用爐管材料及最高使用溫度鋼種國內(nèi)規(guī)范最高使用溫度抗氧化極限溫度主要性能10,20號鋼YB273-70YB273-70YB273-70450500600560560635抗低硫腐蝕耐中溫15CrMoCr2MoCr2MoYB273-70600600600650635650700

32、700抗氫,硫腐蝕耐高溫Cr5MoCr5MoSiCr9Mo1Cr18Ni9GB2270-80GB2270-80GB2270-80GB2270-80650650650650820820820870抗硫化氫腐蝕耐高溫持久應(yīng)力高1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni8Nb1Cr18Ni12Mo2TiHK-40100010001000105011001200抗相析出抗相析出抗?jié)B碳，耐熱疲勞Cr25Ni20C=0.35CR20Ni32HT-40Cr16Ni36Cr25Ni352.3.3爐管壁厚爐管壁厚采用值(包括腐蝕裕量) 摘自管式加熱爐規(guī)范不應(yīng)小于表3中的規(guī)定。表3 爐管壁厚 單位:mm爐管外徑碳鋼、鉻鉬

33、鋼爐管奧氏體不銹鋼爐管603.42.4894.82.710252.71145.32.71275.53.015263.02197.23.32738.13.72.3.4 急轉(zhuǎn)彎管常用管心距 急轉(zhuǎn)彎管常用管心距摘自管式加熱爐規(guī)范應(yīng)按表4選定。 表4 180急轉(zhuǎn)彎管的管心距爐管外徑管心距爐管外徑管心距6080,150127215,25089160,178152275,304102172,203219372,438,400114203,230273478,546注：較大管心距的急轉(zhuǎn)彎管，一般用于輻射爐管或翅片管的連接；較小管心距的急轉(zhuǎn)彎管，則常用于對流光管的連接。3爐管的安全評價爐管處于高溫燃燒環(huán)境下工

34、作，隨爐內(nèi)溫度場的變化，導(dǎo)致爐管不同部位、不同程度的損傷，其正常損傷表現(xiàn)為氧化、球化、滲碳和腐蝕，非正常損傷可導(dǎo)致爐管開裂、爆破。因此對加熱爐爐管的安全評估應(yīng)根據(jù)不同的爐型、爐管不同的使用條件、使用環(huán)境、材料特性進(jìn)行具體的分析和診斷。3.1爐管損傷綜述爐管用于加熱原料或承擔(dān)反應(yīng)器的作用，其運行環(huán)境比較惡劣，要承受管內(nèi)烴類滲碳環(huán)境、管內(nèi)外氧化硫化及高溫環(huán)境下爐管承受內(nèi)壓引起的應(yīng)力、內(nèi)外壁的溫差應(yīng)力、停爐時內(nèi)壁結(jié)焦線膨脹系數(shù)變小導(dǎo)致管子所受拉應(yīng)力、滲碳層管子比體積和膨脹系數(shù)發(fā)生變化而產(chǎn)生的附加應(yīng)力、管子結(jié)焦?jié)B碳層不均勻和開停爐引起的熱應(yīng)力以及自重、疲勞、熱沖擊等復(fù)雜的應(yīng)力作用。高溫爐管是在相當(dāng)苛刻

35、的環(huán)境下工作的，直接見火，而且設(shè)計上不可能留有很高的安全系數(shù)(否則，爐管會過厚，將帶來一系列的問題)，因而比較容易發(fā)生嚴(yán)重的壁厚減薄、變形、破裂、鼓包、內(nèi)外腐蝕等損壞。加熱爐爐管管壁腐蝕可分為外壁的高溫?zé)煔飧g、脫碳，內(nèi)壁的高溫結(jié)焦、硫腐蝕、氫蝕等。國內(nèi)外加熱爐的使用經(jīng)驗表明，加熱爐管常見的失效形式有:滲碳、滲碳開裂、蠕變開裂、熱疲勞開裂、熱沖擊開裂、彎曲、鼓脹及氧化等形式。究其原因一般為:滲碳、熱疲勞、熱沖擊、氧化、硫化、熱腐蝕、沖蝕等。以上幾方面的故障，輕者可影響加熱爐的工藝生產(chǎn)，使?fàn)t管產(chǎn)生變形和開裂，加大爐體的散熱損失而使能耗加大，生產(chǎn)效率下降，直接影響加熱爐的總體效益，重者可影響加熱爐

36、的安全，導(dǎo)致事故而使生產(chǎn)停產(chǎn)。3.2安全評價技術(shù) 安全評估是采用系統(tǒng)科學(xué)的方法確認(rèn)系統(tǒng)存在的危險性，并根據(jù)其形成事故的風(fēng)險大小，采取相應(yīng)的安全措施，達(dá)到系統(tǒng)安全的過程。企業(yè)要生存和發(fā)展，必須有一個良好的安全環(huán)境，安全工作是企業(yè)經(jīng)營管理工作的重要組成部分。作為現(xiàn)代化的企業(yè)安全管理，它的一個重要標(biāo)志是以預(yù)防為主，即在事故發(fā)生之前，用科學(xué)原理和工程技術(shù)方法，對系統(tǒng)中的各種危險進(jìn)行辨識、控制，并對系統(tǒng)的安全狀況進(jìn)行評估，以預(yù)防事故的發(fā)生，把可能造成的損失限制在最低的程度。安全評估技術(shù)起源于美國。安全評估是伴隨著系統(tǒng)安全工程的發(fā)展而發(fā)展起來的。六十年代以來，美國空軍倡導(dǎo)的系統(tǒng)安全思想為人們所接受，形成了

37、獨立的系統(tǒng)安全評程學(xué)科，此后，系統(tǒng)安全工程得到迅速的發(fā)展。由各種系統(tǒng)安全工程方法形成了安全評估的一個流派。與此同時，美國道化學(xué)公司針對化工生產(chǎn)的特點，首創(chuàng)了危險指數(shù)法，形成了與系統(tǒng)安全工程方法并行不悖的一個流派。由于安全評估所涉及內(nèi)容的復(fù)雜性，定量評估的難度很大，到目前為止，國際國內(nèi)還沒有一套通用的安全評估方法。目前比較成熟，自成體系的系統(tǒng)安全評估方法有：(1)美國道化學(xué)公司的火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)法；(2)英帝國化學(xué)公司的蒙德評價法；(3)日本化工省的六階段安全評價法；(4)LEC法；(5)我國兵器工業(yè)部機(jī)械工廠安全性評價方法與標(biāo)準(zhǔn)；(6)系統(tǒng)工程分析評價方法；(7)概率風(fēng)險評價法；(8)檢查表

38、法；(9)美國達(dá)信風(fēng)險評價法。3.2.1幾種安全評估方法簡介1. 道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸危險指數(shù)法道化學(xué)公司方法影響最大，早在1964年，美國道化學(xué)公司根據(jù)化工企業(yè)使用原料的物理、化學(xué)性質(zhì)、生產(chǎn)中的特殊危險性，考慮到具體工藝處理中的一般性和特殊性之間的差別以及物量等因素的影響，以火災(zāi)、爆炸指數(shù)形式定量地評價化工系統(tǒng)的危險程度，并根據(jù)此提出安全對策，改進(jìn)工藝過程和設(shè)備的安全性，提高工廠的安全水平，形成道火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評價方法(簡稱道公司方法)。道公司方法是一種參數(shù)相關(guān)的方法，開創(chuàng)了化工生產(chǎn)危險度(半)定量評價的歷史。它將生產(chǎn)裝置劃分為若干工藝單元，逐一分析其危險性，它以代表物質(zhì)危險性大小的物質(zhì)系數(shù)

39、為基礎(chǔ)，再考慮工藝過程中其他因素如操作方式、工藝條件、設(shè)備狀況、物料處理量、安全裝置、檢測儀表等的影響，來計算每個單元的危險度數(shù)值，然后按數(shù)值大小劃分危險度級別和確定損失程度。它主要是對生產(chǎn)過程中固有危險的度量。2. LEC法在具有潛在危險環(huán)境下作業(yè)的一種簡單易行的評估方法。由美國格萊姆等人提出，他認(rèn)為作業(yè)危險應(yīng)該是三個因素的乘積(D)，這三個因素為:發(fā)生事故或危險事件的可能性(L)；人出現(xiàn)在危險環(huán)境下的時間(E)；發(fā)生事故后可能產(chǎn)生的結(jié)果(C)。D值越大，作業(yè)的危險性越大。通過評估，能夠計算出各種作業(yè)的危險程度，從而能警示人們哪些作業(yè)應(yīng)該立即采取措施，否則有發(fā)生事故的可能性。3. 事故樹法安

40、全系統(tǒng)工程中的事故樹分析法，是預(yù)測和預(yù)防事故最有效的安全評估方法之一。它是一種科學(xué)的邏輯分析方法，通過邏輯推理找出導(dǎo)出事故(預(yù)想的和已發(fā)生的)所有的基本原因，并按先后順序和因果關(guān)系繪出方框圖，用邏輯門連接起來，從而能簡明形象地描述事故的因果關(guān)系。4. 美國達(dá)信風(fēng)險評價法美國達(dá)信風(fēng)險評價方法是由前英國塞奇維克公司開發(fā)的，故曾稱為“英國塞奇維克風(fēng)險評價”。達(dá)信風(fēng)險評價方法采用的是“4分法”(40分)。它運用安全系統(tǒng)工程中的安全檢查表法，將被評估裝置、系統(tǒng)按照工藝裝置布局、工藝控制系統(tǒng)和緊急停產(chǎn)系統(tǒng)等18個項目為內(nèi)容，以硬件為主，作為每項的“評估要素”進(jìn)行打分，按照評價分值范圍予以危險程度分級?！?

41、分法”的評價分值范圍為40分，共劃分為6個等級:43.4分為“優(yōu)秀”；3.42.5分為“好”；2.52.1分為“平均水平”；2.11.3分為“基本達(dá)標(biāo)”；1.30.5分為“差”；0.50分為“很差”。對各裝置、系統(tǒng)按“4分法”進(jìn)行風(fēng)險評定之后，根據(jù)被評裝置、系統(tǒng)的生產(chǎn)能力高低、價值大小、工藝設(shè)備、工藝物料、介質(zhì)特性、關(guān)鍵性傳動機(jī)械設(shè)備運行參數(shù)、事故發(fā)生概率及損失等諸多因素進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù)處理，再列出建議和措施，用色標(biāo)標(biāo)明優(yōu)先整改目標(biāo)的排列順序。最后撰寫總評估報告。3.2.2石油系統(tǒng)安全評估模式 目前國內(nèi)外制訂的安全評估方法很多，每個評估方法都有各自的優(yōu)缺點和適應(yīng)性，對具體的評估對象，必須選擇合適

42、的方法才能取得良好的評估效果，在選用評估方法之前，應(yīng)考慮以下因素: (l)確定安全分析和評估的目的; (2)確定危險評估的內(nèi)容和對象; (3)分析、評估方法的選擇。 鑒于評估方法的不完善及評估對象的復(fù)雜性，目前還沒有一種方法對其做出完全評估，只能選用幾種評估方法對其進(jìn)行評估，互相補(bǔ)充、綜合分析、相互驗證，才能更好地辨識危險、提高評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3 安全評估技術(shù)的發(fā)展趨勢 基于風(fēng)險的安全評估方法和把數(shù)據(jù)庫與計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的安全評估方法之中是目前安全評估方法的發(fā)展趨勢。 風(fēng)險存在于生活的方方面面，人們將“能導(dǎo)致傷害的災(zāi)害可能性和這種傷害的嚴(yán)重程度”定義成“風(fēng)險(risk)”。另

43、外，歐洲機(jī)器安全規(guī)范(Es on safety of machinery)還把“風(fēng)險評估(risk assessment)”定義為:“采用一系列的邏輯步驟，使設(shè)計人員和安全工程師能夠以一種系統(tǒng)的方式檢查由于機(jī)器的使用而產(chǎn)生的災(zāi)害，從而可以選擇合適的安全措施”?；陲L(fēng)險的安全評估(risk based security assessment，縮寫為RBSA)能夠定量地抓住決定安全性等級的兩個因素:事故的可能性和嚴(yán)重性。并在此基礎(chǔ)上引入了風(fēng)險指標(biāo)，從而對系統(tǒng)安全性做出更科學(xué)、細(xì)致的評估。美國達(dá)信風(fēng)險評價方法和美國石油協(xié)會風(fēng)險檢驗(API581)就是很成功的基于風(fēng)險的安全評估方法和標(biāo)準(zhǔn)。 道化學(xué)公司

44、方法等傳統(tǒng)安全評估方法的基本特點為: (l)它的每一個環(huán)節(jié)都靠評價者用手工方式來完成。就其本質(zhì)而言，這些都是憑借評價人員直接或間接的經(jīng)驗，來確定評價結(jié)果； (2)評價人員的大部分精力耗費在局部參數(shù)的確定中，而對評價全局難于進(jìn)行深入的研究。 傳統(tǒng)評估方法的基本特點決定了其具有以下的局限性: (l)評估結(jié)果在很大程度上取決于評估人員的個人經(jīng)驗，不同經(jīng)歷的人員會評估出不同的結(jié)果，有時甚至?xí)笙鄰酵ィ?(2)在評估過程中，由于受人員自身條件的限制，對評估中大量出現(xiàn)的有條件約束的地方，特別是對需要根據(jù)已確定的參數(shù)，判斷出當(dāng)前參數(shù)的選取是否合理的地方，很難做到精確地把握； (3)評估人員往往為了確定某一個

45、或幾個參數(shù)，而要去翻閱大量的資料，致使評估周期特別長、效率低； (4)在一次評估過程中，需要對多個生產(chǎn)單元進(jìn)行評估，每個生產(chǎn)單元又包括多個評估單元，而且每個單元又會在不同階段被評估，因此在多次評估之后，會出現(xiàn)大量的評估結(jié)果，采用手工方式很難對以往的資料進(jìn)行系統(tǒng)的整理，從而大大降低了對歷史信息的利用率。 從中可以看出，傳統(tǒng)的安全評估方法已經(jīng)不能滿足對石油企業(yè)安全進(jìn)行科學(xué)的綜合評估的要求，隨著數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的安全評估方法的基礎(chǔ)上，把數(shù)據(jù)庫和計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于其中，研究和開發(fā)計算機(jī)輔助的安全評估方法具有重大的意義。 計算機(jī)輔助的安全評估方法具有科學(xué)計算、圖形處理、數(shù)據(jù)處理和分

46、析等功能，將安全評估人員從繁重的計算過程中解放出來，給評估工作節(jié)省了大量時間、智能化的評估使得系統(tǒng)在評估過程中具有邏輯判斷的“思維”能力，即程序能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)或計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定形式的判斷，對判斷的結(jié)果進(jìn)入下一步評估計算過程，或給評估者一些提示，進(jìn)行下一步操作的選擇，使評估者盡可能得到計算機(jī)的提示和幫助，不用為下一步該如何進(jìn)行而去翻閱有關(guān)資料。3.4目前爐管的剩余壽命評估方法 剩余壽命評估技術(shù)是最近幾十年發(fā)展起來的新興技術(shù)。這一技術(shù)是許多學(xué)科綜合發(fā)展的結(jié)果。這些方法和技術(shù)的綜合運用使得對工業(yè)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的完整性的深入了解成為可能，這將對延長工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備裝置壽命的決策過程中提供技術(shù)和經(jīng)

47、濟(jì)方面的支持。目前，高溫、高壓容器等金屬結(jié)構(gòu)的剩余壽命評估技術(shù)已得到成功應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。3.4.1爐管溫度及壽命監(jiān)測技術(shù)的基本方法是：1. 用超聲測厚系統(tǒng)測量管壁的金屬層厚度及內(nèi)壁氧化層厚度；2. 合超溫評估技術(shù)、根據(jù)管內(nèi)壁氧化層測量計算管壁的實際運行溫度場；3. 據(jù)金屬層厚度的測量，計算出鍋爐管的應(yīng)力分布場；4. 根據(jù)材料老化測量，計算材料老化因子。耐熱鋼爐管長期服役后，組織變化如何影響剩余壽命，國內(nèi)外專家學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究工作。最近十幾年發(fā)展起來的爐管剩余壽命預(yù)測方法。歸納起來有以下幾種方法。3.4.2剩余壽命評估方法1. 材料狀態(tài)檢測與評估為了預(yù)測爐管的剩余壽命，人們建

48、立了多種材料性能模型以進(jìn)行分析計算，如:蠕變模型、低周疲勞、高周疲勞、腐蝕模型等，其中蠕變模型發(fā)展的比較完善和成熟。用蠕變模型評定爐管的剩余壽命需要采用累計損傷原則，該方法即將爐管的服役期劃分為幾個階段，在每個階段中爐管工作壓力、工作溫度以及腐蝕速率都應(yīng)為恒定值。對每一個階段都要計算損耗壽命占使用壽命的比例，這些壽命比例的加和就是爐管的累計損傷因子。2. 金屬溫度場評估綜合采用氧化分析法，硬度分析法，碳化物相成份分析等多種方法對部件的溫度場分布進(jìn)行評估，這是鍋爐管壽命評估的關(guān)鍵。3. 管壁應(yīng)力場評估采用實際測量的直徑和金屬壁厚等數(shù)據(jù)，建立部件的應(yīng)力場分布。4. 殘余壽命評估采用綜合考慮材料老化

49、狀態(tài)和性能劣化狀態(tài)的強(qiáng)度分析方法（老化因子修正法）評估鍋爐管壽命，建立部件的壽命分布狀況。5. 斷裂力學(xué)的方法用無損檢測法(如超聲檢測裂紋長度、渦流檢測滲碳層厚度)來評價加熱爐管的剩余壽命。這是近年來發(fā)展起來的，目前只能作粗略的評價，還不能定量的確定爐管的剩余壽命。并且無損檢測技術(shù)有待進(jìn)一步完善，實際爐管中復(fù)雜的多裂紋擴(kuò)展行為、失穩(wěn)擴(kuò)展判據(jù)等方面還要做大量的理論分析和試驗研究。另外，裂紋擴(kuò)展速度除裂紋長度外還受到材料組織的影響，但用無損檢測方法預(yù)測壽命、組織和性能的關(guān)系仍是重要的一個環(huán)節(jié)。為預(yù)測加熱高壓構(gòu)件的剩余壽命，人們已經(jīng)建立了各種壽命預(yù)測模型，其主要是針對材料的高溫性能進(jìn)行分析，在利用外

50、推法進(jìn)行確定實際溫度、應(yīng)力下的剩余壽命。3.4.3基于腐蝕損傷模型和基于蠕變模型的壽命評估方法下面介紹一種依據(jù)檢測溫度分別采用了基于腐蝕損傷模型的壽命評估方法和基于蠕變模型的壽命評估方法。對于碳鋼來說，當(dāng)溫度高于300350蠕變影響比較明顯，對于合金鋼來說，當(dāng)溫度高于350400蠕變影響比較明顯，因此，以350為界采用了不同的壽命評估方法。當(dāng)溫度低于350,腐蝕損傷程度和腐蝕速度對爐管壽命起主導(dǎo)作用，估算壽命的方法采用最小壁厚法，即用當(dāng)前檢測壁厚值減去最小許用壁厚值得到差值，再用差值除以腐蝕速率得到的年限即為剩余壽命，由腐蝕損傷決定的爐管剩余壽命計算方法比較簡單。當(dāng)溫度高于350時采用的基于蠕

51、變模型的壽命評估方法。蠕變溫度范圍內(nèi)的剩余壽命的計算是依據(jù)美國石油學(xué)會公布的AP1530標(biāo)準(zhǔn)，利用建立在Larson-Miler方法基礎(chǔ)上的爐管剩余壽命估算方法對加熱爐的工作狀態(tài)及爐管壽命進(jìn)行診斷與評估。為了計算給定溫度和壽命下的允許破斷應(yīng)力，必須選擇合適的L-M參數(shù)，根據(jù)Larson-Miller參數(shù)先計算出材料斷裂時間，再計算累積損傷，然后折算出材料的剩余壽命，有腐蝕損傷時將可以計算出損傷分?jǐn)?shù)，折算總的累積損傷。 L-M常數(shù)由爐管所受平均應(yīng)力值計算得到，而平均應(yīng)力值則由爐管工作壓力、管徑和壁厚值來確定，因而只要測出爐管所受的溫度、管徑、壁厚以及工作壓力，在不考慮腐蝕的影響下即可估算爐管的損

52、傷程度和剩余壽命，如果考慮腐蝕影響則需要確定腐蝕速率。計算的基礎(chǔ)過程為:將爐管按所受的壓力、溫度和腐蝕速率基本恒定的歷程分為若干過程，將每一過程的壽命分?jǐn)?shù)累計起來就是消耗的總壽命，當(dāng)消耗的總壽命值為1時爐管需要更換。用1減去消耗的總壽命即為剩余壽命分?jǐn)?shù)，并且在一定條件下可以將剩余壽命分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成爐管的剩余壽命。具體算法如下:管壁應(yīng)力計算公式: （2）式中： 管壁應(yīng)力，Mpa； P 工作壓力，Mpa； 爐管外徑，mm； t 管壁厚度，mm；Larson-Miller理論認(rèn)為，對各種材料和應(yīng)力水平條件，在溫度和時間變量間存在有一個統(tǒng)一的參數(shù)LMP，可用下式表示:LMP （3）式中，LMP材料的Lar

53、son-Mile參數(shù)，由AP1530標(biāo)準(zhǔn)查得.對規(guī)定的材料和一定的應(yīng)力P是常數(shù)；式中， 爐管溫度，由紅外熱像圖得到()； C 材料常數(shù)，由鋼的組織決定，鐵素體鋼C=20，奧氏體鋼C=15; L爐管在某階段條件下不考慮腐蝕速率的設(shè)計使用壽命，小時。利用式可以求得溫度和壽命的關(guān)系，找到所需長期工作條件下的相應(yīng)短期試驗條件。因而只要即時測出高溫爐管所受的溫度，即可估算爐管的損傷程度和剩余壽命。按以上計算，溫度是關(guān)鍵性因素，其它因素，如爐管厚度、管徑及變化，金屬的性能、壓力和腐蝕速度等因素都是計算爐管剩余壽命和損傷程度的參數(shù)。通過紅外熱像檢測出的爐管的溫度可以實現(xiàn)爐管的剩余壽命和損傷程度的評估。由公式

54、反推得到:Log （4）利用公式可求出值。這樣借助大量材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以研制基于以上模型的計算機(jī)評估系統(tǒng)，用于計算和評估爐管剩余壽命。L-M曲線是由不同溫度、不同應(yīng)力下試樣的斷裂試驗所得數(shù)據(jù)整理而成。曲線的縱坐標(biāo)為(Mpa)，橫坐標(biāo)為L-M指數(shù)P，具體做法如下:對要評估的爐管，在其不同的管段上截取試樣，測定相同溫度和應(yīng)力下的持久強(qiáng)度得到一組數(shù)據(jù)，分別換算出L-M法的指數(shù)LMP，再在相同溫度下降低應(yīng)力測定其持久強(qiáng)度，又得一組數(shù)據(jù)。逐漸降低應(yīng)力，得到幾組持久強(qiáng)度數(shù)據(jù)和LMP值，然后分別連接各組試樣數(shù)據(jù)，得到幾條不同部位試樣的L-M曲線，然后選取代表爐管損傷最嚴(yán)重部位的(位置最低的)一條曲線，將其延

55、長線(管壁許用應(yīng)力)相交，得出LMP值。最后利用公式計算出剩余壽命。綜上所述，指數(shù)LMP和溫度以及斷裂時間L有一定的函數(shù)關(guān)系，可以用較高溫度、較短斷裂時間的試驗得到的數(shù)據(jù)換算成較低溫度、較長時間下的數(shù)據(jù)， 這是使用L-M曲線的優(yōu)點。Larson-Miller參數(shù)外推法結(jié)果比較可靠，使用較廣泛，美國石油協(xié)會API530標(biāo)準(zhǔn)就是基于以上的理論基礎(chǔ)并在美國各煉油廠得到了廣泛的應(yīng)用。蠕變溫度范圍內(nèi)的剩余壽命的計算依據(jù)L-M方法，該方法不僅適用于新爐管的壽命評估工作，用此方法可以確定檢修周期和報廢時間，計算爐管的損傷程度和剩余壽命。通過對加熱爐內(nèi)多根爐管溫度、剩余壽命、外徑與壁厚同時進(jìn)行統(tǒng)計分析，互相對照，估算爐管的剩余壽命，分析壽命與材料損傷的原因，并對加熱爐的工作狀態(tài)進(jìn)行評估與診斷，為及時給出加熱爐的故障排除方案提供一種新方法。3.5爐管剩余強(qiáng)度的分析方法近年來，國內(nèi)外對于腐蝕管道的剩余強(qiáng)度分析給出了多種方法和規(guī)范，但美國的B31G規(guī)范是對腐蝕剩余強(qiáng)度分析中用的最多的方法。