一种基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法与流程

本发明涉及石油化工，尤其涉及一种基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法。

背景技术：

1、在石油化工领域，加热炉作为关键设备，其性能直接影响生产效率与产品质量。传统加热炉在传热设计方面，常面临炉管内介质流速不合理、流型不稳定、热负荷分配不均等问题，导致传热效率低下，能源浪费严重，甚至影响炉管使用寿命，增加设备维护成本。

2、在控制设计方面，现有方案难以兼顾温度控制精度与成本，无法满足复杂工艺温度需求，且供电系统的安全性、可靠性也有待提高。因此，提出了一种基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明提供了一种基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，以克服现有技术中传统加热方式在处理混相物料时存在的结焦、结垢等问题。

3、(二)技术方案

4、为解决上述问题，本发明提供一种基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，包括：

5、步骤s1：建立目标电加热炉模型，根据目标电加热炉模型预设炉体结构，根据炉体结构确定电热元件，并按照炉体结构排布电热元件；

6、步骤s2：根据所述步骤s1确定的炉体结构选择物料加热方式，根据物料加热方式预设炉管管束排布方式，并计算炉管表面热强度；

7、步骤s3：根据所述步骤s1确定的炉体结构选择炉管管束，根据炉管管束确定传热模型，并依据传热模型计算传热温差；

8、步骤s4：根据所述步骤s2确定的炉管表面热强度和所述步骤s3确定的传热温差计算管外辐射传热系数，并计算管内对流传热系数；

9、步骤s5：根据所述步骤s4确定的管外辐射传热系数和管内对流传热系数，配合所述步骤s3确定的传热模型计算传热系数；

10、步骤s6：根据所述步骤s5确定的传热系数和所述步骤s3确定的传热温差计算传热面积，配合所述步骤s2预设的炉管管束排布方式，对所述步骤s1确定的炉体结构进行炉管管束排布；

11、步骤s7：获取所述步骤s1确定的炉体结构的控制参数，根据所述步骤s2确定的炉管表面热强度确定油膜温度，配合所述步骤s6确定的炉管管束排布和所述步骤s1确定的目标电加热炉模型，搭建目标电加热炉。

12、优选地，在所述步骤s1中，所述电热元件的选择因素包括温度范围、工作环境和寿命周期，所述电热元件排布的因素包括电压等级、型式、材质、功率和表面负荷。

13、优选地，在所述步骤s2中，所述炉体结构内盛装加热物料，所述物料加热方式为辐射传热方式，所述辐射介质为辐射气体，所述辐射气体包括co2、三原子或多原子气体。

14、优选地，在所述步骤s2中，所述炉管表面热强度的计算公式为：

15、q＝c0[ε(tg/100)4-α(tw/100)4] (1)

16、其中，q为炉管表面热强度；ε为修正的气体发射率；tg为气体绝对温度；α为气体吸收率；tw为管壁绝对温度。

17、优选地，在所述步骤s3中，所述炉管管束的选择因素包括流动特性、传热效率、压降以及堵塞或腐蚀；所述传热温差按照逆流传热温差进行计算，其计算公式为：

18、δt＝(t〞-tˊ)/ln[(tg-tˊ)/(tg-t〞)] (2)

19、其中，δt为传热温差；tg为炉内气体温度；tˊ为介质入口温度；t〞为介质出口温度。

20、优选地，在所述步骤s4中，所述管外辐射传热系数的计算公式为：α1＝q/δt，其中，α1为管外辐射传热系数，q为炉管表面热强度，δt为传热温差；所述管内对流传热系数的影响因素包括流体性质和流动状态，其中，流体性质包括单相流和双相流，流动状态包括层流、过渡和湍流。

21、优选地，在所述步骤s5中，所述传热系数的计算公式为：

22、

23、其中，k为传热系数；α1为管外辐射传热系数；λ为管子导热系数；α2为管内对流传热系数；do为管子外径；di为管子内径。

24、优选地，在所述步骤s6中，所述传热模型的计算公式为：

25、h＝q/(kδt) (4)

26、其中，q为加热功率；k为传热系数；h为传热面积；δt为传热温差。

27、优选地，在所述步骤s6中，所述炉管管束包括蛇形往复结构或螺旋盘管结构；若炉管管束选择蛇形往复结构，炉管选择长半径弯头，并计算横向管子数量n1、纵向管子数量n2及管子长度l；若炉管管束选择螺旋盘管结构，炉管选择盘管螺距，并计算盘管直径d和盘管长度l。

28、优选地，在所述步骤s7中，所述油膜温度小于加热物料开始结焦的临界温度，所述控制参数包括加热功率、物料出口温度、物料的温度变化范围，以及辐射气体的温度变化范围。

29、(三)有益效果

30、本发明提供的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，通过科学选择电热元件并合理布置，确定物料加热方式，有效实现高效稳定的热量传递；优化炉管管束设计以适应混相物料特性，提高设备对复杂介质的耐受性；精准计算炉管表面热强度、传热系数等参数，确定合理的设备结构与控制策略，确保物料加热过程安全无结焦，提升热量利用效率与生产控制精度，为石化、炼化行业提供性能优良、可靠耐用的加热解决方案。

1.一种基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述电热元件的选择因素包括温度范围、工作环境和寿命周期，所述电热元件排布的因素包括电压等级、型式、材质、功率和表面负荷。

3.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述炉体结构内盛装加热物料，所述物料加热方式为辐射传热方式，所述辐射介质为辐射气体，所述辐射气体包括co2、三原子或多原子气体。

4.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述炉管表面热强度的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述炉管管束的选择因素包括流动特性、传热效率、压降以及堵塞或腐蚀；所述传热温差按照逆流传热温差进行计算，其计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述管外辐射传热系数的计算公式为：α1＝q/δt，其中，α1为管外辐射传热系数，q为炉管表面热强度，δt为传热温差；所述管内对流传热系数的影响因素包括流体性质和流动状态，其中，流体性质包括单相流和双相流，流动状态包括层流、过渡和湍流。

7.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s5中，所述传热系数的计算公式为：

8.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s6中，所述传热模型的计算公式为：

9.根据权利要求1所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s6中，所述炉管管束包括蛇形往复结构或螺旋盘管结构；若炉管管束选择蛇形往复结构，炉管选择长半径弯头，并计算横向管子数量n1、纵向管子数量n2及管子长度l；若炉管管束选择螺旋盘管结构，炉管选择盘管螺距，并计算盘管直径d和盘管长度l。

10.根据权利要求3所述的基于辐射传热的混相物料的电加热炉设计方法，其特征在于，在所述步骤s7中，所述油膜温度小于加热物料开始结焦的临界温度，所述控制参数包括加热功率、物料出口温度、物料的温度变化范围，以及辐射气体的温度变化范围。