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导热油炉供热系统以及导热油炉控制系统

发布者:admin发布时间:2017-12-04 10:59

导热油炉控制系统

第一节  控制系统简介

有机热载体炉控制系统集就地仪表、集中控制仪表、强电控制于一体。它是加热炉控制的中心与关键,对加热炉的温度、液位、压差或流量进行检测与控制,并对热负荷送行全自动调节。常用仪表主要包括铂热电阻、电接点压力表、双金属温度计、数显温度控制仪、数显压力控制仪、压力表、液位控制器、燃烧器控制器等,强电控制是对循环泵、注油泵、燃烧器及其鼓风机等进行电气控制。控制系统功能如图4-1,电源通常采用~380/220VAC±10%,50Hz±5%,工作环境温度≤50℃,相对湿度85%为宜。

为确保燃气炉长期安全可靠运行,通常设置以下连锁保护(报警):高位槽低液位、燃气炉出口热油超温、热媒炉进出口压力高低(流量低)、循环泵停机。

第二节  有机热载体燃气炉控制系统

 

一、动力控制

动力控制部分主要控制循环泵,注油泵,燃烧器风机的起停,并使循环泵运行、压力(或流量)、高位槽液位、导热油温度与燃烧器联锁,确保加热炉的安全运行。

二、仪表显示控制

仪表显示控制部分分为就地显示和集中仪表控制。通常情况下采用出口油温控制燃烧器负荷,进行油温调节,并控制燃烧器开、停;使用户通过进、出口油温了解炉子的出力情况及设备的用热情况;导热油进炉压力低显示并报警,出炉压力高显示并报警或流量显示并报警;膨胀槽低液位报警,保证其有足够的导热油参于循环,采用温度信号控制燃烧器,使其达到全自动负荷调节的功能。

1.   高位槽液位控制

因为高位槽在整个系统中有稳压作用,所以要求正常运行时,高位槽始终保持一定的

液位,针对这点,我们设置了高位槽低液位控制,当液位低于设定值时,控制柜发出声、光报警,提醒操作人员注意,这时需查找故障原因,排除后,按相关规定往高位槽补油。

2.   导热油压力(流量)控制

通常我们采用进出口压力间接反映导热油流量。

当循环泵运行开始以后,热油炉的进口压力将提高,而出口也将对应一定的压力。那么,我们监测进出口压力来确认循环系统的是否正常运行。

当进口压力低于设定值或者出口压力高于设定值时,燃烧器将停止运行,同时发出声光报警。

3.温度控制

首先介绍一下燃烧器动作过程:

燃烧器起动→燃料气检漏器检测是否漏气,漏气则报警停机,正常则→燃料气压力检测,压力不足则报警停机,正常则→风机起动,风门开大吹扫→风门关中,电极放电→电磁阀开启,点燃火焰,同时火焰检测,无火则报警关阀,正常则→风门开大至中大门→进入自动温控阶段。对比例型燃烧器燃气量采用连续调节并和风量比例联动,故采用时间PID连续调节,使燃烧量和负荷最佳匹配。

对于进口油温,通常我们只是作为一个温度显示。一般是根据出口油温来控制燃烧器的大火或小火抑或是停燃烧器。即在出口油温表上设定出口导热油的控制值和报警值。在导热油温度超过控制设定值时,采用小火燃烧,当低于控制设定值时,采用大火燃烧。同样,在导热油温度超过报警设定值时,报警并停止燃烧。在出口油温小于报警设定值时,解除报警,燃烧器正常燃烧。在这里,报警设定值肯定是大于控制设定值的。

为了防止大火与小火转换过程中,以及报警的过程中,产生振荡。我们设置了回差。即当导热油温度超过了控制设定值,燃烧器由大火转为小火燃烧,然后当导热油温度下降到小于控制设定值,燃烧器并不是马上由小火转为大火,而是要继续下降一个温度Δt后,才开始由小火转为大火,这样,避免了由于频繁转换而产生的振荡,维护了燃烧器及其他元件的正常工作寿命。同样,在报警设定过程中,也采用一个回差。避免报警的振荡。

燃烧器在点火后,火焰监测器一直处于工作监控状态,若出现熄火,则闭锁后等待复位返回起始位置,重新开始。

燃烧器在运行过程中复位则返回起始位置,重新开始。

附 燃烧器动作过程及温度控制流程图

4.流程控制点

根据供热系统要求设置了出口油温、进口油温,导热油进出口压力(或导热油流量),膨胀槽液位及燃烧器控制。出口油温超温显示报警并与燃烧器联锁;同时进行燃烧器大小火调整;用户通过进出口油温差了解炉子的出力情况及设备的用热情况。导热油进出口压力显示和报警或导热油流量显示并报警,是控制导热油正常工作时的压差或流量;膨胀槽液位报警,保证其有足够的导热油;燃烧器控制,保证其安全、燃烧效果好,并受温度控制,达到自动调节温度的功能。另外,根据用户不同要求,可增设热油超低温报警;炉内热油泄漏报警,烟气高温报警等功能。本章主要介绍有机热载体燃气炉供热工艺原理,供热系统组成及供热管线的操作说明。

第一节 预备知识

1.流体的重度和密度

流体单位体积的重量,称为流体的重度,以γ表示,其单位为kgf/m3。

流体单位体积的质量,称为流体的密度,以ρ表示,其单位为kgf·s2/m4 或kg/m3。重度和密度的关系为:γ=ρg,流体的重度或密度,随流体所受的压力和温度而变化。液体和气体相比,液体的变化比气体要小,其中特别是随压力的变化更小。

2.流体的膨胀性

在压力不变的情况下,流体体积随温度升高而增大的性质,称为流体膨胀性。膨胀性的大小,用体积膨胀系数α来度量,它是增加一单位温度时所引起的体积相对增大量,即:α= (1/V)·(dv/dt),式中(dv/dt)——流体体积随温度的变化率。流体的α值随温度和压力而变化。

3.流体的粘性

流体本身阻滞其质点相对滑动的性质,称为流体的粘性。流体粘性的大小用粘度来度量。同一流体的粘度随流体的温度和压力而变化。

3.1.常用的几种流体粘度

a.动力粘度

运动流体相邻流体层间,垂直于运动方向的速度梯度为1单位时的流体内摩擦应为τ,称为流体的动力粘度η。动力粘度又称物理粘度或绝对粘度,常用单位为泊P(g/cm·s)、厘泊CP及kgf·s/m2

1P=100CP=0.0102kgf·s/m2

b.运动粘度

动力粘度η与同温同压下的流体密度ρ之比,称为流体的运动粘度γ。

常用单位为沲St(cm2/s)、厘沲cSt或m2/s

1St=100cSt=1×10-4m2/s

c.恩氏粘度

一定体积的流体流出恩氏粘度计容器的时间,与标准情况下同体积的水的流出时间之比称为恩氏粘度°E。常用单位为秒。

3.2.流体的粘度随着温度或压力的变化而发生变化

气体粘度随温度升高而增大,随压力增加而增大。液体粘度随温度升高而减小,随压力增加而增大。

4.层流、湍流和雷诺数

4.1.层流和湍流

从流体质点的运动是否紊乱出发,流动分层流和湍流两类。

(1)层流  流体质点间相互不混杂、层次分明、平滑的流动、称为层流(片流)。

(2)湍流  流体质点间相互混杂而无层次地流动,称为湍流(紊流)。

4.2.雷诺数和临界雷诺数

4.2.1.雷诺数

雷诺数Re是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲数,即

Re=(VtLt)/γ

式中  Vt——流体的特征速度,如在管流中取过流断面上的的平均流速;

Lt——流体的特征长度,如在管流中常取水力直径ds,对园管内的流动即为管子内径d。

4.2.2.临界雷诺数  层流和湍流相互转化时的雷诺数,称为临界诺数。由层流转变为湍流时,为上临界雷诺数;反之,为下临界雷诺数。

4.2.3.层流和湍流的判别

实用上,以下临界雷诺数Rec来判别流动状态是层流还是湍流。

当Re>Rec时,流动为湍流;

当Re<Rec时,流动为层流。

在内径为d的园断面管内的流动,临界雷诺数值Rec=Vd/γ≈2300。

5.流动阻力

实际流动中,流体在管内流动或绕经物体流动时都存在流动阻力,其方向与流速相反。

5.1.管流的流动阻力

(1)发生在整个流程上,由于粘性(内摩擦力)所引起的沿程阻力。

(2)流经局部管件时,由于旋涡和速度分布的改阻所引起的局部阻力。

5.2.绕流的流动阻力

(1)由于粘性所引起的摩擦阻力。

(2)由于流速变形及旋涡等产生压力差所引起的压差阻力。

(3)由于气体高速运动而产生激波所引起的兴波阻力。

(4)由于存在自由液面而产生波浪所引起的兴波阻力。

(5)由于被绕流物体垂直于束流方向有限长而产生下洗流所引起的诱导阻力。

(6)由于流体作非常流动或物体在流体中作加速运动所引起的惯性阻力。

流线形物体的压差阻力远比摩擦阻力小;而非流线形物体的压差阻力远比摩擦阻力大,有时大致可以不计摩擦阻力。

6.比热

单位物质(按重量或分子计)温度升高1℃所需要的热量称为比热或热容。

常用的比热有三种:(1)定压比热Cp(恒定压力下的比热,也即温度上升1℃所增加的热焓);(2)定容比热Cv(恒定容积下的比热);(3)饱和状态下的比热(温度与压力随蒸汽压力的变化而变化)。定压比热大于定容比热。在工业炉中主要用到的是定压比热和饱和状态比热,在低于常压沸点的温度下,两者基本相等;但当温度较高,尤其是接近临界点时,两者差别就很大。

7.热传导

物体中温度较高部分的分子因振动而与相邻的分子碰撞,并将能量的一部分传给后者,即热能从物体一部分传到另一部分。这种传递热量的方式叫做热传导,简称导热。

8.对流

在流体中,由于流体质点的移动,将热能从一处传到另一处的传热叫做对流传热。在对流传热中,亦伴随着流体质点间的热传导,但其主要原因是由于流体质点位置的变动。在化工生产中常遇新的对流传热,是将热能由流体传到固体壁面,或者是由固体壁面传入周围流体的过程。

9.辐射

辐射是一种以电磁波传播能量的现象。物体在放热时,热能变为辐射能,以电磁波的形式发射而在空间传播,当遇到另一物体,则或多或少地被吸收,重新又转变为热能。

热传导和对流都是靠质点直接接触传递热量,而辐射传热不需要任何物质做媒介。

10.加热炉运行热负荷计算:

加热炉运行热负荷就是运行时导热油在加热炉内吸收的热量,也是加热炉实际供热量,用下列公式计算:

Q=Vv CP(t2-t1)

公式的意义是流量为G的导热油,温度从t1升到t2所吸收的热量。

式中:Q——加热炉运行热负荷,kJ/h;

V——导热油体积流量m3/h;

v——进、出口平均温度下导热油重度,kg/m3;

CP——进、出口平均温度下导热油比热,kJ/kg·℃;

t1、t2——进、出口导热油温度,℃。

 

  第二节  有机热载体

以间接方式将热能从加热设备传递到用热单元的传热介质称为热载体,工业上,热载体分为有机热载体和无机热载体两大类:

(1)有机热载体分为矿物油和合成油,如合成油中的芳烃及醇醚等;导热油是有机热载体中的典型代表。

(2)无机热载体分为水及水蒸汽、液态金属、熔盐、空气。

 

1.几种热载体的比较

名称

使用温度

传热性能

 

 

 

工作压力  

 

对材料要求

毒性

使用限制

水(水蒸汽)

100~350℃

无特殊要求

<250℃

熔盐

400~500℃

不宜用于铝、镁设备

略有

<550℃

导热油

200~350℃

无特殊要求

<350℃

2. 有机热载体--导热油

(1)特点:

1)   无毒、无臭、无污染、无任何毒性、无致癌物、无难闻气味。

2)   挥发性小、安全可靠,闪点在200℃左右,自燃点在500℃以上。

3)   酸度低,PH值近中性,对设备无腐蚀性。

4)   馏程高蒸发损耗小:馏程的初始温度高于20℃以上。使用温度不超过最高使用温度时,蒸发损耗低。

5)  热稳定性好,抗氧化性强:在不高于最高使用温度下使用,其热分解的速度极慢,油质相对稳定,年添加量仅为5%左右。

(2)选用

导热油的选用首先应考虑工艺温度要求及导热油最高允许使用温度之间的关系,导热油严禁超温使用,因此,选择导热油最高允许使用温度应比工艺需用的主流体最高工作温度高出10℃~15℃。其次,选择导热油应考虑导热油性能特点,包括密度、粘度、闪点、酸值、残炭及馏份等,同时还应考虑温度与导热油的比热、粘度、导热系数的关系。

(3)用量的选择:

选择导热油用量时,应根据供热系统的具体情况来确定。

一般情况下,可按下面的经验公式来确定:

导热油用量=1.2(A+B+C+D)m3

A——加热炉本体内的油容量,m3

B——用热设备内的油容量,m3

C——膨胀槽内的油容量,m3

D——供热系统管线内的油容量,m3

(4)导热油失效的判别:

导热油长期在高温下使用,其品质会缓慢地发生变化,它的变化是不可逆的,在超温条件下运行,品质劣变加速。因此,定期对导热油取样分析(最长不得超过一年),要着重控制和观察分析以下几项指标:

1)   酸值(mgKOH/g)达到0.5时应引起重视(按GB264-77方法测定)。

2)   粘度变化达到15%时应引起重视(按GB265-75方法测定)。

3)   闪点变化达到20%以上时应引起重视(按GB267-77方法测定)。

4)   残炭(W%)达到1.5时应引起重视(按GB268-77方法测定)。

当分析导热油上述指标时,不能孤立地看其中的某一项,但有两项以上指标不合格时,该导热油给予更换或再生。

l         严禁导热油超温使用

l         严禁不同品牌导热油混用

防止高温导热油与空气接触(正常使用时膨胀槽温度超过70℃时应引起关注)

第三节  供热系统工作原理

 

一、工作原理

有机载热体炉,是以煤、油或可燃气体为燃料,有机热载体为热能的载体,利用循环泵强制液相循环,热载体将热能输送给用热设备,继而返回加热炉重新加热的直流式特种工业炉,下面是有机热载体炉供热系统的工作原理。

第四节  有机热载体炉炉房内供热工艺流程及操作说明

.操作说明

1.主循环回路

循环泵7a(或7b)将导热油经管道Y21送入加热炉管内,经加热后由管道Y22送入用热设备进入换热,然后经管道Y18、油气分离器5、Y型油过滤器6 管道Y19返回循环泵,完成整个循环过程。

2.注油管线

(1)将外来导热油注入膨胀槽:外来导热油经管道Y3,通过粗滤器1,齿轮注油泵2,再经管道Y1进入膨胀槽,此时需开启的阀门有F3和F1。

(2)将外来导热油注入储油槽:外来导热油经管道Y3,通过粗滤器1,齿轮注油泵2,再经管道Y1先进入膨胀槽,再经管道Y5进入储油槽,此时需开启的阀门有F3和F1。

(3)将储油槽内导热油注入膨胀槽:储油储内的导热油经管道Y11,Y4,粗滤器1,齿轮注油泵2,及管道Y1进入膨胀槽,此时需开启的阀门有F4和F1。

3.溢流管线

无论从外界还是从储油槽内注入膨胀槽内的导热油,当导热油在膨胀槽中的液位超过其溢流口时,则由溢流管Y5自动溢流至储油槽内。

4.排油管线

当更换新油或设备维修时需排放导热油时,相应由以下各排油管线实现:

(1)膨胀槽内导热油的排放:导热油经管道Y8通过溢流管Y5排至储油槽内,此时需开启阀门F6。

(2)储油槽内导热油的排放:

(a)储油槽内底部积有少量水份或杂质,则可从管道Y12,Y9直接向外排放,此时需开启阀门F7。

(b)在更换导热油时,系统中大量导热油可先储入储油槽,再从储油槽中排出。此时导热油经管道Y11,Y4、过滤器1,齿轮注油泵2及管道Y2进行排放,此时需开启的阀门有F4和F2。

(3)设备中导热油的排放

(a)循环泵中的导热油可经管道Y10、Y4,Y3直接排放,此时需开启的阀门有F8、F3。也可利用齿轮注油泵将循环泵中导热油抽出注入相应容器中。

(b)加热炉中导热油可经管道Y14、Y13及Y9直接排放,此时需开启的阀门有F10和F7。

(c)用热设备中导热油可通过相应设备上设置的排放管道和阀门排放。

5.加热炉总旁路循环

用热设备用热量发生变化或停止用热或用热设备发生故障时,进入用热设备的导热油流量会相应发生变化,或人为调整用热设备阀门开度以调节用热量,或出现故障时使进入用热设备的导热油减少,此时为保证加热炉有正常工作流量,不至出现因流量减少而使导热油在炉管内流动过慢而结焦,则在加热炉进出总管道间加设总旁路管道Y23及总旁路阀门F21进行调节。

6.排气管线及辅助排气管线

加热炉在调试及运行操作中,导热油中含有的水份(或管线水压试验时存留在系统中)或低挥发份经油气分离器5膨胀管Y17,通过膨胀槽和储油槽上相应的排气管道Y6和Y7排出。

加热炉在调试过程中如发现系统中含有的气体量很多,则可通过辅助排气管道Y16及膨胀槽04来实现气体的快速排放,此时需开启的阀门有F13,此时需关闭的阀门有F5,注意:打开辅助排气阀F13时应同时关闭阀门F5,以防止导热油从排气管Y6中冲出。当系统中气体量较少和加热炉在正常工作时,应打开阀门F5,此时阀门F13必须处于关闭状态,以防高温导热油进入膨胀槽而被氧化变质。

7.冷油置换管线

在突然停电或循环泵突然出现故障时,因循环泵的停止运行使炉管内导热油不流动,此时炉管内导热油因为不断接受炉膛内燃料燃烧余热而使温度升高,严重时可使炉管内导热油结焦,此时可开启冷油转换阀门F83,将膨胀槽中的冷油靠静压力且经膨胀管Y17、油气分离器5,Y型油过滤器6、循环泵7a(或7b),进入加热炉内,将炉管内的热油经冷油转换管Y85及管道Y12排入储油槽。

对于燃气加热炉,冷油转换的设置于否可作特定考虑。

三、Y型油过滤器在系统中的位置

Y型油过滤器是用来过滤并清除系统中(包括介质中)的异物,以保护循环泵。过滤器在系统中的安装位置有以下两种形式。

二、常规用热设备供热流程

随着我国现代化工业的发展和节能工作的深入,有机热载体加热技术在各工业领域获得了越来越广泛的应用。怎样合理、安全、经济地选择供热流程便成为人们普遍关心的课题。供热流程应按有机热载体的特性和用热设备所需热量进行具体设计,下面介绍以导热油为热载体的几种常规供热流程。

1.基本流程

一台加热炉带一台用热设备流程如图3-4所示。用热设备的温度由温度控制阀通过调节导热油流量实现自动控制。

2.多台用热设备流程

一台加热炉同时供二台或多台用热设备获得不同的温度,也可只供其中一台或几台用热设备交替供热,如图3-5所示。这种流程经济实用,调节方便,用热设备通过温度控制阀调节可在各自工艺温度下运行,主循环旁路设有压力调节阀调节其主循环流量。

3.多回路循环供热流程

导热油供热流程是为了满足用热设备用热要求,应避免由于用热设备的调节不合理而造成热量的大起大落,最终影响系统的稳定运行和用热设备的正常工作。因此对温度有精确要求的用热设备,在设备前应自备循环泵,组成次循环系统,用热机热负荷通过控制其次循环油量获得调整。如图3-6所示。

4.加热、冷却流程

由于某些生产工艺的要求,用热设备一阶段需要用导热油来加热,另一阶段需要用导热油来冷却。