石油化工加热炉设计手册

本书主要介绍了石油化工加热炉的结构参数、设计方法、工艺计算及炉管系统计算、钢结构、炉衬相关计算方法，叙述了结构设计、炉衬设计和空气预热系统的设计，介绍了加热炉主要配件的选用要求， 给出了辅助燃烧室、酸性气
焚烧炉、尾气焚烧炉和余热锅炉等４ 个单体加热炉的设计方法，并综述了安全环保对加热炉的要求及设计时应遵守的规定。

张海燕，毕业于华东理工大学化工机械专业，曾任中国石化集团公司洛阳石油化工工程公司工业炉专业副总工程师，高级工程师，从事加热炉设计及相关标准编撰工作。?

目录

第1章概述（1）

1.1加热炉的结构及分类（1）

1.2设计目标（3）

1.3设计应考虑的因素（3）

1.4主要工艺参数（4）

1.5炉型选择（6）

第2章工艺计算（7）

2.1符号说明（7）

2.2基础数据（16）

2.2.1工艺条件（16）

2.2.2热负荷计算（18）

2.3燃烧过程计算（20）

2.3.1燃料的发热量（20）

2.3.2理论空气量（26）

2.3.3过剩空气（28）

2.3.4烟气量和烟气组成（28）

2.3.5根据烟气成分推算过剩空气（29）

2.3.6燃料、空气、烟气的热物性（31）

2.4热效率计算（37）

2.4.1热效率定义（37）

2.4.2加热炉体系划分（40）

2.4.3效率计算（40）

2.5辐射段计算（55）

2.5.1辐射段热负荷（55）

2.5.2辐射管表面热强度（56）

2.5.3辐射炉管管外壁温度（57）

2.5.4辐射炉管加热表面积（60）

2.5.5炉管管径及管程数（61）

2.5.6炉管根数及管心距（62）

2.5.7辐射段炉体尺寸（63）

2.5.8对流段尺寸初定（65）

2.5.9辐射段传热计算（66）

2.5.10辐射段热平衡（75）

2.5.11辐射段计算方法总结（76）

2.6对流段计算（76）

2.6.1概述（76）

2.6.2热负荷及烟气温度的分段计算（77）

2.6.3对数平均温差（77）

2.6.4对流总传热系数（78）

2.6.5对流管表面积及管排数（85）

2.6.6钉头和翅片顶部温度（86）

2.7炉管压力降计算（87）

2.7.1概述（87）

2.7.2无相变的炉管压力降计算（87）

2.7.3有相变的炉管压力降计算（89）

2.7.4两相流流型及流速（92）

2.8烟囱计算（92）

2.8.1概述（92）

2.8.2烟气流速及温降（93）

2.8.3烟气通过对流管排的阻力（94）

2.8.4烟气通过各部分的局部阻力（98）

2.8.5烟气在烟囱中的摩擦损失（98）

2.8.6烟气在烟囱出口处的动能损失（99）

2.8.7烟囱需克服的总阻力（99）

2.8.8烟囱的抽力和高度（99）

2.9工艺计算实例（100）

2.9.1设计条件（100）

2.9.2热负荷核算（103）

2.9.3燃烧计算（103）

2.9.4辐射段计算（106）

2.9.5对流段计算（109）

2.9.6烟囱抽力计算（116）

参考文献（120）

第3章炉管系统（121）

3.1概述（121）

3.2材料的选择（122）

3.3厚度计算（126）

3.3.1概述（126）

3.3.2设计条件（127）

3.3.3设计方法的限制（135）

3.3.4应力公式（137）

3.3.5弹性设计（137）

3.3.6断裂设计（138）

3.3.7中间温度范围（138）

3.3.8最小厚度（138）

3.3.9弯管（139）

3.3.10集合管（140）

3.4制造、检验及验收（141）

3.4.1炉管（141）

3.4.2扩面管（141）

3.4.3急弯弯管或堵头式回弯头（142）

3.4.4集合管（142）

3.4.5盘管焊接（142）

3.4.6压力试验（143）

3.5炉管支承件（144）

3.5.1概述（144）

3.5.2材料（144）

3.5.3荷载和许用应力（145）

3.5.4制造（146）

参考文献（146）

第4章钢结构（147）

4.1概述（147）

4.2荷载分类与组合（148）

4.2.1恒荷载（148）

4.2.2活荷载（148）

4.2.3雪荷载（149）

4.2.4风荷载（149）

4.2.5荷载组合（157）

4.3地震作用（157）

4.3.1抗震设计的基本要求（157）

4.3.2地震作用和结构抗震验算（158）

4.3.3抗震构造措施（163）

4.4钢结构设计（164）

4.4.1圆筒炉各部位结构的作用（164）

4.4.2箱式炉各部位结构的作用（164）

4.4.3加热炉结构选用材料及型号（165）

4.4.4常用钢材的性能指标（165）

4.4.5连接材料（166）

4.4.6设计基本规定（167）

4.4.7钢结构设计计算采用的指标（168）

4.4.8加热炉钢结构计算（171）

4.4.9加热炉柱脚计算（172）

4.5钢烟囱（175）

4.5.1基本规定（175）

4.5.2荷载与作用（175）

4.5.3强度及稳定计算（175）

本书由加热炉各个方面的专家结合多年的工程设计实践经验，在总结国内外多年来加热炉设计的新标准、新材料、新结构等基础上完成的。本书内容涵盖了石油化工管式加热炉的工艺计算、钢结构和炉衬结构设计、炉管系统、辅助燃烧室、硫黄回收焚烧炉、余热锅炉、空气预热系统、加热炉控制、炉用关键配件、安全环保等设计内容，并重点描述了加热炉设计方面的内容。考虑到当前计算软件的普遍性，工艺计算基本上是以概念和图表的方式给设计人员一个工程设计思路和方法，并用先进的计算软件对原版手册上的一些经验公式进行了验算、筛选和更正。钢结构部分使其结构设计和方法更具体更实用；炉管系统、炉衬及耐火材料结合了多年来材料的变化，与时俱进；空气预热系统、加热炉控制系统、酸性气焚烧炉、尾气焚烧炉、余热锅炉、关键配件和安全环境保护要求等基本为全新内容。