節能保溫涂料在加熱爐上的應用

陳浩，陳曉姣

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節能保溫涂料在加熱爐上的應用

陳浩，陳曉姣

（中海油煉油化工科學研究院（青島）， 山東 青島 266500）

在現代煉油企業中，加熱爐是最常見的設備之一，對于煉化企業來說，其也是最大的耗能設備。本單位50萬t/a常減壓工業化試驗裝置擁有兩臺立式管筒加熱爐，經多年運行發現加熱爐爐壁溫度過高，散熱損失較大，直接影響加熱爐熱效率。經過技術人員的數據收集及分析研究，找出提高加熱爐熱效率和節能的有效途徑，一舉解決了加熱爐爐壁散熱損失大的難題。

散熱； 節能； 保溫涂料； 熱效率

加熱爐是石油化工行業最常用的設備之一，也是消耗能量最多的設備。它是利用燃料在爐膛內燃燒產生高溫火焰與煙氣作為熱源，通過熱量傳導、輻射傳熱和對流傳熱來加熱爐管中流動的油品，使其達到生產所需的溫度。常減壓裝置加熱爐能耗占裝置總能耗的80%左右，如何降低加熱爐能耗，需要根據加熱爐運行的實際情況，來分析提高加熱爐熱效率和節能的有效途徑，實現加熱爐低能耗、高效率的運行。

1 加熱爐運行中存在問題的分析

本裝置兩臺立式管筒爐在2009年12月正式建成，次年3月正式投入使用。燃燒器設計為燃料油和燃料氣混合燃燒，設計參數詳見表1。

表1 兩臺加熱爐設計參數［1］

一般影響加熱爐熱效率的原因主要有：加熱爐的排煙溫度，過剩空氣系數，燃料不完全燃燒損失，爐壁散熱損失等。簡化的熱效率平衡表達式描述［2］：

式中：—加熱爐熱效率；

1—排煙損失占加熱爐總供熱的比值；

2—不完全燃燒損失占加熱爐總供熱的比值；

3—散熱損失占加熱爐總供熱的比值。［2］

本裝置兩臺加熱爐熱前期經過余熱系統的優化改造和對“三門一板”的合理控制，已經有效降低排煙溫度和不完全燃燒對加熱爐熱效率的影響，目前加熱爐運行中存在的主要問題在于：加熱爐投用時間較長，加熱爐內壁襯里出現不同程度的老化、開裂、部分脫落等現象，致使加熱爐爐壁散熱損失量逐年增大，爐壁局部過熱超溫，加熱爐熱效率下降，一般在85%～88%左右［1］，嚴重影響整個裝置的綜合能耗，同時存在日常操作的安全隱患。

2 節能保溫涂料的技術原理

保溫涂料一般會選用導熱系數小的材料、增加保溫材料厚度，這是常規保溫（質量型保溫）的主要措施。

針對加熱爐外壁節能保溫涂料的選擇，我們經過專業技術人員的多方調研和論證，最終選取的是采用特種中空陶瓷微粒做主填料( >70% )，微粒約200～250目，微粒內空腔為中空和真空的新型節能環保涂料［3］。并將該涂料在實驗室內進行了模擬試驗，保溫隔熱效果極佳。

2.1 保溫涂料的核心技術

節能保溫涂料由于采用特種陶瓷微粒，使涂料層內和涂料層表面具有良好的熱力性能。由于微粒內為空腔，粒徑非常小而且為中空，因此起到如下作用：

(1)降低涂料層的比重，增加涂料層的空隙率，可減少固體傳導；

(2)微粒內空隙為封閉結構，而且內徑非常小，可限制對流傳熱；

(3)微粒內為真空，可進一步限制對流傳熱和消除微粒內氣相的傳導傳熱；

(4)微粒內腔形成大量的反射、輻射面，從而可減少輻射傳熱。

2.2 保溫涂料的使用性能

（1）保溫效果好。其綜合導熱系數小于靜止空氣的導熱系數。

（2）整體性強。保溫涂料綜合了涂料及保溫材料的雙重特點，干燥后形成有一定強度及彈性的保溫層。與傳統保溫材料相比［4］，保溫涂料可與基層全面黏結，整體性強，特別適用于其它保溫材料難以解決的異型設備保溫［5］，因而有如下優點：

①減少“熱橋”效應。保溫涂料干固后，內部呈封閉微孔結構，能天衣無縫地包覆于熱力設備表面，斷絕了其他類保溫材料接縫和纖維結構的“熱橋”損失［6］。

②防潮性能好，有利于減少濕氣對導熱系數的影響。水的導熱系數為0.582 W/m·k，大約為空氣導熱系數的25倍［7］。保溫材料濕含量增加，其導熱系數增加，保溫涂料整體性強，有利于減少濕氣進入保溫涂料。

研究和實踐表明，由于保溫涂料整體性強, 與常規保溫材料相比，即使其導熱系數相同，實際保溫效果要好。

（3）質輕、層薄，施工相對簡單，具有很高的耐酸堿性。

（4）與物體表面有很好的粘結能力，抗壓性較好。

（5）產品無毒、無味、阻燃，儲運、應用時無危險性，對環境無害。

（6）使用壽命長，4~6年。

2.3 保溫涂料與傳統涂料相比的優勢

（1）保溫涂料的干燥周期短，上料涂層較薄，施工過程受季節和氣候影響小；

（2）抗沖擊能力相對較強；

（3）干燥收縮小，延展性好。延展率一般大于30%，使用中不易開裂，長期使用的整體性優于一般保溫涂料。

（4）對基體的黏結強度大，不易因施工不當造成大面積空鼓現象；

（5）裝飾性較好，可選取顏色總類多，整體性、美觀性效果更好。

3 節能保溫涂料的應用及效果

2015年底，我們利用常減壓裝置停工檢修期間，組織施工人員對2臺加熱爐外表面噴涂了節能保溫涂料。噴涂后涂層外觀均勻，表面不起皮、不開裂。

對于噴涂厚度則是厚度愈大,隔熱效果愈好,但成本越大,厚度1 mm的成本為厚度0.3 mm的三倍。同時隨厚度增加，效果增加變小，厚度在1～1.5 mm之間，其隔熱效果基本接近。因此本次的噴涂厚度控制在1 mm左右為佳，能達到工藝要求和滿足防腐要求。

為評價保溫隔熱涂料在加熱爐保溫節能的效果，在常壓爐F101和減壓爐F102上選定87個測試點，測試在加熱爐噴涂保溫涂料前后，用表面溫度計和熱流密度計，分別測量了加熱爐的外表面溫度和熱流密度。并根據實測表面溫度和表面熱流密度的變化，計算出相應的節能效果。總體上來看，噴涂保溫涂料后爐外表面溫度和熱流密度降低幅度較大。詳見表2、表3、表4 和表5。

表2 F101加熱爐上的溫度測試對比記錄

表3 F101加熱爐上的熱流密度測試對比記錄

表4 保溫涂料在F102加熱爐上的溫度測試對比記錄

表5 F101加熱爐上的熱流密度測試對比記錄

經過對加熱爐外表面溫度和熱流密度的測試和分析，可得出以下結論：

（1）表面溫度明顯降低

表中2臺加熱爐噴涂保溫涂料前后的測試時的風速、環境溫度變化不大，在同等條件下, 加熱爐外表面總平均溫度由51.45 ℃降低到33.15 ℃，減少18.3 ℃，降低幅度達35.56%，有效的降低了爐壁外表面溫度。

（2）表面溫度差異減小

從測試數據表中, 噴涂保溫涂料前, 表面溫度差異較大，最高溫度83 ℃與最低溫度26.1 ℃的差值56.9 ℃；噴涂保溫涂料后，相應部位最高溫度33.4 ℃與最低溫度24.7 ℃的差值明顯減小為8.7℃，溫度分布較應用保溫涂料前更為均勻。

（3）散熱損失減小

測試時，進行了表面熱流密度的測定。從測試數據表中可看出，噴涂保溫涂料后，表面熱流密度明顯減小，外表面總平均熱流密度由1 939 W/m2降到529 W/m2，減少1 410 W/m2，減少幅度高達72.7%。

F-101常壓爐爐內襯里在未作修理的情況下，應用節能保溫涂料前后，紅外熱像儀拍攝照片祥見圖1。

圖1 應用涂料前后表面紅外熱圖像

4 結 論

根據對兩臺加熱爐檢測數據的對比分析，我們可以得到以下結論：在相同條件下，加熱爐外壁噴涂新型節能保溫涂料，可有效降低加熱爐外壁溫度至50℃以下，總平均熱流密度降低50%以上，有效地降低了加熱爐外壁的散熱，減少了加熱爐的燃料消耗。

［1］陳浩，陳曉姣，柴文正.常減壓蒸餾裝置加熱爐的節能優化改造探究［J］. 遼寧化工，2014（12）:1582-1583+1591.

［2］成偉,高建蘋. 蘭州石化公司加熱爐狀況調查及節能措施建議[J]. 甘肅科技,2012(08):60-62.

［3］朱本光,馬貴陽,喬偉彪,等. 輸油管道加熱爐節能減排技術現狀與未來發展[J]. 當代化工,2011(02):143-145.

［4］ 彭新寶.保溫涂料在外浮頂罐的應用[J].節能，2007（11）：41-43+3．

［5］李來勝. 新疆地區外墻保溫工程質量問題及原因分析[J]. 甘肅冶金,2009(06):118-119.

［6］鮑磊,胡冰,胡書博. 原油儲罐應用太空隔熱特種涂料防腐節能效果評價[J]. 資源節約與環保,2014(01):43.

［7］張星雨. 復合硅酸鹽保溫涂料的研究[D].西北大學,2007.

Application of Energy-saving Insulation Coating in Heating Furnaces

（CNOOC Oil Refining Chemical Industry Research Institute (Qingdao), Shandong Qingdao 266500, China）

In modern oil refining enterprises, the heating furnace is one of the most common equipments; for refining enterprises, it is also the biggest energy dissipation device. 500 kt/a Crude distillation industrialized experiment device in our research institute used two sets of vertical tube heating furnaces, years of operation data showed that the furnace wall temperature was very high，the heat loss was bigger, which directly affected the thermal efficiency of heating furnace. Through data collection and analysis, the effective ways to improve the heating furnace thermal efficiency were pointed out to solve the furnace wall heat loss problem.

thermal dissipation; energy conservation; heat insulation coating； thermal efficiency

2017-05-03

陳浩（1985-），男，工程師，遼寧省撫順市人，2008年畢業于遼寧石油化工大學化學工程與工藝專業，研究方向：石油煉制工藝技術研究與裝置節能優化。

TQ 052

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1004-0935（2017）07-0728-04