节能保温涂料在加热炉上的应用

陈浩，陈晓姣



节能保温涂料在加热炉上的应用

陈浩，陈晓姣

（中海油炼油化工科学研究院（青岛）， 山东 青岛 266500）

在现代炼油企业中，加热炉是最常见的设备之一，对于炼化企业来说，其也是最大的耗能设备。本单位50万t/a常减压工业化试验装置拥有两台立式管筒加热炉，经多年运行发现加热炉炉壁温度过高，散热损失较大，直接影响加热炉热效率。经过技术人员的数据收集及分析研究，找出提高加热炉热效率和节能的有效途径，一举解决了加热炉炉壁散热损失大的难题。

散热； 节能； 保温涂料； 热效率

加热炉是石油化工行业最常用的设备之一，也是消耗能量最多的设备。它是利用燃料在炉膛内燃烧产生高温火焰与烟气作为热源，通过热量传导、辐射传热和对流传热来加热炉管中流动的油品，使其达到生产所需的温度。常减压装置加热炉能耗占装置总能耗的80%左右，如何降低加热炉能耗，需要根据加热炉运行的实际情况，来分析提高加热炉热效率和节能的有效途径，实现加热炉低能耗、高效率的运行。

1 加热炉运行中存在问题的分析

本装置两台立式管筒炉在2009年12月正式建成，次年3月正式投入使用。燃烧器设计为燃料油和燃料气混合燃烧，设计参数详见表1。

表1 两台加热炉设计参数［1］

一般影响加热炉热效率的原因主要有：加热炉的排烟温度，过剩空气系数，燃料不完全燃烧损失，炉壁散热损失等。简化的热效率平衡表达式描述［2］：

式中：—加热炉热效率；

1—排烟损失占加热炉总供热的比值；

2—不完全燃烧损失占加热炉总供热的比值；

3—散热损失占加热炉总供热的比值。［2］

本装置两台加热炉热前期经过余热系统的优化改造和对“三门一板”的合理控制，已经有效降低排烟温度和不完全燃烧对加热炉热效率的影响，目前加热炉运行中存在的主要问题在于：加热炉投用时间较长，加热炉内壁衬里出现不同程度的老化、开裂、部分脱落等现象，致使加热炉炉壁散热损失量逐年增大，炉壁局部过热超温，加热炉热效率下降，一般在85%～88%左右［1］，严重影响整个装置的综合能耗，同时存在日常操作的安全隐患。

2 节能保温涂料的技术原理

保温涂料一般会选用导热系数小的材料、增加保温材料厚度，这是常规保温（质量型保温）的主要措施。

针对加热炉外壁节能保温涂料的选择，我们经过专业技术人员的多方调研和论证，最终选取的是采用特种中空陶瓷微粒做主填料( >70% )，微粒约200～250目，微粒内空腔为中空和真空的新型节能环保涂料［3］。并将该涂料在实验室内进行了模拟试验，保温隔热效果极佳。

2.1 保温涂料的核心技术

节能保温涂料由于采用特种陶瓷微粒，使涂料层内和涂料层表面具有良好的热力性能。由于微粒内为空腔，粒径非常小而且为中空，因此起到如下作用：

(1)降低涂料层的比重，增加涂料层的空隙率，可减少固体传导；

(2)微粒内空隙为封闭结构，而且内径非常小，可限制对流传热；

(3)微粒内为真空，可进一步限制对流传热和消除微粒内气相的传导传热；

(4)微粒内腔形成大量的反射、辐射面，从而可减少辐射传热。

2.2 保温涂料的使用性能

（1）保温效果好。其综合导热系数小于静止空气的导热系数。

（2）整体性强。保温涂料综合了涂料及保温材料的双重特点，干燥后形成有一定强度及弹性的保温层。与传统保温材料相比［4］，保温涂料可与基层全面黏结，整体性强，特别适用于其它保温材料难以解决的异型设备保温［5］，因而有如下优点：

①减少“热桥”效应。保温涂料干固后，内部呈封闭微孔结构，能天衣无缝地包覆于热力设备表面，断绝了其他类保温材料接缝和纤维结构的“热桥”损失［6］。

②防潮性能好，有利于减少湿气对导热系数的影响。水的导热系数为0.582 W/m·k，大约为空气导热系数的25倍［7］。保温材料湿含量增加，其导热系数增加，保温涂料整体性强，有利于减少湿气进入保温涂料。

研究和实践表明，由于保温涂料整体性强, 与常规保温材料相比，即使其导热系数相同，实际保温效果要好。

（3）质轻、层薄，施工相对简单，具有很高的耐酸碱性。

（4）与物体表面有很好的粘结能力，抗压性较好。

（5）产品无毒、无味、阻燃，储运、应用时无危险性，对环境无害。

（6）使用寿命长，4~6年。

2.3 保温涂料与传统涂料相比的优势

（1）保温涂料的干燥周期短，上料涂层较薄，施工过程受季节和气候影响小；

（2）抗冲击能力相对较强；

（3）干燥收缩小，延展性好。延展率一般大于30%，使用中不易开裂，长期使用的整体性优于一般保温涂料。

（4）对基体的黏结强度大，不易因施工不当造成大面积空鼓现象；

（5）装饰性较好，可选取颜色总类多，整体性、美观性效果更好。

3 节能保温涂料的应用及效果

2015年底，我们利用常减压装置停工检修期间，组织施工人员对2台加热炉外表面喷涂了节能保温涂料。喷涂后涂层外观均匀，表面不起皮、不开裂。

对于喷涂厚度则是厚度愈大,隔热效果愈好,但成本越大,厚度1 mm的成本为厚度0.3 mm的三倍。同时随厚度增加，效果增加变小，厚度在1～1.5 mm之间，其隔热效果基本接近。因此本次的喷涂厚度控制在1 mm左右为佳，能达到工艺要求和满足防腐要求。

为评价保温隔热涂料在加热炉保温节能的效果，在常压炉F101和减压炉F102上选定87个测试点，测试在加热炉喷涂保温涂料前后，用表面温度计和热流密度计，分别测量了加热炉的外表面温度和热流密度。并根据实测表面温度和表面热流密度的变化，计算出相应的节能效果。总体上来看，喷涂保温涂料后炉外表面温度和热流密度降低幅度较大。详见表2、表3、表4 和表5。

表2 F101加热炉上的温度测试对比记录

表3 F101加热炉上的热流密度测试对比记录

表4 保温涂料在F102加热炉上的温度测试对比记录

表5 F101加热炉上的热流密度测试对比记录

经过对加热炉外表面温度和热流密度的测试和分析，可得出以下结论：

（1）表面温度明显降低

表中2台加热炉喷涂保温涂料前后的测试时的风速、环境温度变化不大，在同等条件下, 加热炉外表面总平均温度由51.45 ℃降低到33.15 ℃，减少18.3 ℃，降低幅度达35.56%，有效的降低了炉壁外表面温度。

（2）表面温度差异减小

从测试数据表中, 喷涂保温涂料前, 表面温度差异较大，最高温度83 ℃与最低温度26.1 ℃的差值56.9 ℃；喷涂保温涂料后，相应部位最高温度33.4 ℃与最低温度24.7 ℃的差值明显减小为8.7℃，温度分布较应用保温涂料前更为均匀。

（3）散热损失减小

测试时，进行了表面热流密度的测定。从测试数据表中可看出，喷涂保温涂料后，表面热流密度明显减小，外表面总平均热流密度由1 939 W/m2降到529 W/m2，减少1 410 W/m2，减少幅度高达72.7%。

F-101常压炉炉内衬里在未作修理的情况下，应用节能保温涂料前后，红外热像仪拍摄照片祥见图1。

图1 应用涂料前后表面红外热图像

4 结 论

根据对两台加热炉检测数据的对比分析，我们可以得到以下结论：在相同条件下，加热炉外壁喷涂新型节能保温涂料，可有效降低加热炉外壁温度至50℃以下，总平均热流密度降低50%以上，有效地降低了加热炉外壁的散热，减少了加热炉的燃料消耗。

［1］陈浩，陈晓姣，柴文正.常减压蒸馏装置加热炉的节能优化改造探究［J］. 辽宁化工，2014（12）:1582-1583+1591.

［2］成伟,高建苹. 兰州石化公司加热炉状况调查及节能措施建议[J]. 甘肃科技,2012(08):60-62.

［3］朱本光,马贵阳,乔伟彪,等. 输油管道加热炉节能减排技术现状与未来发展[J]. 当代化工,2011(02):143-145.

［4］ 彭新宝.保温涂料在外浮顶罐的应用[J].节能，2007（11）：41-43+3．

［5］李来胜. 新疆地区外墙保温工程质量问题及原因分析[J]. 甘肃冶金,2009(06):118-119.

［6］鲍磊,胡冰,胡书博. 原油储罐应用太空隔热特种涂料防腐节能效果评价[J]. 资源节约与环保,2014(01):43.

［7］张星雨. 复合硅酸盐保温涂料的研究[D].西北大学,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

陈浩（1985-），男，工程师，辽宁省抚顺市人，2008年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺专业，研究方向：石油炼制工艺技术研究与装置节能优化。

TQ 052

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1004-0935（2017）07-0728-04