SY5262火筒式加热炉规范.docx
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SY5262火筒式加热炉规范
SY-5262-2000-火筒式加热炉规范
火筒式加热炉规范
Specificationforfiretubeheater
目次
前言··············································Ⅳ
1范围··················································1
2引用标准················································1
3定义······································2
4基础数据和炉型选择·····································3
5工艺设计···········································3
6材料················································4
7强度设计···············································7
8结构设计···········································11
9附件和仪表·············································12
10加工成形与组装···································13
11焊接··················································20
12压力试验···········································24
GB/T983-1995不锈钢焊条
GB/T985-1988气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸
GB/T986-1988埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸
GB/T3077-1999合金结构钢
GB3087-1999低中压锅炉用无缝钢管
GB/T3274-1988碳素结构钢和低合金结构钢 热轧厚钢板和钢带
GB/T5117-1995碳钢焊条
GB/T5118-1995低合金钢焊条
GB/T5293-1999埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂
GB5310-1995高压锅炉用无缝钢管
GB6479-1986化肥设备用高压无缝钢管
GB6654-1996压力容器用钢板
GB/T8163-1999输送流体用无缝钢管
GB/T12459-1990钢制对焊无缝管件
GB/T13401-1992钢板制对焊管件
GB/T14957-1994熔化焊用钢丝
GB/T14958-1994气体保护焊用钢丝
GB/T14982-1994粘土质耐火泥浆
GB50205-95钢结构工程施工及验收规范
GB/T50235-1997工业金属管道工程施工及验收规范
JB/T1611-93锅炉管子技术条件
JB/T1613-93锅炉受压元件焊接技术条件
JB/T1615-91锅炉油漆和包装技术条件
JB/T1619-93锅壳锅炉本体总装技术条件
JB/T1623-92锅炉管孔中心距尺寸偏差
JB/T1625-93中低压锅炉焊接管孔尺寸
JB2536-80压力容器油漆、包装和运输
JB3375-91锅炉原材料入厂检验
JB4708-92钢制压力容器焊接工艺评定
JB/T4709-92钢制压力容器焊接规程
JB/T4712-92鞍式支座
JB4726-94压力容器用碳素钢和低合金钢锻件
JB4730-94压力容器无损检测
JB/T4735-1997钢制焊接常压容器
JB/T4736-95补强圈
JB/T4737-95椭圆形封头
SY0031-95石油工业用加热炉安全规程
SY/T0510-1998钢制对焊管件
SY/T0535-94火筒式加热炉热力与阻力计算方法
SY/T0540-94石油工业加热炉型式与基本参数
SY/T0599-1997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求
SY/T5261-91火筒式加热炉受压元件强度计算方法
SY/T5106-93粘土质耐火砖
DL/T5048-95电力建设施工及验收技术规范一管道焊接接头超声波检验篇
3定义
本标准采用下列定义。
3.1火筒式加热炉firetubetypeheater
在金属圆筒壳体内设置火筒传递热量的一种加热炉,称为火筒式加热炉。
3.2火筒式直接加热炉direct-heatedheater
被加热介质在壳体内由火筒直接加热的火筒式加热炉,称为火筒式直接加热炉,简称火筒炉。
3.3火筒式间接加热炉indirect-heatedheater
被加热介质在壳体内的盘管(由钢管和管件组焊制成的传热元件)中,由中间载热体加热,而中间载热体由火筒直接加热的火筒式加热炉,称为火筒式间接加热炉。
中间载热介质为水的火筒式间接加热炉,简称水套炉。
壳体在常压下工作的水套炉,简称常压水套炉。
3.4火筒firetube
在火筒式加热炉中,具有燃烧室功能,且主要传递辐射热的元件称为火管;与火管相连通,且主要进行对流换热的元件称为烟管;火管和烟管总称为火筒。
3.5工作压力workingpressure
系指在正常工作情况下,火筒式加热炉壳体顶部(或水套炉盘管内)可能达到的最高压力。
3.6设计压力designpressure
系指在相应设计温度下用以确定火筒式加热炉壳体及受压元件厚度的压力,亦即标注在铭牌上的设计压力,其值不应小于工作压力。
3.7设计温度designtemperature
系指火筒式加热炉正常工作过程中,在相应设计压力下壳壁或元件金属可能达到的最高温度。
当各个部位在工作过程中可能产生不同温度时,取预计的不同温度作为各相应部位的设计温度。
3.8排烟温度temperatureoffluegastakenfromthebaseofstack
系指在烟囱底部的烟管出口处的烟气温度。
4基础数据和炉型选择
4.1基础数据
4.1.1介质
a)被加热介质种类、组分、密度、比热容、粘度、介质流量(包括最大、最小流量)、气油比、含水率和含沙量等。
b)被加热介质在进出口处的操作温度、操作压力及允许压力降。
4.1.2燃料
燃料的种类、组分、温度、压力、密度、粘度及燃料油雾化剂的种类、温度、压力等。
4.1.3场地条件
a)使用地区的基本风压值、地震设防烈度、场地土类别、雪载荷、大气压力、大气温度、空气相对湿度等。
b)环境保护要求和其他数据。
4.2炉型和适用范围
4.2.1水套炉壳体设计压力不应大于0.44MPa,盘管设计压力不宜大于32MPa。
4.2.2火筒炉壳体设计压力不应大于0.66MPa。
4.2.3被加热介质为原油、天然气、水及其混合物。
4.2.4燃料为液体或气体。
4.3炉型选择
4.3.1被加热介质符合下列情况之一者,宜选用水套炉:
a)天然气(宜优先选用盘管内介质流速为:
湿气15~20m/s,干气15~30m/s的常压水套炉)。
b)稠油。
c)含沙量较大的原油。
d)流量和压力不稳定。
e)腐蚀性强。
f)油气混合物。
g)工作压力大于0.6MPa。
h)热负荷不大于1600kW。
4.3.2被加热介质符合下列条件者宜选用火筒炉:
a)介质工作压力p≤0.6MPa。
b)介质为原油、水及其混合物。
5工艺设计
5.1火筒式加热炉工艺计算
a)热负荷、压力等级、公称直径、型号编制应符合SY/T0540的规定。
b)热力与阻力计算应符合SY/T0535的规定。
5.2火筒式加热炉散热损失及热效率(η)
a)壳体散热损失不应大于2%。
b)当设计热负荷小于630kW时:
η≥75%。
c)当设计热负荷大于或等于630kW时:
η≥80%。
5.3燃烧过剩空气系数(α)
燃烧过剩空气系数(α)宜按下列数值选用:
a)自然通风式燃气燃烧器:
α=1.25。
b)预混式燃气燃烧器:
α=1.2。
c)自然通风式燃油燃烧器:
α=1.3。
d)强制通风式燃油燃烧器:
α=1.1~1.2。
e)强制通风燃气燃烧器:
α=1.05~1.1。
5.4火筒式加热炉热流密度
5.4.1受热面平均热流密度推荐值
a)火筒炉:
1)介质为清水或污水时:
13~29kW/m2。
2)介质为原油时:
11~25kW/m2。
b)水套炉:
介质为清水:
11~16kW/m2。
5.4.2受热面最大平均热流密度推荐值
a)火筒炉不宜大于31kW/m2。
b)水套炉不宜大于37kW/m2。
5.4.3火管横截面热流密度值
a)火管横截面热流密度的数值,等于火筒的设计热负荷与火管内横截面积和热效率(η)乘积的比值。
b)使用自然通风式燃烧器时,火管横截面热流密度不宜大于6800kW/m2。
5.5排烟温度
排烟温度的选取应符合下列条件:
a)烟囱出口处烟气温度不应低于烟气露点温度。
b)燃气火筒式加热炉,烟囱出口处烟气温度应符合下列规定:
1)气体燃料不含硫,烟囱不保温时不应低于120℃。
2)气体燃料含硫量为0.05%~1%(体积)时:
烟囱不保温时不应低于150~205℃。
烟囱保温时不应低于120~175℃。
5.6炉体保温
炉体保温层应有良好的隔热性能,并保证壳体散热损失不应大于2%。
5.7烟囱设计
5.7.1烟囱出口处的烟气流速,可根据安装地区的风速确定,推荐值如下:
a)自然通风时取5~8m/s,且在最低热负荷时不低于3m/s。
b)强制通风时取12~20m/s,且在最低热负荷时不低于5m/s。
5.7.2采用自然通风的火筒式加热炉的烟囱所需抽力,应为炉内烟气流程总阻力的1.2倍。
5.7.3烟囱高度除了应满足克服烟气流程的有关阻力要求外,还应符合国家或地区三废排放标准的有关规定。
6材料
6.1材料选择原则
6.1.1火筒式加热炉受压元件所采用的材料应符合本章的有关规定,凡与受压元件相焊接的非受压元件用钢,也应是可焊性良好的材料。
6.1.2选择火筒式加热炉用钢必须考虑加热炉设计条件(如设计压力、设计温度、介质特性等),材料的焊接性能,加工工艺性能以及经济合理性。
6.1.3火筒式加热炉受压元件用钢应由平炉、电炉或氧气转炉冶炼。
钢材的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术条件的规定。
6.1.4常压水套炉壳体不应采用沸腾钢板制造。
6.1.5在酸性环境中使用的火筒式加热炉的材料应符合SY/T0599的规定。
6.2钢板
6.2.1火筒式加热炉受压元件用钢板应符合表1的规定。
表1 钢板
序号
钢号
标准
使用温度℃
1
Q235-B
GB/T912 GB/T3274
≤350
2
Q235-C
GB/T912 GB/T3274
3274
≤400
3
20R
GB6654
≤475
4
16MnR
GB6654
≤475
5
15MnVR
GB6654
≤400
6
16Mng
GB713
≤400
7
20g
GB713
≤450
6.2.2受火焰辐射热和接触热烟气的受压元件所使用的钢板应符合GB713的规定。
6.2.3凡符合下列情况的钢板应在正火状态下使用:
a)用于制造受压元件(法兰、平盖等)的厚度大于50mm的20R和16MnR钢板。
b)厚度大于16mm的15MnVR钢板。
6.3钢管
6.3.1火筒式加热炉受压元件用钢管应符合表2的规定。
表2 钢管
序号
钢号
标准
使用温度℃
1
10
GB/T8163
≤475
GB3087
≤475
2
20
GB/T8163
≤475
GB3087
≤475
3
20G
GB5310
≤475
GB6479
≤400
4
16Mn
GB6479
≤400
5
15MnV
GB6479
≤400
6.3.215MnV钢管应在正火状态下使用。
6.3.3受火焰辐射热和接触热烟气的受压元件用钢管应符合GB3087的规定。
6.4锻件
6.4.1火筒式加热炉用的锻件应符合表3的规定。
表3 锻件
序号
钢号
标准
使用温度℃
1
20
JB4726
≤450
2
35
JB4726
≤450
3
16Mn
JB4726
≤450
6.4.2锻件级别的选用由设计单位在图样或相应技术文件上注明,公称厚度大于300mm的碳素钢和低合金钢锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。
6.5螺栓、螺母
6.5.1火筒式加热炉螺栓用钢应符合表4的规定。
表4 螺栓
序号
钢号
标准
使用温度℃
1
Q235-A
GB/T700
≤300
2
35
GB/T699
≤350
3
40Cr
GB/T3077
≤400
4
35CrMoA
GB/T3077
≤500
6.5.2螺母的硬度应低于螺栓,可通过选用不同强度级别的钢材或选用不同热处理状态获得。
与螺栓配套的螺母用钢推荐如表5所示。
表5 螺母
序号
钢号
标准
使用温度℃
螺栓用钢
1
Q235-A
GB/T700
≤300
Q235-A,35
2
35
GB/T699
≤400
40Cr
3
30CrMoA
GB/T3077
≤500
35CrMoA
4
35CrMoA
GB/T3077
≤500
6.6焊条、焊丝和焊剂
焊接受压元件使用焊条应符合GB/T983,GB/T5117,GB/T5118的规定;焊丝应符合GB/T14957,GB/T14958的规定;焊剂应符合GB/T5293的规定。
6.7耐火材料
火筒式加热炉的火嘴砖和燃烧道宜采用粘土质耐火材料制造,粘土质耐火材料的性能应符合YB/T5106的要求,耐火度不应低于1730℃;砌筑火嘴砖或燃烧道所用的耐火泥浆应符合GB/T14982的规定。
7强度设计
7.1一般规定
7.1.1火筒式加热炉受压元件的设计压力
a)火筒式加热炉壳体及火筒的设计压力应为工作压力的1.1倍,且不应低于安全阀开启压力。
b)水套炉加热盘管的设计压力应为工作压力的1.05~1.10倍。
7.1.2火筒式加热炉受压元件的计算压力
当容器各部位或受压元件所承受的液柱静压力大于或等于5%设计压力时,则计算压力应取设计压力与液柱静压力之和进行该部位或元件的设计计算。
7.1.3火筒式加热炉受压元件的设计温度
a)不受火焰辐射热和不接触热烟气的受压元件,设计温度不应低于该元件所接触的介质最高温度。
b)火管的设计温度为被加热介质的最高温度加90℃,且不应低于25℃。
c)烟管的设计温度为被加热介质的最高温度加50℃,且不应低于25℃。
7.1.4设计载荷
设计载荷应符合GB150-1998中3.5.4的规定。
7.1.5厚度附加量
厚度附加量应符合GB150-1998中3.5.5的规定。
7.1.6设计寿命
除有特殊要求外,火筒式加热炉设计寿命一般按10年考虑。
7.1.7最小壁厚
a)火筒式加热炉壳体加工成型后的最小壁厚应同时满足下列要求:
1)不包括腐蚀裕量时,不应小于3mm。
2)包括壁厚附加量时,不应小于6mm。
b)受内压标准椭圆形封头的有效厚度不应小于封头内直径的0.15%。
c)火筒加工成型后的壁厚(包括厚度附加量)不应小于6mm。
7.1.8焊接接头系数
a)焊接接头系数(φ)应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。
双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头的系数:
100%无损检测时:
φ=1.00;
局部无损检测时:
φ=0.85。
单面焊对接接头(沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板)的系数:
100%无损检测时:
φ=0.90;
局部无损检测时:
φ=0.80。
b)常压水套炉壳体单面焊无垫板对接接头的系数:
局部无损检测时:
φ=0.70;
不作无损检测时:
φ=0.60。
7.1.9材料许用应力
火筒式加热炉所用材料的许用应力应符合表6、表7、表8、表9的要求。
表6 钢板许用应力
钢号
钢板标准
使用
状态
厚度
mm
常温强度指标
在下列温度(℃)下的许用应力MPa
σb
MPa
σs
MPa
≤20
100
150
200
250
300
350
400
425
450
475
500
525
550
碳素钢钢板
Q235-A
GB/T912
热轧
3~4
375
235
113
113
113
105
94
86
77
-
-
-
-
-
-
-
GB/T3274
4.5~16.0
>16~40
375
375
235
225
113
113
113
113
113
107
105
94
91
86
83
77
75
-
-
-
-
-
-
-
>16~40
375
235
113
113
107
99
91
83
75
-
-
-
-
-
-
-
Q235-B
GB/T912
热轧
3~4
375
235
113
113
113
105
94
86
77
-
-
-
-
-
-
-
GB/T3274
4.5~16.0
>16~40
375
375
235
225
113
113
113
113
113
107
105
94
91
86
83
77
75
-
-
-
-
-
-
-
>16~40
375
235
113
113
107
99
91
83
75
-
-
-
-
-
-
-
Q235-C
GB/T912
热轧
3~4
375
235
125
125
125
116
104
95
86
79
-
-
-
-
-
-
GB/T3274
4.5~16.0
>16~40
375
375
235
225
125
125
125
116
104
95
86
83
79
-
-
-
-
-
-
>16~40
375
235
125
125
119
110
101
92
83
77
-
-
-
-
-
-
20g
GB/T713
热轧
热处理
6~16
400
245
133
133
132
123
110
101
92
86
83
61
-
-
-
-
17~25
>16~40
400
235
225
133
132
126
116
104
95
86
83
79
78
61
-
-
-
-
26~36
400
225
133
126
119
110
101
92
83
77
75
61
-
-
-
-
20R
GB6654
热轧
正火
6~16
17~25
26-36
400
245
133
133
132
123
110
101
92
86
83
61
41
-
-
-
6~16
>16~36
400
235
225
133
132
126
116
104
95
86
83
79
78
61
41
-
-
-
>36~60
400
225
133
126
119
110
101
92
83
77
75
61
41
-
-
-
>60~100
390
205
128
115
110
103
92
84
77
71
68
61
41
-
-
-
低合金钢钢板
16Mng
CB713
热轧
热处理
6~16
510
345
170
170
170
170
156
144
134
125
-
-
-
-
-
-
16MnR
GB6654
热轧
正火
6~16
510
345
170
170
170
170
156
144
134
125
93
66
43
-
-
-
>16~36
490
325
163
163
163
159
147
134
125
119
93
66
43
-
-
-
>36~60
470
305
157
157
157
150
138
1
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- SY5262 火筒式 加热炉 规范