平壁爐多層平壁熱傳導(dǎo)案例分析

摘要：在化工生產(chǎn)中，存在眾多熱設(shè)備，如換熱器、加熱爐、反應(yīng)器等。本文以化工生產(chǎn)中常用的平壁加熱爐作為例，采用理論計(jì)算的方法，分析保溫材料對(duì)設(shè)備熱損失的影響，并分析不同保溫材料對(duì)熱損失及各平壁層溫度的影響。

關(guān)鍵詞：平壁爐;熱傳導(dǎo);熱導(dǎo)率;熱損失

案例：某化工廠所用平壁爐，爐壁用100m厚的耐火材料和外層為200mm厚的建筑材料砌成。兩種材料導(dǎo)熱系數(shù)均未知。設(shè)備操作穩(wěn)定時(shí)，平壁爐內(nèi)壁溫度為750℃，設(shè)備外壁溫度為130℃。為節(jié)能減少熱損失，現(xiàn)對(duì)爐壁進(jìn)行改造，在建筑材料外包扎一層石棉保溫層，保溫層厚50mm。改造完成后，經(jīng)測(cè)量得爐內(nèi)壁溫度為750℃，耐火材料與建筑材料界面處溫度為650℃，建筑材料與石棉層界面處溫度為410℃，石棉保溫層外側(cè)測(cè)得溫度為50℃。（1）根據(jù)所測(cè)溫度，核算改造前后熱損失減少百分比;（2）若想將熱損失降至原熱損失的20%以下，核算設(shè)備外壁所包扎石棉保溫層的厚度;（3）若將原石棉保溫材料換為玻璃棉保溫材料，保溫厚度不變時(shí)，核算更換后該設(shè)備熱損失百分比。

1、研究熱傳導(dǎo)的意義

在化工生產(chǎn)中，存在眾多熱設(shè)備，如換熱器、加熱爐、反應(yīng)器等。由于部分設(shè)備保溫較差，導(dǎo)致設(shè)備熱損失大，熱效率低下。為了解決此問題，本文擬以某工廠所用平壁爐為例，對(duì)穿過爐體各平壁層的熱導(dǎo)速率進(jìn)行分析，并分析不同熱導(dǎo)率的保溫材料對(duì)設(shè)備熱損失的影響。

2、影響熱傳導(dǎo)的因素

在化工生產(chǎn)中，傳熱是一種最普遍存在的單元操作之一。傳熱在化工生產(chǎn)中主要應(yīng)用于以下三方面：（1）對(duì)物料進(jìn)行加熱或冷卻，使物料達(dá)到指定的溫度;（2）對(duì)不同介質(zhì)進(jìn)行換熱，以回收潛在熱能，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，回收熱能;（3）對(duì)高溫設(shè)備或低溫設(shè)備進(jìn)行保溫或保冷，以便減少設(shè)備熱損失。本案例中，主要考慮對(duì)設(shè)備進(jìn)行保溫，減少設(shè)備熱量損失，提高整體熱效率。

3 、傳熱計(jì)算

（4）結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)于平壁傳熱，當(dāng)設(shè)備內(nèi)壁溫度不變時(shí)，通過增加保溫層，可極大減少設(shè)備熱損失。例如本案例中，通過設(shè)備改造包扎50mm保溫材料，改造后設(shè)備熱損失降為改造前的46.78%，極大降低平壁爐熱損失，提高熱效率。

從計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)保溫材料不變，通過增加保溫厚度，可改善設(shè)備保溫性能，減少熱損失。當(dāng)保溫材料厚度為50mm時(shí)，改造后熱損失為原熱損失的46.78%;當(dāng)增加保溫厚度至213mm后，熱損失將為原熱損失的20%。

更換保溫材料后，在保溫材料厚度保持不變下，設(shè)備所減少的熱損失量由原46.78%，降為74.4%。

對(duì)公式3-1分析如下：對(duì)于多層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)，各層材料間導(dǎo)熱速率Q一致，導(dǎo)熱推動(dòng)力△t=t1-t2與導(dǎo)熱速率成正比，材料導(dǎo)熱熱阻R=b/（λ*A），與導(dǎo)熱速率成反比。為減少熱損失，應(yīng)考慮增大材料熱阻。為此可增加保溫材料厚度，或通過更換低熱導(dǎo)率的保溫材料，達(dá)到節(jié)約能效，降低熱損失的目的。

4、結(jié)束語

在化工生產(chǎn)中，各種因素對(duì)傳熱結(jié)果的影響很大，如環(huán)境溫度、傳熱形式、設(shè)備表面積、傳熱層壁厚、傳熱層的熱導(dǎo)率等，各種因素對(duì)熱傳導(dǎo)的計(jì)算結(jié)果影響較大。本案例中僅以某廠對(duì)其所用平壁爐進(jìn)行保溫改造為例，計(jì)算分析單位傳熱面積上保溫材料厚度及不同保溫材料對(duì)設(shè)備熱損失的影響，并通過對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，探討各影響因素對(duì)傳熱過程的影響，以便為化工生產(chǎn)過程中，減少設(shè)備熱損失，降低能耗，提高熱效率提供指導(dǎo)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊祖榮.北京：化工原理[M].化學(xué)工業(yè)出版社

[2] 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.北京：化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社

作者簡(jiǎn)介：

陳寅（1986-），男，碩士，工程師，主要從事石油化工工程設(shè)計(jì)工作。