导热油炉

导热油炉（通用12篇）

导热油炉 篇1

1 概述

某导热油炉运行初期常出现异常跳停无法立即启动等现象, 经过仔细分析研究, 进行了深入分析, 并总结了一些可行的改进、处理办法, 效果显著。目前, 已达到了长周期安全、稳定运行的目的, 给安全生产经济运行创造前提条件。

2 控制系统介绍

导热油炉控制系统集现场仪表, PLC控制系统, 电机控制与一体。控制仪表采用铂热电阻、数显温度控制比例调节仪、平衡流量计、磁翻板液位计、燃烧程序控制器、检漏仪等组成。控制系统能对整个导热油的温度、压力、流量、液位进行检测与控制, 并使热负荷进行全面自动控制, 满足安全、经济生产要求。

2.1 控制系统功能图

2.2 控制系统动作顺序 (燃气为例)

燃料选择、选择燃气、燃气投入、燃气压力开关、阀门检漏、风机预吹扫、风门转动、点火焰检测、气阀打开、自动运行。

3 联锁保护

(1) 为了保护导热油炉系统的安全运行, 在PLC中设置了联锁保护。 (2) 热媒炉进口温度高保护停炉, 预报警值联锁220℃, 联锁设定值240℃。 (3) 热媒炉出口温度高保护停炉, 预报警值联锁280℃, 联锁设定值340℃。 (4) 预热器出口热风温度高保护停炉, 预报警值联锁180℃, 联锁设定值190℃。 (5) 预热器进烟气温度高保护停炉, 预报警值联锁340℃, 联锁设定值390℃。 (6) 排烟温度高保护停炉, 预报警值联锁190℃, 联锁设定值240℃。 (7) 热媒流量低保护停炉, 预报警值联锁420m3/h, 联锁设定值390m3/h。 (8) 膨胀槽液位低保护停炉, 预报警值联锁1800mm, 联锁设定值1500mm。

4 排除故障快速处理方法

在导热油炉的故障处理过程中, 总结了一些经验, 望同行们交流。

4.1 点火火焰未形成、点火枪未点着

(1) 根据实际经验, 首先要检查点火变压器是否损坏, 220VAC输入, 输出8KVAC左右的高电压, 一定要做好安全措施, 防止高压触电, 特别注意点火回路是通过点火枪外壳接入大地放电, 特别是在试验室一定要注意, 不然点火枪没有任何放电火花。 (2) 点火枪前端金属部分积炭检查处理, 也不要轻易放过。

4.2 点火电磁阀未打开, 没有天然气进到点火枪内部

(1) 点火电磁阀有220V电压仍不工作, 为了安全, 设计基本都是双电磁阀, 可以, 防止单个电磁阀损坏进行误判。 (2) 点火电磁阀燃气管路是否堵塞, 调压阀是否正常, 也需要进行检查。

4.3 点不着火故障报警

(1) 点火位置鼓风量过大, 调小风门挡板, 但要仔细观察各挡板的偏转角要同步协调一致, 防止单点卡涩。 (2) 天然气减压阀只能微量调整, 严禁大幅调整, 否责将可能造成难以快速处理的结果。 (3) 主气动阀未工作, 不能打开, 检查仪表气是否正常, 调整到合理的范围内。 (4) 如果电磁阀无220V工作电压, 检查线路比较耗时, 更换程控器, 但要确认保险没有烧坏。 (5) 点火枪火焰、主火焰都已点着仍然故障报警。一般情况下光敏管玻璃面较脏, 清理即可。 (6) 火焰监视器光敏管损坏用万用表无法判断, 常用替换法快速处理问题。

4.4 操作柜面板连续显示燃气泄漏报警

(1) 燃气供气压力不符合要求, 偏低, 检漏不能通过, 清理管道上燃气过滤器, 调高燃气在规定的范围内。 (2) 检漏压力开关损坏也时有发生, 用现场仪表气加压, 很容易判断是否损坏。 (3) 检漏仪损坏的可能性较小, 时有发生因外界原因导致保险坏, 更换保险即可。 (4) 调压阀指挥器损坏检查更换。 (5) 高气压开关反馈信号故障检查, 高气压开关损坏更换。 (6) 燃烧器上风压变送器无信号反馈, 风压变送器连接口堵了、脏, 清理干净。

4.5 导热油炉经常出现无法启动、超温跳停问题的技术改进措施

(1) 根据联锁保护, 锅炉超温就要联锁保护自动停炉, 分析其原因, 温度控制比例调节仪PID参数在实际运行中因工艺要求不同而不同, 需要摸索, 在此不再论述。 (2) 无法启动, 最常发生的原因为天然气与风量配比不佳, 风门档板不能观察实际开度, 天然气调节也不能查看开度, 造成调整困难, 为此, 我们给风门档板、天然气调节调节阀增加开度指示器, 同步调节, 消除了无法启动、超温调停的隐患。 (3) 锅炉超温联锁保护停炉, 伺服电机凸轮调整不佳是最根本的原因之一。因此, 我们重新调整凸轮开度, 加大调整量, 对于不符合要求的凸轮曲线进行重新制作, 将原来调整函数曲线由Y=KX改为Y=KX2, 配合PID参数, 调整及其灵敏, 不再发生锅炉超温联锁保护停炉。 (4) 生产厂家为了安全, 将伺服电机加了防护罩, 但存在最大的问题, 夏季高温度, 伺服电机严重超温, 如果发现不及时, 将造成烧坏电机停炉的严重后果, 利用就地工厂风, 增加了降温吹扫系统, 大大降低电机环境温度, 也吹扫了灰尘, 打到了设备长周期运行目的。

4.6 导热油炉运行中因现场使用对讲机, 导致导热油炉跳停原因分析

在实际工作中, 现场经常使用对讲机, 对讲机高频信号足以能够使伺服电机等所有的仪表控制生产干扰, 导致工作异常使导热油炉停运。

5 采取的改进措施及成果

5.1 调节特性的改变

分析测量信号的波动规律, 采取如下措施: (1) 改变PID参数。 (2) 改变伺服电机调节机构:线性调节改为百分比调节, 分析导热油炉温度控制系统特性, 调节特性为线性调节, 并且斜率较小, 改变为百分比调节, 使控制更灵敏。

5.2 改进导热油炉伺服电机及风门挡板电机控制电路屏蔽

(1) 将连接头未压紧或焊接不牢造成虚焊的进行紧固定, 降低接地网电阻。 (2) 现场螺栓连接点松动的进行复紧处理。 (3) 现场服电机及门挡板电机控制线增加金属屏蔽层, 削弱对讲机高频信号的电磁干扰。 (4) 从DCS机柜的汇流铜排到整个接地系统接地电阻进行测量, 在规定的范围内, 杜绝靠近电力电缆, 无法改进, 需要用金属层屏蔽。进行防腐处理, 防止接触电阻增大。

6 结束语

在日常工作中, 设备异常原因可能出现新的问题, 只有深入研究, 不断学习总结, 融会贯通, 才不会走弯路, 达到快速排除故障的目的。通过对导热油炉问题的处理, 总结如下: (1) 制订好仪表设备维护计划, 条件具备彻底对仪表设备维护, 是设备长周期安全运行的根源。 (2) 对不合理的地方, 制定科学方案件, 可以大胆技术改造。 (3) 随着设备的老化, 新问题时有发生, 只有不断改进、完善, 设备才能够长周期安全、经济运行。

参考文献

[1]王建国.导热油应用中若干问题的探讨[J].环保与节能, 1999 (2) :34-36.

[2]毕嘉斌.PLC在大型加热炉控制中的应用[J].油气储运, 2006, 25 (6) :56-58.

[3]王金坤.PLC在热媒炉控制中的应用[J].化工自动化及仪表, 1996, 26 (3) :38-39.

导热油炉 篇2

导热油炉的操作使用 设备概况：

导热油炉供热能力：60kw；

加热方式：6*12组电加热管浸埋； 最高供热温度：320℃；

导热油型号规格：≥320#；

循环系统导热油最大注装量：570L；

导热油供热系统循环方式：强迫循环[开口（对大气）]； 循环系统最大承压：7kg；

常规运行压力：供热系统循环泵泵压（我公司为≤4kg）； 运行控制方式：工控单片机智能程序自动控制及人工手动单步进控制； 安全保护：超压、超温、压力过低报警及停炉（不停泵），缺油自动补加；

供电电压：三相四线380v/220v；

一、启动升温

（一）导热油炉投入运行前的必备条件

1、办理导热油炉登记手续，领取使用登记证。新炉安装后应经当地锅炉检验所检查验收合格，领取使用登记证。无证炉不得投入运行。

2、司炉人员应经质量技术监督部门考核，持有《导热油司炉操作证》，司炉人员除了符合工业锅炉司炉工条件外，还应经导热油炉专门知识培训。

3、应有健全的管理制度及安全操作规程。

启动前的准备工作

1、导热油炉外部的检查和准备，包括：

1）导热油输送循环管路各种己经试验合格。绝热保温已做到应包尽包。

2）导热油炉导安装完毕,现杂物己清理规整。

3）使用填料符合导热油炉介质要求。4）系统导热油注装完毕。

2、安全附件和保护装置的检查

1）压力表弯管前端的针形阀或截止阀处全开状态。压力表精度、量程、表盘直径符合要求，无压力时指针回零。

2）液位计放油管阀门处关闭状态，放液管已与储存罐正确联接。

3）温度计及自动记录仪表已校验合格；超温、超压报警、自动连锁保护装置等单元测试合格且已联机投入，电器控制各接点无异常。

4）加热电气设备检查，无异常。

3、介质化验及冷态循环

导热油炉使用的导热油质量合格，对导热油炉安全运行关系极大，所以，应先对使用的导热油取样化验或有供应方的相关质量证明，应明确：

1）导热油最高使用温度与有导热油炉供热条件一致。炉出口温度至少应比导热油允许使用温度低30℃，否则导热油在使用中会很快分解变质，提前失效。

2）抽样化验，测定导热油的外观质量、闪点、粘度、酸值、残炭和水分，与热传导液生产厂提供的质量证明书是否相符，同时也为今后运行中介质质量变化监测提供依据。

3）将化验合格的导热油用加油泵往膨胀器内注入导热油。在加油泵向系统注导热油时,应再检查一遍炉体、用热设备、管道系统的各类阀门是否关好或打开。同时将管道和炉体上的排汽阀逐一打开，排除空气，直至有油流出时关闭。当膨胀器液位计上出现油位时停止注导热油，然后启动循环泵，进行冷态循环。

4）冷态循环 冷态循环的目的是试验整个供热系统是否有滞阻现象，设备、管路、阀门等处有无渗漏，循环泵的流量和扬程能否满足生产要求。由于冷油粘度较高，故导热油炉进出口压力差比较大，管路系统的流动阻力也较大，启动循环泵，使冷油在系统内循环6~8小时。冷态循环中，还要经常打开放气阀门排放残存空气，观察并记录各点压力表、温度表等显示情况，注意记录循环泵进出口压差、循环泵出口压力、导热油炉进出口压差等数据，并检查油泵运行是否平稳，轴承密封是否良好。

5）拆卸清洗过滤器 冷态循环中，系统的各种杂质及导热油中的残渣等随着冷油循环，在油泵前的过滤器过滤掉，循环结束后，过滤器应拆卸，除尽过滤器内及过滤网上的污物。

3、启动升温步骤

1）启动操作步骤

a）设定炉出口油温为70~80℃,开启循环泵，检查运转正常后，启动电加热装。

b）待导热油炉升温至70~80℃后，检查导热油循环系统的运行状况,不应有渗漏油及各种异常现象,否则应停炉检查。正常无异后继续进行低温脱水运行,在此阶段一般应连续运转10小时以上。

C）此后以每小时＜10℃的速度将导热油温升至95~110℃再继续循环运行;在这一阶段应重复前一阶段的检查,此外还应时刻留意导热油进出口压力表的情况,当出现表针激烈大幅度摆动现象且久不稳定时,应将温度降至前一稳定值连续运行,直至到达该温度不再出现此类现象时,再连续循环20小时.如上操作直至到达导热油炉的额定温度止.导热油炉的导热油脱水过程即告完成。

这里需指出的是,实践表明在此过程中的120~140℃阶段是整个导热油脱水过程中最危险价段, 导热油内含水会在这一温度上迅速激烈汽化,喷油/爆管现象往往就发生于该温度值上。其原因是前阶段在100℃左右脱水循环时间不够有关或导热油严重变质。

2）如果遇到循环泵出故障时，应停炉检查.注：导热油炉的升温是运行操作中较危险的阶段，需要特别谨慎，其升温过程要遵循“一慢二查三停”原则；一慢即升温速度要慢，二查是查渗漏、查油路位移，三停即在95°~110℃、120~140℃和210°~230℃叁个温度段要停止升温，维持这个温度一段时间。

a）冷炉启动后，控制升温速度10℃/时，直到95~110℃。因为冷炉时油的粘度大，受热面管内流速较低，管壁油膜较厚，传热条件差，如升温速度过快，容易使局部油膜温度过高。

b）120~140℃范围是驱赶系统内残存水分和导热油所含微量水分阶段。升温速度控制在0~10℃/时范围，视脱水情况决定。当膨胀器放空管处排汽量较大，底部有水击声，管道振动加速，各处压力表指针摆动幅度较大久不稳定时，必须停止升温，降至稳定状态继续循环。这个阶段时间的长短，视系统内残存水分的多少和导热油的质量不同而异，短的可以十来个小时，长的可能达数天，因此在95~110℃之间反复几次，才能将水分排净。才能保证在120~140℃段平稳脱水。不能盲目加快升温脱水过程，因为一旦系统内水分剧烈蒸发汽化，体积将急剧膨胀，不仅可能引起“突沸”，使油位急剧膨胀而大量喷出，而且可能会使整个系统压力急剧升高，导致受压元件破裂，酿成严重事故。

c）当炉内和管道中响声变小，循环油泵不再出现抽空现象时，以10℃/时的速度再升温，但不能超过140℃，直到放空管不再有汽体排出为止。此时，压力表指针停止波动即为脱水合格。

d）脱水过程完成后，以10℃/时的速度继续升温，但仍应注意可能会有残余水蒸发，随时停止升温。当温度达到210~230℃时要停下来，这时主要为脱出导热油中的烃组份。导热油中烃组分的存在，使闪点降低，一旦泄漏，引起爆燃的可能性就增大。在以导热油供热的导热油炉中，烃组分以气相存在，会造成“气阻”，使循环泵压不稳，流量不降甚到中断。脱轻组分析过程视导热油的不同牌号、不同质量而异，当放空管中无气体排出，循环泵压稳定，即定可继续以0~10℃/时的速度升温。

e）从210℃直至导热油的工作温度是在脱轻结束后，可以略加大速度升温（＜30℃），这时应全面观察各个检测、控制仪表的指示，动作是否灵敏、准确。各配套辅机，附属设备工作是否正常，全面检查整个供热系统工作是否正常，若不满足生产要求时，应暂停升温，寻找原因，解决后再升温。

3）启动升温中注意事项

a）当导热油温度升到200℃以上时，应对设备及整个系统进行一次全面检查，并对所有螺栓联接部位进行一次热紧，消除因热膨胀不均引起的泄漏。

b）注意导热油的膨胀量。若膨胀器的液位过高，应打开放液管，将导热油放入储油槽，以免热传导液从膨胀器中大量溢出引起事故。

c）必须先开循环泵后再启动加热。先手动试机各种附属装置有效、可靠。

d）导热油炉启动升温过程中脱去的水分以水蒸汽形态经膨胀管进入膨胀器，其中一部份以气体从排 空管排出，另一部份凝成水分沉入膨胀器底。要避免这些水分再次进入循环系统，在升温过程中要定期打开膨胀器底部的排污管，放出冷凝水。

二．导热油炉的运行操作

导热油炉的运行操作，应贯彻“安全供热，节约能源”的原则。保证安全运行，保温节电，提高经济效益。

（一）、油炉的正常运行指标导热油炉供热量与输出介质的流量和温度有关。导热油炉的导热油的循环流量应当不低于规定的设计流量，达到额定功率时温差满足产品技术要求，为了达到合理的输出功率，用户应当以炉的进出口温度差为运行参考依据。

（二）、巡回检查和异常情况处理 司炉人员在值班时，应定时进行巡回检查，并作好记录。

值班司炉每小时检查的内容主要包括:

1）导热油进炉压力、温度、出炉压力、温度；过滤器前后压力；循环油泵进口压力与出口压力，循环流量。

2）导热油炉本体有无鼓包变形和渗漏。

3）膨胀器液位应正常，膨胀器导热油温度应低于70℃，储存罐内是否有导热油？能否向膨胀器补液，加油泵是否正常？

4）管道、阀门有无渗漏。

巡回检查路线

电控柜—炉前压力表、液位计—导热油炉本体及电加热运行情况—膨胀器—循环油泵、过滤器—储存罐—电控柜。

运行记录（每小时记录一次）内容；

1）导热油回油温度 ℃。

2）导热油供出温度 ℃

3）导热油进炉油压 MPa

4）导热油出炉油压 MPa

5）过滤器进出口压差 MPa

6）膨胀器液位

7）膨胀器导热油温度 ℃

异常情况的判断和处理

1）循环泵异常情况

a）当循环泵的电流比正常值低且出口压力过低，说明循环泵流量下降，可能是供热管线积垢堵塞，应予清洗。

b）循环泵压不变，电流升高而流量下降，则是导热油变质，粘度增加，应及时更换或再生。如因新加导热油含水或分解的气体在系统内未排除,则应立即打开放空阀排出气体。

c）循环泵电流减小，出口泵压回零，说明泵空转不供油。可能是油汽化，查明汽化原因采取措施；如过滤器堵塞使循环泵抽空应停炉清洗过滤器；如因新增加导热油含水或水分解的气体在系统内未排除，则应立即打开放空阀排气。

2）导热油炉出口温度低，供热量不足，应着重检查导热油炉的各个电加热管是否良好，能否正常可靠投入。

3）过滤器前后压差增加，泵入口压力下降时，可能是滤网阻塞，应停炉，将过滤器拆卸清洗。

导热油炉运行操作的安全注意事项

1）导热油炉内介质均为高温、渗透性较强的易燃物质。司炉人员在操作中心须穿戴好防护用品。开关阀门时要轻、缓，头部不要正对阀盘，防止导热油从阀杆与填料间隙中冲出而被烫伤。

2）导热油在运行中有损耗，要注意及时补加，在热态运转的系统内，不能直接加入未经脱水的冷态介质。

3）导热油炉依靠循环泵强制循环，一旦发生停电（循环泵停止运行），要及时采取措施恢复供电；避 免炉内导热油因停止循环而超温。

4）导热油炉附近应备有足够的消防设备，灭火器材应经常检查，使其保持完好状态。

三 停炉操作

（一）、正常停炉

暂时停炉，按停炉时间长短有所不同。

1）临时停炉（短时间停炉），维持温度，手动停止加热。循环泵不停，用热设备打开旁路，维持导热油的正常循环，避免局部超温。

2）较长时间停炉（一般在8小时以上）当需要停炉8小时以上时，循环泵在停炉初期仍继续工作，但手动停止加热油路打循环，用热设备不用热时打开旁路。当出口油温度降至100℃以下时，关闭循环泵。正常停炉操作的注意事项

导热油炉停炉操作中特别要注意不要因操作不当发生超温而使导热油结焦、变质，所以停炉不停泵，循环泵一直运转到油温降至100℃以下为止。

（二）、紧急停炉

什么情况下要紧急停炉 司炉人员遇有下列情况之一时，有权立即采取紧急停炉措施并及时报告有关部门。

1）出口温度超过允许值，超温警报动作而温度继续升高时。

2）压力表，温度计全部失效，液位计液面剧烈波动，虽然采取措施，仍不能恢复正常时。

3）炉受压部件发生鼓包、变形、裂缝等缺陷，严重威胁安全时。

4）循环泵全部损坏，不能运转时。

5）管道阀门发生破裂，法兰接合面填料冲出等，造成导热油较多泄漏时。

6）邻近发生火灾或其它事故，直接威胁到导热油炉安全运行时。

附、岗位责任制

1）严格按照条件选调司炉工人和介质责任人，并保持队伍的相对稳定，不随意调动。

2）加强对有关人员的思想教育和文化技术教育。

3）改善劳动条件，做到文明生产。

4）当发生事故时，应立即组织调查，并坚持“三不放过”的原则。（既事故原因不清不放过，事故责任者和群众没有受教育不放过，没有防范措施不放过）。

5）持证上岗，持证用炉。无证人员可拒绝任何人员有关导热油炉的操作要求。持证人员可柜绝任何人员对“使用许可”失效导热油炉的任何操作指令。

本规程经公司有关领导和职能部们审核批准后有效 附件：导热油循环管路

材料导热系数实验教学研究 篇3

【摘要】导热系数是描述材料热传导性最为重要的热物性参数，应用特别广泛，但是热传导原理较为抽象，难于将理论应用于实践。材料导热系数实验教学涵盖了热传导原理、实验操作、结果分析，初步探讨了以激光闪射法为主的实验教学方法，将理论应用于实践，培养学生的动手能力，为以后工作测试及科学研究服务。

【关键词】导热系数  实验  教学

【课题项目】内蒙古大型科学仪器开放共享试点建设。

【中图分类号】N45 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2016）35-0207-01

导热系数与热扩散系数是描述材料热传导性最为重要的热物性参数，其广泛的应用于建筑材料、陶瓷材料、金属材料、复合材料、涂层材料、保温材料、高分子材料等多个领域。如：肖建庄等通过测量混凝土导热系数考察了包括骨料体积分数、水灰比、骨料类型、外掺料掺量、温度等因素对混凝土导热系数的影响[1];吕兆华针对泡沫型多孔介质导热系数进行了理论计算和实验测试一致性研究，结果表明热辐射在多孔介质传热中有重要作用[2];孟春玲等提出了一种米饭导热系数的测量方法，为自热食品的后续研究提供基础和理论依据[3]。

导热系数测定实验是无机非金属材料专业的基础实验，目前实验还不完善。导热系数的测试方法有很多种，结合教学资源，采用激光闪射法测导热系数作为实验教学课程。激光闪射法（LFA）是一种快速灵活的测量方法，近年来发展十分迅速，不仅能精确地直接测量热扩散系数，也可通过比热的测量或输入进一步计算得到导热系数。通过本实验教学不仅可以让学生将热传导理论应用于实践，还可以了解激光导热仪（LFA）的测量原理及操作技术，为以后工作测试及科学研究服务。

一、导热系数测定的实验教学

1.实验目的

（1）通过讲解让学生了解材料热传导的原理、分类、测试方法及导热系数在实践中的应用。

（2）通过现场实验演示，让学生了解激光导热仪的工作原理，及简单的实验操作步骤及注意事项。

（3）通过举例分析，让学生理解材料热扩散系数、比热及密度（膨胀量）之间的关系，学会数据处理及结果分析。

2.实验原理及设备

材料的导热性能测试方法很多，大体可分为稳态法与瞬态法。稳态法测量材料的温度范围与导热系数范围较窄， 主要适用于在中等温度下测量中低导热系数材料。瞬态法测量的温度范围较为宽广， 尤其适合于高导热系数材料以及高温下的测试。激光闪射法（LFA）属于瞬态法，应用特别广泛，包括陶瓷、玻璃、金属、熔融物、液体、粉末、纤维与多层材料等各种材料，从低导热材料直至最高导热系数的金刚石，都可在相同的速度与精度下进行测量。

本实验教学设备是德国耐弛额激光导热仪 LFA 427，可测量基片上金属、陶瓷、聚合物薄膜的热物性参数，如热扩散系数、热导率、吸热系数和界面热阻等。测量的温度范围为RT（室温）-1650 ℃;升降温速率为0.01-50 ℃/min;激光能量为25 J/pulse;樣品直径为12.3-12.7 mm;样品厚度为0.1-4 mm。

激光导热仪的工作原理如下：在炉体控制的一定温度下，由激光源发射光脉冲均匀照射在样品下表面，使试样均匀加热，通过红外检测器连续测量样品正面的温度随时间变化，得到温度（ 检测器信号） 升高和时间的关系曲线（图1）。

图1  激光导热仪原理与激光信号图

热量在样品内部的传导过程为理想的由下表面至上表面的一维传热，不存在横向热流，且外部测量环境为理想的绝热条件，则通过半升温时间t1/2[在接收光脉冲照射后样品上表面温度（检测器信号）升高到最大值的一半所需要的时间]，由修正公式1直接得出样品的热扩散系数。

？琢=0.1388× 公式1

式中：？琢为热扩散系数，mm2/s;d为材料的厚度。

在已知温度下的热扩散系数、比热与密度的情况下便可计算得到导热系数。密度一般在室温下测量，其随温度的变化可使用线膨胀系数表进行修正;比热可使用文献值、可使用 DSC 等方法测量，也可在 LFA 中使用比较法与热扩散系数同时测得。如公式2所示：

？姿=？琢×？籽×Cp 公式2

式中：？姿为导热系数，W/（m·K）;Cp 为比热，J/（g·K）;？籽为密度，g/cm3。

3.操作步骤

（1）试样的准备：

a.样品要求：直径为6mm，厚度为2-4mm的圆柱体。

b.多次测量样品的厚度，取平均值。

c.对于高反射或透明样品，需在样品两个表面喷碳和喷金。

（2）测试步骤

a.在红外检测器内注入液氮，30分钟后检测器稳定。

b.打开测量电源，打开路子加热单元电源，打开恒温水浴（设定温度比室温高2-3度） ，打开激光电源单元。

c.开机后调节吹扫气输出压力及等待流速稳定。

d.打开炉子，装样，关闭炉子。

e.抽真空后，充入保护气体，反复三次。

f.打开计算机测量软件，设定测量参数，开始测量。

4.结果分析

实验样品为氧化钇陶瓷材料，升温速率为10℃/min，温度点取200℃、400℃、600℃、800℃;每个温度点取3个值。测试结果为陶瓷材料的热扩散系数，为了得到材料的导热系数还需进行比热测试。比热测试也可采用激光导热仪进行测试，参比样品为石墨样品，测试条件与陶瓷材料一致，通过对比石墨样品比热数据库导出测试样品比热。材料密度可根据热膨胀实验进行修正。最后根据热扩散系数、比热及膨胀量推算出材料的导热系数。

以陶瓷导热系数实验为例，让学生了材料热传导过程，明确解激光电压、脉冲宽度、放大增益、采样时间、半升温时间、材料热扩散系数、比热、膨胀量、导热系数的概念及相互关系;理解整个实验流程、关键环节及注意事项，学会如何用热传导原理分析实验结果，为今后的工作测试、科研研究服务。

二、实验教学效果

材料的导热系数测定实验教学涉及热传导、激光闪射法的原理、激光导热仪的实践操作及结果分析，将热传导理论应用于实例，使理论不再抽象，不仅培养了学生的动手能力，还可以为以后的工作测试、科学研究提供测试手段和理论支撑。

参考文献：

[1]肖建庄，宋志文，张枫.混凝土导热系数试验与分析[J].建筑材料学报.2010（02）：17-21.

[2]吕兆华.泡沫型多孔介质等效导热系数的计算[J].南京理工大学学报.2001 （118）：257 -261.

导热油炉 篇4

关键词：导热油炉,热载体,节能环保

1 多温位导热油炉选型

1.1 导热油炉热效率的计算

热效率是设计加热炉时的重要指标, 也是客户在选择使用时经济效果评价的基准指标。我们这里介绍一种方便得到数据的“进出热量计算法”。

本法求出载热体吸收的热量 (QOUT) 占燃料燃烧热量 (QIN) 的百分比。即燃烧热量为燃料的低位发热量 (LHV, kcal/kg) 和燃烧量 (Wf, kg/h) 之积, 载热体吸收量为系统内载热体的循环量 (WO, kg/h) 、进出口的温度差 (t2-t1, ℃) 及对应温度下的比热 (CP, kcal/kg.℃) 三者之积。热效率 (η%) 计算式如下:

1.2 导热油炉能力确认

在确定最大热负荷时, 应考虑以下2方面因素:

(1) 最大升温速度与最小升温时间

升温时间与升温速度对工艺性能及产品质量有一定的影响。如果升温时间与升温速度没有特殊要求, 可以选用较小功率的加热炉。

(2) 输油管线的散热损失

根据保温情况, 采用优质保温材料, 按3%供热能力考虑其散热损失;对于采用一般保温材料的按5%供热能力考虑其散热损失;对于室外设备及其管路系统, 按8%供热能力考虑其散热损失。

1.3 空气预热器

载热体加热炉的燃烧排气的温度为载热体温度再加上50~100℃, 如此燃料的燃烧热能的20%~25%由烟囱排出甚为浪费。于是回收废热、预热燃烧用空气、提高载热体加热炉的热效率的设备-空气预热器应运而生。

在设计空气预热器时, 一定避免使空气预热器传热面的壁温低于SO3露点以下。防止露点腐蚀。如果燃料是天然气、液化石油气等清洁燃料, 可不受酸露点的限制, 排烟温度可为90℃。这时载热体加热炉的热效率可以达到92%以上, 目前新建装置导热油炉热效率选择都要求大于或等于92%。如果是重油为燃料, 应详细计算酸的露点温度, 排烟设计温度可为露点温度加20℃。

1.4 燃烧器及烟气环保达标

燃烧器的能力由载热体加热炉的能力来决定, 根据现有装置运行情况加热炉的负荷调节范围在20%~100%较为适宜。

导热油炉属于国家锅炉特种设备管理, 烟气排放标准遵循《锅炉大气污染物排放标准锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014, 要求NOx排放浓度限制为最高150 mg/Nm3以下。按《石油炼制工业污染物排放标准》GB 31570-2015中5.1.2条和5.1.3条规定, 要求NOx排放浓度限值一般地区为150 mg/m3, 需要采取特别保护措施的地区为100 mg/Nm3以下。

通过与国内外知名导热油炉生产厂家技术交流, 最新技术可以做到NOx排放浓度限值为70~80mg/m3。对于未来新建导热油炉系统设计, 烟气排放标准希望达到100mg/m3。

1.5 导热油泵的选择和节能

导热油循环泵设计, 依据我们以往设计, 分2个工况考虑。例如:工况1是正常工作工况, 操作温度280℃, 密度790kg/m3, 粘度0.27m Pa S, 流量373m3/h, 扬程54m。工况2是冬天开车工况, 操作温度-34℃, 密度1000kg/m3, 粘度420m Pa S, 流量223m3/h, 扬程54m。

离心泵轴功率的计算

Pa—泵轴功率;k W;

H—泵的额定扬程, m;

Q—泵的额定流量, m3/s;

ρ—介质密度:kg/m3;

η—泵额定工况下的效率;

通过比较2个工况, 我们在开车时, 通过工艺管路上调节阀控制热油循环流量, 保证泵的电机功率不超过正常工作时的轴功率。这样可以按正常工况下, 选配泵的电机。节能又减少泵的一次投资。

1.6 导热油系统布置的建议

导热油系统布置与导热油炉选型有关, 为了环保和节省占地, 现在新设计的导热油炉大多数选择立式天然气加热炉。宜集中布置在装置的边缘并靠近消防通道, 且位于可燃气体、液化烃、甲B、乙A类可燃液体设备的全年最小频率风向的下风侧。

导热油系统布置宜露天布置。寒冷地区导热油炉、空气预热器、空气鼓风机、烟囱、导热油储罐宜露天布置, 考虑导热油泵方便检修, 可以布置在室内。导热油炉系统的专属配电柜和控制柜宜布置在非防爆区域的室内, 空气鼓风机吸风口宜布置在非防爆区域内。

2 热载体选择

2.1 热载体的选择

热载体在加热炉内连续不断地循环加热, 长时间加热后, 热载体有可能聚合、结焦、变质, 选择热载体需要注意以下几点: (1) 高温传热性能好; (2) 稳定性好, 寿命长, 一般要求大于10年; (3) 沸点温度高于使用温度, 凝固点低, 毒性小, 腐蚀性小; (4) 初馏点和闪点较高, 安全性好。

使用温度在250~300℃的导热油, 大都选用合成油, 价格在1.5~2.5万元/m3。国内广泛采用的有Therminol-66、Therminol-59、还有道达尔的K-3120。其中Therminol-66最佳使用范围为0~345℃, Therminol-59最佳使用范围为-45~315℃, 道达尔的K-3120最佳使用范围为-20~300℃。用户可以根据需要, 选择不同的导热油。

2.2 热载体升温脱水排气

导热油炉的升温脱水排气过程是运行操作中比较危险的阶段, 需要特别谨慎。即在95~110℃和210~230℃两个温度区间要几乎停止升温, 并维持该温度一段时间。

通常情况下, 这一过程大约需要48 h。当导热油温度升到95℃以上时, 管路系统中残余的水分和导热油中的低挥发度成分开始汽化。膨胀槽上放空排气口处可以看到有气体逸出。所以脱水、排气过程中的升温速率应严格控制在5℃/h之内。一般情况下, 导热油加热到105~130℃时排气量最大, 这时应密切注意膨胀槽上放空排气口的排气状况及循环油泵、压力表的工作状况。

当导热油温度升到200℃左右时, 应对设备及整个系统进行一次全面检查, 并对所有的螺栓连接部位进行一次热紧, 以消除因热膨胀不均而引起的泄漏。导热油炉点火升温过程中脱去的水分以水蒸气的形态经膨胀管进入膨胀槽, 其中一部分以气体形式从放管排出, 另一部分冷凝成液态水沉于槽底。在升温过程中要定期打开膨胀槽底部的排污管, 放出冷凝水。

脱水排气过程完成后, 以20℃/h的速率继续升温, 当温度达到210℃时, 再次减弱燃烧, 停止升温, 这时主要过程为脱去导热油中的轻组分。脱轻组分过程的长短, 应视导热油牌号和质量而定。当放空管中无气体排出, 并且循环导热油泵的泵压稳定时, 即可继续以不超过10℃/h的速率升温至230℃。脱气结束后, 以40℃/h的速率从230℃升至导热油炉工作温度, 这时应全面检查导热油炉、循环供热系统、各配套辅机及附属设备是否正常工作。

3 结语

在有机热载体加热炉系统设计中, 可以根据被加热介质的特点, 选择热效率高的热载体加热炉, 合理的设备布置, 可以更加节能环保节省投资, 减少运行费用。

参考文献

[1]王抚华主编, 化学工程实用专题设计手册上册。北京:学苑出版社, 2002年10月.

[2]热载体手册/日本综研化学株式会社热载体手册编委会编著, 热载体手册。北京:中国科学技术出版社, 1996年9月.

[3]汪琦, 俞红啸, 张慧芬, 导热油炉循环加热供酯化缩聚反应器使用的研究, 上海化工, 2016年3月, 第1卷, 第3期.

[4]徐晨, 导热油载热体加热系统的设计, 化学工程与装备, 2014年7月, 第7期.

金属导热系数测量实验报告 篇5

大学物理实验 实验名称：

金属导热系数的测量 学院：

信息工程学院 专业班级：

自动化 153 班 学生姓名：

廖俊智 学号：

6101215073 实验地点：

基础实验大楼 座位号：号 实验时间：

第七周星期四上午九点四十五开始、实验目的: 用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。、实验原理：、傅里叶热传导方程 导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。

温度为 T 2，T i T 2，热量从上端流向下端。若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时 虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热 传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方

如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。由（1）式可知，加 测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传 热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中 // 都有非常重要的应用。

图（一）

如图（一）所示。设一粗细均匀的圆柱体横截面积为 S，高为 h。经加热后，上端温度为 T 1，下端 Q 是 t 时间内流过导体截面的热量, S T 1 T 2 h(1)学叫传热速率。比例系数 就是材料的导热系数（热导率），）。在此式中，S、h 和 T 1、T 2 容易测得，关键 是如何测得传热速率Q。、用稳态法间接测量传热速率 T i T 2 热盘的传热速率为Q S

h 2 T 1 T 2 d 2(T 1 T 2)4h 单位是

如图三所示，把两种不同的金属丝彼此熔接，组成一个闭合回路。若两接点保持在不同的温度 下，则会产生温差电动势，回路中有电流。如果将回路断开（不在接点处），虽无电流，但在断开处有 电动势。这种金属导线组合体称为温差电偶或热电偶。在温度范围变化不大时热电偶产生的温差电动势 与两接点间的温度差成正比，（T T。），T o 为冷端温度，T 为热端温度，叫温差电系数。

在本实验中，使用两对相同的铜一康铜热电偶，相同，它们的冷端均放在浸入冰水混合物的细玻 璃管中，T o 也相同。当两个热端分别接触加热盘和散热盘时，可得样品上下表面的温度分别为：

T i 1

T o，T 2 2

T o，所以

（6）式就是本实验所依据的公式。

d 和 h 分别为样品的直径和厚度，C 和 m 分别为散热铜盘的比热 和质量，i 和 2 分别为加热至稳态时通过热电偶测出的两个温差电动势

这样，式（5）可以写为 0.555 4Cmh d 2(1 2)g

t|(6)（由数字电压表读出）

为散热盘在 2 时的冷却速率

三、实验仪器：

导热系数测定仪（TC — 3）、杜瓦瓶 四、实验内谷和步骤：

（1）先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端（见下图），并在金属圆筒两端涂上导热硅胶, 然后置于加热盘 A 和散热盘 P 之间，调节散热盘 P 下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热 盘 A 及散热盘 P紧密接触。

（2）

在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中，热端分别插入金属圆 筒侧面上、下的小孔中，并分别将热电偶的的接线连接到导热系数测定仪的传感器 I、II 上。

（3）

接通电源，将加热开关置于高档，当传感器 I 的温度 T i 约为 3.5mV 时，再将加热开 关置于低挡，约 40min。

（4）

待达到稳态时（T i 与 T 2 的数值在 10min 内的变化小于 0.03mV），每隔 2min 记录 T i 和 T 2的值。0 0 Ji“ i J 测 1 表 o Q1 J O G 2 导蟻嚴数丹測 1

孟 g JI-■■

（5）

测量散热盘 P 在稳态值 T2 附近的散热速率，移开加热盘 A ,先将两测温热端取下，再将 T2 的测温热端插入散热盘 P 的侧面小孔，取下金属圆筒，并使加热盘 A 与散热盘 P 直接接触，当散热盘 P 的温度上升到高于稳态 T 2 的值约 0.2mV 左右时，再将加热盘 A 移 开，让散热盘 P 自然冷却，每隔 30s 记录此时的 T 2 值。

（6）记录金属圆筒的直径和厚度、散热盘 P 的直径、厚度、质量。

五、实验数据与处理：

C 铜 =0.09197cal cm 1

s-1

C)1cal=418.68W/mK 散热盘 p ：

m=810g R p =6.385cm h p

=0.71cm 金属铝圆筒：R B =1.95/cm h B

=9.0/cm 表 1 稳态时 T 1 T 2 的数据：

序次 1 2 3 4 5平均 T 1 /mV 1 2.73 2.73 2.73 2.71 2.71 2.722 T 2 /mV 2.52 2.53 2.54 2.53 2.54 2.532 稳态时 T 3 对应的热电势数据 U 3 2.46mV 表 2 散热速率：

=0.0729 mV/s

时间 /s 30 60 90 120 150 180 210 240 T 2 /mV 2.67 P 2.58 P 2.51 「 2.43 2.35 2.28 2.22 : 2.16 mc T(RPh B)h B ? 1 2 t(2 R Ph P)(「 T 2)

R B 810 0.09197 0.0729

--------------(6.385 2

9.°)9.0------------------

--------1 _2

0.316cal cm 1

s 1

C 1

(2 6.385 2 0.71)(2.722-2.532)〔 95 132.30W/mK 铝的热导率的理论值为 2.0 x 10 2

(J • s-1

• m 1

• K 1)六、误差分析：、实验中铝并不是纯铝，存在杂质，而纯度及杂质未知。、树脂圆环与加热盘和散热盘不能紧密接触。、在实验过程中发现，热电偶的两端在插入时深浅对实验有一定的影响，过程中无法保持在同一深度，故测量的数据可能存在偏差。、试验过程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物对实验有一定的影响 七、思考题：

1.在测量散热盘 P 的散热速率 T 时，为什么要测在稳态值 T3 附近的T

？ t t 答：在稳态时，散热速率铝棒和铜盘的相等，测得铜盘的即可得出铝棒的散热速率。

导热油炉 篇6

关键词：导热高分子材料；研究；应用

一、导热高分子材料的技术研究

1.导热高分子材料的导热机理。在高分子基体和导热填料的相互作用下，导热高分子材料才能体现出优良的导热性能。导热填料在导热高分子材料中起着重要的作用，要达到高分子材料的导热性能需要在高分子基体中加入一定量的量，使填料之间能够进行充分的接触并产生相互作用，同时会产生一种类似网状或链状的导热网链，从而实现高分子材料优良的导热性能。

2.导热高分子材料的导热理论模型。曾经有众多研究者关于填充型导热高分子材料的导热率提出采用各种不同的模型进行研究并做出预测。但是，理论模型研究的填充量都比较小，通常填充体积在10%～30%，而对高填充量以及超高填充量的情况就甚少提到。之后，由Agar提出了一种理论模型，是一种比较适用于高分子材料的高填充量和超高填充量的理论模型。该理论模型指出：在聚合物中若所有的填充粒子汇聚成的传导块和聚合物传导块的热流方向保持平行的状态，就会体现出较强的导热性能；若是两者的热流方向处于垂直状态时，则会体现出相反的结果。因此得出下面的理论等式：

lgλ1=VfC2lgλ3+（1-Vf）lg（C1λ2）

备注：λ1——高分子复合材料的热导率，W/（m·K）；

Vf——高分子材料中填料的体积分数，%；

C2——填料形成导热链的自由因子；

λ2——聚合物的热导率，W/（m·K）；

λ3——复合材料中填料的导热率，W/（m·K）；

C1——影响聚合物结晶度和尺寸的因子。

在导热高分子材料的深入研究中，高分子材料中所添加的填料有单一的种类向多种类发展，原有的理论模型已经不适用于这种预测。因此，Agar等人又研制出了一种适用于多项体系聚合物的理论模型，并做出相应的计算公式：

lgλ1=Vf（X2C2lgλ3+X3C3lgλ4+…）+（1-Vf）lg（C1λ2）

备注：λ2——聚合物的热导率，W/（m·K）；

λ3、λ4——填料粒子的导热率，W/（m·K）

Vf——高分子材料中填料的体积分数，%；

λ1——高分子复合材料的热导率，W/（m·K）；

X2、X3——在聚合物中填料中各种粒子占混合粒子的统计分数。

Privalko等人则表示先前的模型中都是在两相界面无限薄的情景中进行假设的，而忽略了两相界面去对导热性能的影响。在实际运用中，填料量的不断增加，两相界面会出现一种互穿网络状态，而导致预测结果的偏差。由于此项原因，他提出了一种计算机模型，该模型运用了逾渗模型和等价元素模型，实现了很好的预测。

二、导热高分子材料的运用

1.硅橡胶复合导热材料。导热对硅橡胶材料的导热性能是由硅橡胶基体、导热填料以及其加工工艺三个因素共同决定的，其中填料因素的导热性能和其在硅橡胶基体中的分散情况对整个硅橡胶材料的导热性能有着很大的影响。硅橡胶具有较好的绝缘和减震性能，其导热性能很差，只能达到0.2W/(m·K)左右的导热率。因此，此材料的导热性能中填料起到了决定性作用。但是在填料的使用过程中要注意填料的用量和填料粒子的分布情况。因此，在此方面的应用和研究主要是对填料的表面处理和改性还有填料粒径的分布。现使用新型的导热填料结合新型的填料复合技术来提高导热高分子材料的导热性能。如朱毅把铜粉经过抗氧化和抗团簇的预处理后，作为填料加入到硅胶材料基体中，经过加工工艺得到导热率为1.6～1.7W／ （m·K）的导热高分子材料，能很好地满足计算机和电源供应的需求。

2.聚乙烯（PE）复合导热材料。聚乙烯具有较强的综合性能且成本较低，是一种应用最为广泛的塑料产品。近年来，由于线性低密度的聚乙烯的导热性能较好以及其较强的物理性能而受到广泛的应用。聚乙烯复合导热材料通常用在注塑、挤塑、吹塑、涂覆、热成型、热焊接等热塑性成型工艺中。

在现代的生产应用中，导热高分子复合材料主要是用在太阳能热水器、导热管等器件中。同时在电子电器行业和化工生产行业中也起到了重要的作用。随着导热高分子材料研究的不断深入以及具有的优良特性，在未来的发展中将在更广泛的领域得到应用和发展。

参考文献：

一种新型导热材料的研究 篇7

一、设备与仪器

油压千金顶:型号QYL2D;成型模具:内径15.00 mm;电子天平:FA2004N;烧结炉:型号:RJK-2-130;控温仪器:智能温度控制仪, 型号:AN-T2K21A40S1;电位差计50 m V;稳压电源60 V、0.6A;标准电阻;导热系数综合试验台。

二、实验原理与方法

粉末冶金是将金属粉末 (或掺入部分非金属粉末的混合料) 经过成型和烧结, 制成金属零件或金属材料的一种工艺技术。其生产工艺大致为:混料→成型→烧结。

1. 混料

1) 制造碳管纳米液体。通过在分散介质中加入表面活性剂来降低碳纳米管表面张力, 达到均匀的分散度;选用的分散介质为乙醇, 并利用超声振荡的方法促使碳纳米管更好的分散, 制成碳管纳米液体。

2) 采用实验小型球磨机将碳管纳米液体与铝合金粉末机械混匀, 混后凉干备用。

2. 成型

1) 在成形前, 粉末混合料中加一些成型剂 (润滑剂) 并搅拌均匀;2) 用内径为15.00 mm的模具将松散的混合料通过压制制成具有—定形状和强度的“压坯”。

3. 烧结工艺

实验中采用氩气保护, 防止试样被氧化。制造成直径15 mm, 厚5 mm的材料样品。

试样烧结分为低温预烧和 (高温) 烧结2个阶段。低温预烧温度为200℃, 保温时间Q min (关键字用字母代替) ;高温烧结温度为600~700℃, 保温时间为6 h。由于加入了有色金属M (关键字用字母代替) 。烧结时将压坯放入炉中, 缓慢加热到200℃, 保温90min。在保温结束后, 以较快速度加热到所规定的烧结温度, 并保温相应时间。在高温烧结保温结束后, 试样随炉冷却至室温。

三、样品测试

1. 电源与稳压电源接通后, 按所测材料导热性大小, 调整加热器两端的电压。等候约30分钟后, 使稳压电源工作状态趋向稳定;

2. 利用电位差计检查试样初始温差, 确定加热面和散热面的

电势差是否一样, 如果相差在0.1℃以内时, 实验即可进行;

3. 接通电源, 一般在10-30 min后即可达到准稳态阶段, 此时

记录下2个热电偶所测量出的电压值, 从表中读出对应的温度值, 代入上式即可算得导热系数;

4. 关掉电源, 将试样取出, 用游标卡尺测量其厚度。此试验结束。

四、实验结果与讨论

1. 纯铝作为参照标准, 烧制成的新材料导热系数均有大幅度提高。

2. 材料中加入的M金属作为液相出现在烧结过程中, 有利于铝—碳纳米管的结晶。

3. 分析含碳纳米管的新材料导热系数可知, 随着碳纳米管质量百分比的增加, 材料的导热系数呈升高趋势。

但由于样品数量有限以及测量仪器的范围和精度限制, 虽然没有测试样品在高温状态下的导热率, 但在0~30℃区间范围内, 新材料已经明显体现出在同样温度、同种外界条件下, 其导热性能优于纯铝的性质。

4. 通过多次实验, 测定了不同组成材料在0~30℃温度范围内的热导率, 其数值如图1所示。

显然, 随着材料中碳纳米管质量百分比的增加, 材料的导热系数呈不断升高趋势, 说明新材料的热学性能越来越好。但达到5%后, 再增加碳纳米管质量百分比对提高热导率的影响不大。因此, 综合考虑材料综合性能与成本, 研制的新的铝合金, 含碳纳米管为5%有着极为优良的导热特性。

五、结论

所研发的新型铝合金复合材料, 含碳纳米管为 (4~5) %, 具有优良的导热特性。在同样温度、同样外界条件下, 新材料的导热性能显著优于6061铝合金的导热性质, 热导率可达到405.8 W/m·k, 是6061铝合金的2倍以上。材质均匀、各向同性、价格低廉, 可用于制造电脑CPU的散热片、家用暖气片、太阳能热水器的材料以及交通, 空调、冷库、电子封装材料等设备中。

参考文献

[1]黄培云.粉末冶金原理 (第2版) [M].北京:冶金工业出版社, 1997:7-330.

[2]王盘鑫.粉末冶金学[M].北京:冶金工业出版社, 1997:181-233.

[3][美]H.H.豪斯纳.北京市粉末治金研究所 (译) .粉末冶金手册[M].北京:冶金工业出版社, 1982:1-17.

圆弧玻璃系统导热分析与计算 篇8

本文将在研究圆柱体一维稳态导热问题的基础上，对圆弧玻璃系统热量传递的一种基本方式即热传导(简称导热heat conduction)过程进行计算分析，并重点探讨建筑门窗、幕墙系统中所用圆弧玻璃系统与导热过程相关的热工性能参数的分析与计算方法。

图2

一、导热计算的理论基础

1. 基本概念

热量传递(Heat Transfer)是物质在温度差作用下所发生的热量传递过程。热量传递依靠三种基本方式：热传导(Heat Conduction)、热对流(Heat Convection)和热辐射(Heat Radiation)。

热传导(Heat Conduction)、对流(Heat Convection)和辐射(Heat Radiation)是传热的三种基本方式。它们的传递机理、相应的热流速率方程和特征参数如下表所示。

其中，q(热流密度，W/m2)，Tw(壁面热力学温度，K)，Tsur(环境热力学温度，K)，Tf(流体热力学温度，K)，ε(发射率或称黑度)，σ(斯忒藩-玻耳兹曼常数，W/m2·K4),hr(辐射换热表面传热系数radiation heat transfer coefficient,W/m2·K),hc(对流换热表面传热系数convection heat transfer coefficient,W/m2·K)。

在实际传热过程中，三种基本传热方式是同时进行的。在许多情况下，除了发生辐射换热以外，还同时伴随发生热表面与周围流体间的自然对流换热或是强迫对流换热，这种情形叫做复合换热或者综合换热(combined convection and radiation heat transfer)。此时物体表面净失去(或者净得到)的热量应该等于对流与辐射两部分换热量之和，因此一般情况下，h=hr+hc,h，称为复合换热表面传热系数，单位是W/m2·K。

习惯上把热量从一侧高温流体经过某一壁面传递给另一侧低温流体的过程称为传热过程(heat transfer process)，并可以用如下的传热方程来描述：

式中k叫做总传热系数(overall heat transfer coefficient)，单位是W/(m2·K);Φ是热流量，单位是W。“传热过程”四个字在传热学中已经被赋予了特定的内涵。所谓传热过程本质上就是第三类边界条件下壁面的导热过程。

2. 圆柱体的一维稳态导热

参见图3所示，在圆柱坐标系中长l的空心圆柱体(亦称圆筒壁)，假设其导热系数为常数W/(m·K)，无内热源，内外表面分别保持均匀温度。该问题的数学描述是：

图3单层圆柱体壁导热

对(4)式积分两次，得到一维圆柱体导热方程的通解：

可见，圆柱体内的温度沿径向呈对数分布状态。代入第一类边界条件的表达式(5)、(6)，求出积分常数，经过整理就可以得到以下的温度分布：

根据傅里叶定律，可得出径向传导的热流量Φ：

可以看出，圆柱体内的温度梯度沿径向是变化的，这和平壁不同。但热流量仍然是一个常数，因为导热面积在径向上也是变量。它的最终表达形式是：

式(10)在形式上仍遵循热电比拟关系，其中的分母即圆柱体的一维导热热阻表达式。圆筒壁按单位管长而不是按单位导热面积来计算热流密度是适宜的，也比较方便和适用。人们常把这时的“热流密度”记作q1，单位是W/m，有：

式(11)中的分母相应于单位管长圆筒壁的导热热阻。

进一步研究表明，如图4所示，对于满足一维条件，且层间热接触良好的多层圆筒壁，仍可采用串联热阻网络分析方法，可以直接写出热流量表达方式：

图4多层圆柱体壁导热及其温度分布

如果内外壁面均为第三类边界条件，便可以根据热阻模拟网络写出：

与式(12)相比，式(13)不过在分母上增加了两项表面换热阻而已。h1和h2分别为内外壁面的表面换热，W/m2·K。

二、圆弧玻璃系统的导热分析

1. 玻璃传热系数

传热系数U值是表征玻璃热工性能的重要参数之一。它表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应，在稳态条件下，玻璃两面单位空气温度差时，单位时间通过单位面积玻璃的热量。U值的单位是W/(m2·K)。

(1)一般原理

传热系数U值的计算方法是以下列公式为计算基础的：

式中：

he——玻璃室外表面换热系数;

hi——玻璃室内表面换热系数;

ht——多层玻璃系统热导。

多层玻璃系统热导按下式：

式中：

hs——中空玻璃气体间隙层热导;

N——气体层的数量;

M——材料层的数量;

dm——每一个材料层的厚度;

rm——每一层材料的热阻(玻璃的热阻为1mK/W)。

中空玻璃气体间隙层热导按下式计算：

式中:

hr——中空玻璃气体间隙层内两片玻璃之间辐射热导;

hg——中空玻璃气体间隙层气体热导(包括传导和对流)。

(2)外部和内部热交换系数

(1)室外表面换热系数

室外表面换热系数是玻璃附近风速的函数，可用下式近似表达：

式中：

V——风速，m/s。

在比较玻璃的U值时,可选用等于23 W/(m2·K)。

(2)室内表面换热系数

室内表面换热系数hi可用下式表达：

式中:

hr是辐射热导，hc是对流热导。

普通玻璃表面的辐射热导是4.4 W/(m2·K)。如果内表面校正发射率比较低，则辐射热导由下式给出：

这里ε是镀膜表面的校正发射率(0.837是清洁的、未镀膜玻璃的校正发射率)。

对于自由对流而言，hc的值是3.6W/(m2·K)。

对于通常情况下的普通垂直玻璃表面和自由对流：

hi=4.4+3.6W/(m2·k)

用来比较窗玻璃U值时，这个值是标准的。

2. 实例分析

圆柱体一维导热问题在工业上与试验里普遍存在，通过对圆弧门窗幕墙系统中所使用的圆弧玻璃系统进行研究和分析发现，按照圆柱体一维稳态导热问题的计算分析方法对圆弧玻璃系统的热工性能进行分析计算是可行的，也是实用的。

建筑门窗幕墙系统作为建筑物的重要组成部分，是人与自然进行沟通的渠道，也是实现建筑室内采光、通风换气、保温隔热和隔声等基本功能极其重要的部件，它将建筑内部与外部空间分隔开来，其热工性能的好坏是实现建筑节能目标和提高建筑舒适度的关键。对门窗幕墙系统而言，其玻璃系统的热工性能对整体热工性能的影响又是最大的。

下面以实例阐述圆弧玻璃系统的热工计算过程与方法，并对相关问题进行讨论。

某建筑幕墙所用圆弧玻璃的内直径d1=3000mm，玻璃为夹层玻璃，内、外侧玻璃厚度均为8mm，夹层厚度为2mm，因此d2=3016mm,d3=3020mm,d4=3036mm，假设室内温度t1=20℃，室外环境温度是tf=-10℃，室外表面换热系数he=23W/(m2·K)，室内表面换热系数hi=8W/(m2·K)，玻璃的导热系数λ1=1W/(m·K)，PVB夹层的导热系数λ2=0.058W/(m·K)，圆弧玻璃宽(弧长)=1500mm。试计算分析玻璃系统的传热系数，如图5所示。

对此问题的研究需要做如下假设：(1)在忽略其他因素的情况下，圆弧玻璃系统是径向一维导热;(2)内、外侧玻璃表面传热系数为总传热系数;(3)材料物性及表面总传热系数均为常量。

在以上假设情况下，圆弧玻璃系统导热计算问题可以简化为圆筒壁一维稳态导热问题。但要分两个步骤进行假设：一是假设存在以圆弧玻璃直径为直径的玻璃圆柱体，其内外边界条件与圆弧玻璃相同;二是圆弧玻璃高度足够高，可以忽略高度方向(柱向)的热量损失，因此可以做为一个径向一维导热问题来研究。于是有：

l相当于圆筒壁管长或者说建筑幕墙或门窗所用圆弧玻璃的高度尺寸，q1是圆筒壁问题单位管长热流密度，单位是W/m，于是有：

图5

于是此问题总热阻[即式(15)的分母]为：

于是，当室内温度t1=20℃，室外环境温度是tf=-10℃时，q1应如下求得：

因此，圆弧玻璃在高度方向的单位长热流密度为：

圆弧玻璃的传热系数的计算：

从式(15)不难看出，在上例中，如果玻璃总厚度δ不变，随着圆弧玻璃弯曲直径d1的变化，相同弧长宽度的圆弧玻璃的总热阻是变化的，其规律如下表所示：

3. 讨论

(1)相同厚度和组合的圆弧玻璃与平板玻璃的综合传热系数是不一样的，其规律是圆弧直径越小，其值越小，不过总的说来，差别不大。即玻璃系统的总传热系数主要与其结构和材质有关。

(2)建筑门窗和幕墙用圆弧玻璃系统的热工计算，采用圆柱体一维稳态导热问题的计算分析方法是可行的。

三、结束语

对圆柱体一维稳态导热问题进行分析发现，圆柱体内的温度梯度沿径向是变化的，这和平壁导热是不同的。但热流量仍然是一个常数，因为导热面积在径向上也是变量。

圆柱体一维导热问题是普遍存在的，如大量圆型管道系统的导热问题和本文讨论到的建筑门窗和幕墙用圆弧玻璃系统的导热问题。通过实例和对比分析发现，圆弧玻璃系统的导热计算问题，可以看作是一个圆柱体一维稳态导热问题，其计算分析方法是可行的和有效的。

参考文献

[1]易明.光学.高等教育出版社,2004

[2]赵镇南.传热学.高等教育出版社,2005

[3]张学学,李桂馥等.热工基础.高等教育出版社,2000

[4]张三慧.大学基础物理学(上、下册).清华大学出版社,2007

材料导热系统多点测温技术的实现 篇9

随着社会和科技的进步和发展, 新材料及合成新材料不断涌现, 如何评价新材料的性能已成为重要的研究课题, 导热仪是通过测量导热系数来测定材料导热性能的仪器, 目前导热系数的获得主要是通过理论分析和试验得到, 因理论分析特别复杂且具有不确定性, 所以现今绝大多数材料通过实验得到。

本系统是在护热平板法的基础上进行了改进, 研制了一种新型双平板式导热性能检测系统, 检测对象主要为以建筑材料为代表的低导热系数的隔热材料。

1 温度检测传输显示模块总体设计方案

本材料导热性能检测系统是一种双平板隔热材料导热系数系统, 由支架、隔热材料试件夹装部件和温度检测传输显示模块组成, 其中温度检测传输控制模块由计量加热器温度传感器模块、防护温度传感器模块、冷板加热器温度传感器模块、智能处理器模块、可调功率模块和交流继电器模块, 两块热板对应于计量加热器安装位置的外侧端面共设置22路温度传感器, 两块热板对应于防护加热器安装位置的外侧共设置16路防护加热器温度传感器, 两块冷板与热板相对的内侧端面共设置6路冷板加热器温度传感器, 每个计量加热器温度传感器模块、防护加热器温度传感器模块和冷板加热器温度传感器模块的输出端连接智能处理器模块的输入模块, 计量加热器的电流数值和电压数值连接智能处理器模块的输入接口, 智能处理器模块的输出接口连接功率可调模块, 其输出端还分别连接两块冷板加热器、计量加热器和防护加热器, 智能处理器模块的输出接快由三个交流继电器组成, 该三个交流继电器的线圈均通过电压转换模块连接智能处理器模块的输出接口连接, 该三个交流继电器的常开触点分别连接隔热箱上面板气管上的电磁阀、隔热箱左面板板气管上的电磁阀和隔热箱右面板板气管上的电磁阀。智能处理器模块的输出接口经D/A转换器和一级放大电路控制变频器, 进而控制制冷压缩机, 最终实现冷板的变频制冷。

上位机为带有串口的计算机, 温度传感器使用的芯片为DS18B20, 智能处模块为Atmega64。

系统用ATmega64-16AC单片机[1]作智能部件, 包括多点温度检测电路、电磁阀及压缩机控制电路、加热控制电路、功率检测与调理电路、串口通信电路、电源管理模块等。

2 多点温度检测电路

为实现多点温度测量, 本系统采用6个M74HC4051[2], 可以实现48路温度的采集控制, 本系统采用了其中44路来实现对计量区22路温度采集, 防护区16路温度采集, 冷区6路温度采集。温度传感器采用数字温度芯片DS18B20[3]。M74HC4051是8通道模拟多路选择器/多路分配器, 工作电压为6V, 带有3个数字选择端, 1个低有效使能端, 8个独立输入/输出端, 在上限VCC和下限VEE之间摆动, 1个公共输入/输出端。其中, VEE将被连接到GND上 (一般是接地) 。DS18B20内部结构主要由:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器组成, DS18B20具有精度高、体积小、供电电压宽、单总线、组网容易等优点。

在具体电路中, 单片机ATmega64-16AC的7脚、8脚、9脚、29脚、33脚和34脚分别控制6个M74HC4051的低效使能端, 来控制某个M74HC4051选通, 30脚、31脚和32脚作为M74HC4051的输入端, 来控制某个温度传感器信号选通, 6个M74HC4051的输出端通过下拉电阻连接到单片机ATmega64-16AC的18脚, 将温度信号传送至单片机。

3 温度值确定方法

在下位机的采集程序[4]中, 温度值是这样确定的, 首先进行误采判断, 判断采集的温度是否是正常值, 即温度传感器在正常状态的测温值, 把不正确的 (一般表现为读取的十六进制数为00或者FF) 踢出。然后将剩下的取平均, 以保证所采集的温度是保护区的平均温度。温度采集数据见图3所示。

4 结论

本系统采用的多点温度检测系统由44个数字温度芯片DS18B20和6个M74HC4051及外围电路组成, 单片机ATmega64-16AC只需一个I/O就可以驱动44个DS18B20, 轻松的组建了传感器网络。DS18B20全数字化信号输出, 只需一线总线接口便送入ATmega64-16AC, 较传统的测温方法外围电路非常简单, 且该芯片具有物理化学性很稳定、通信协议简单、成本低、配置灵活、传输距离远和抗干扰性强等优点。

参考文献

[1]李华等.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1993:11-12.

[2]He Liming.The design of applying systems for single-chip computer[M].Bei Jing, Bei Hang University Press, 1990:53-55.

[3]何希才.传感器及其应用电路[M].北京:电子工业出版社, 2001:111-123.

提高热油炉热效率的措施 篇10

中原油田天然气处理厂二气厂轻烃深加工装置采用的加热炉为有机热载体炉,该炉以天然气为燃料,导热油为热载体,热负荷为4100kW。

该有机热载体炉,经燃烧器燃烧产生热能将有机热载体(导热油)加热,再经过循环泵的强制循环将高温有机热载体送给装置用热设备,并返回后对其重新加热。该系统由燃烧器、热油循环泵、膨胀槽、贮油槽等几部分组成,其工艺流程如图1所示。

1 存在问题

在对两台加热炉进行节能检测后,所得测量结果与规定值相差较多。主要存在如下问题:

(1)热效率低:A炉热效率为69.9%、B炉热效率为71.4%,均低于限定值87%。热效率过低使得燃气消耗量增大,造成资源浪费、成本增加。

(2)排烟温度高:有机热载体炉排烟温度要求控制在180℃,而使用中排烟温度均高于限定值90%以上。排烟温度过高反映了燃烧比调节不到位,造成大量的热量损失,降低了热效率。

2 原因分析

(1)燃料气的压力过低。当天然气供气压力降低至0.25～0.3MPa时,为了满足设定温度的需要,所消耗的燃烧气的气量将大幅度增加,进而使排烟温度增加,热效率降低。

(2)热油炉燃烧器采用强制供风方式,燃烧的热量集中在烟道顶部,烟气余热未进行利用和回收,直接排放至大气中,造成热损失严重。

(3)热油炉使用时间长,盘管内结垢,导热油受热不均,在弯管处温度过高使得导热油结焦,影响盘管传热,导致热效率降低。

3 改进措施

燃烧炉燃烧产生的热量主要消耗于以下三部分:加热循环导热油;壳体及管路散热;通过烟气带入大气。因此,必须通过降低壳体和管路散热损失以及利用高温烟气来降低热量损耗。

3.1 理论分析

加热炉在正常负荷情况下散热损失不超过3%,且减少散热损失主要受加热炉衬里材质的制约,降幅空间不大。因此针对加热炉系统存在的问题,主要从调整燃烧器风门开度和利用排烟废热的角度间接提高热效率:

(1)调整风门开度。

根据理想气体状态方程,在体系温度不变的情况下,当压力P降低时,气体的体积必然增大,即燃气消耗量增加。在燃气压力下降到0.25～0.3MPa时,燃烧器为了满足生产供热,将会自动调节供气蝶阀,使其开度增大,增加燃烧气的用量。蝶阀通过连接杆控制燃烧气风门开度(保持一定的燃烧比),风门开度增大可以使燃气量增大,同时伴随空气的大量涌入,造成燃烧气排风量过大,过量的空气携带大量的热量排出,进入烟道,造成排烟温度过高,热效率降低。故为了提高热效率降低燃料需求量,应对燃烧器的风门进行调整,使燃烧比根据燃烧气的压力高低来改变,从而使得在燃气压力偏低时,通过连杆将燃烧比调整到合适的比例,使燃烧充分,而且风门开度不会过大,减少空气的大量涌入造成热量损失,提高热效率,并降低燃烧气的消耗量。

(2)高温烟气的利用。

热油炉在正常工作时排烟温度在350℃左右,在改造前的工况下,排出的烟气携带大量的热量直接进入大气,造成能量浪费。为了提高热效率,可以通过设置废热锅炉来对高温废气进行回收利用。将高温烟气引入废热锅炉,利用热油炉排放的高温烟气中夹带的热量来加热水或者产生蒸汽,得到的热水和蒸汽可用于生产和采暖。设置这种废热锅炉回收装置并不会改变热油炉本身的燃气消耗量,但由于充分利用了烟气废热,间接地提高了热效率,节省了材料,降低了成本。

3.2 工艺改造

(1)改造活动连杆。

热油炉原装连杆调节范围较小,且每次调节时必须拆卸,极为不便。为了达到根据燃烧气实际压力来调节风门开度的目的,可以根据实际情况加工连杆,使连杆的调节范围能够覆盖低压力范围;另外在原有的基础上改进连杆,使得不需要拆卸就可以方便调节,快速准确地达到燃烧气燃烧充分、无黑烟产生、减少燃烧气消耗量、降低排烟温度、提高热效率的效果。

(2)加装废热锅炉。

在热油炉旁安装废热锅炉对烟气进行回收,利用烟气携带的大量热量来加热水或产生蒸汽,用于生产或者采暖。尤其是冬天需要长时间采暖时,利用废热所产生的蒸汽用于采暖,可以极大地节省燃烧气的用量。废气的利用也可节省出一套冬季自主取暖设备,节约成本。

4 结语

这两种方法可以同时用来对热油炉进行改造,减少能源的浪费、提高热效率。改造连杆调节风门开度的方法更简便易行,效果明显。加装废热锅炉需要一定的投入,但能够充分利用烟气废热,使整个系统物尽其用,降低能源损耗率。

参考文献

[1]王树青.工业过程控制工程[M].北京:化学工业出版社,2007

导热油炉 篇11

关键词：建筑保温隔热材料；导热系数检测；影响；结果；问题

中图分类号：TKl24 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0177-02

建筑节能的意义是提高建筑热工性能减少对能源的利用，主要包括了夏季隔热、冬季保温以及过度季节的除湿和自然通透等因素。表现为热量通过外围护结构向室内外传递的过程，围护结构的保温隔热性能直接影响建筑节能的效果，墙体作为建筑与外界分隔的重要组成部分，其使用的节能材料导热性能是节能验收中严格控制的指标。

1 常用的建筑保温隔热材料

1.1 蒸压加气混凝土砌块

蒸压加气混凝土砌块应用于墙体自保温系统中，墙体自保温系统是指按照一定的建筑构造，采用节能型墙体材料及配套的专用砂浆使墙体热工性能等物理性能指标符合标准的建筑墙体保温隔热系统。这种材料是应用最广泛的建筑主体材料之一，根据节能验收规范的强制性要求，其导热系数必须符合节能设计要求。当前工程中使用的蒸压加气混凝土砌块尺寸与我们进行导热系数试验的标准样品通常相差较大，厂家需切割成标准试样试验。

1.2 保温砂浆

保温砂浆应用于外墙内保温和外墙外保温系统，也可用于隔墙和分户墙的保温隔热。墙体的保温层可以通过使用抹面或者砌筑保温砂浆增加外围护结构的热阻值，改善墙体的热工性能。按照主要成分，保温砂浆主要分为硅酸盐保温砂浆，有机硅保温砂浆和聚苯颗粒保温砂浆。在进行导热系数检测时，需要按照其配比制作标准型试样。在成型过程中，表面刮平后覆盖聚乙烯膜后放入养护室养护28 d后进行试验。

1.3 泡沫混凝土（保温板）

泡沫混凝土用于屋面泡沫混凝土保温层现浇、泡沫混凝土面块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基等。泡沫混凝土保温板有时可以替代苯板等有机材料在外墙外保温系统中使用。

1.4 聚苯板

聚苯板又分为模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）两种，应用于建筑中的外墙外保温系统和屋面保温系统。

1.5 岩 棉

岩棉板以玄武岩为材料，经过高温融熔加工成的人工无机纤维，具有质量轻、导热系数小、吸热、不燃的特点。其主要应用于外墙外保温系统和屋面保温系统，岩棉制品以其优异的防火保温特性是国际上公认的"第五常规能源"中的主要节能材料。

1.6 玻璃棉

玻璃棉保温材料属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维，具有良好的绝热吸声功能。用玻璃棉保温材料制成的玻璃棉板、玻璃棉毡、玻璃棉管已大量用于建筑各等领域的保温隔热、吸声降噪，效果十分显著。在建筑中其应用于外墙外保温系统和屋面保温系统。

2 导热系数检测中需要注意的若干问题

导热系数λ是描述在稳定传热状态下，1 m厚的材料两表面温差为1 ℃时，在1 h内通过1 m2的围护结构表面的热量，其单位为W/m·K，它反映了材料的导热能力，导热系数越小，导热能力越好，保温性能越好。

2.1 国家规定的标准检测方法和适用范围

GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》；GB/T10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》；以上方法只适用于测定均质干燥试件，试件热阻应大于0.1 m2k/W。

2.2 原理及装置

2.2.1 原 理

在稳态条件下，在只有平行表面的均匀板状试件内，建立类似于以两个平行的温度均匀的平面为界的无限大平板中的一维相对恒定热流。通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流Q、计量单元面积A及试件冷、热表面的温度差ΔT，可以计算出厚度为d的试件热阻R或者导热系数λ。

为保证中心计量单元建立一维热流和准确测量热流密度，加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元。需要有足够的边缘绝热和（或）外防护套，特别是远高于或低于室温下运行的装置，必须设置外防护套。

2.2.2 装置（防护热板法）

根据原理可建造两种型式的防护热板装置，如图1所示。

双试件式（和一个中间加热单元）：两个几乎相同的试件中夹一个加热单元，试件外侧各设一个冷却单元。热流由加热单元分别经两侧试件传给两侧的冷却单元。

单试件式：该装置加热单元的一侧用绝热材料和背防护单元代替冷却单元。绝热材料的两表面应控制温差为零，即无热流通过。

2.3 导热系数影响因素

①检测环境温度与测试平均温度。在导热系数测定中测试平均温度接近室温时，测量传热性质的准确度较高。在给定的平均温度下，以不同的温差测量导热系数其结果应与温差无关。在实际测量中，由于热阻或热导率经常是试件两侧的函数，所有传热过程的程度与两侧的温差有关，使用典型的温度差在一定温差范围内测定是合理的。为使温差的测量误差最小，介意温差最少为10 ～20 K。常用建筑节能保温材料导热系数的技术指标所给出的平均温度为接近室温的温度。所以在确定导热系数测定使用平均温度后，需要对检测的环境温度进行控制，使得环境温度与测试平均温度相同，减少检测过程中对边缘热传递对导热系数测定的干扰。

②检测环境湿度与试样的状态调节。试样的状态调节：测定试样质量后，需把试件放在干燥器或通风的烘箱里，以对材料适宜的温度将试件调节到恒定质量。当测量传热性质所需的时间比试件从实验室空气中吸收显著的湿气所需的时间短（如混凝土试件），建议在干燥结束时，很快将试件放入装置中避免吸收湿气。反之（例如测量低密度的纤维材料或泡沫塑料试件），建议把试件留在标准的实验室空气（296±1 K，50%±10% RH）持续调节到试样质量衡定。

检测环境湿度：根据标准使环境湿度达到50%±10% RH，减少因空气湿度对检测过程中保温材料因湿气导致的结果误差，由于水的导热系数远远大于静态空气的导热系数，因此，当环境湿度过大导致某些试样材料受潮，所测出的导热系数将远大于实际导热系数，所以检测环境湿度的调节也直接影响导热系数的测定。

③试件制备和尺寸的选择。在防护热板法测量导热系数时，选用的两块试件应尽可能一样，厚度之差小于2%。试件表面应光滑平整，其尺寸应该完全覆盖加热单元表面。并且加热单元工作面的平整度应优于0.025%。刚性试件的表面制备应与面板一样平整，整个表面的不平行度应在试件厚度的±2%以内。试件的厚度应是实际使用厚度或大于能给出被测材料热性质的最小厚度。试件的最小厚度受接触热阻的限制，厚度过小将导致试件与热板、冷板的热阻分布不均。试件的最大厚度受平板导热仪的限制，经评估试件厚度合适的范围为20～37.5 mm。试件的边长标准尺寸为30 cm，边长小于30 cm的试件无法代表整个材料的性质。

④试样厚度测定和试样装卡。试样厚度测定：由于热膨胀或板的压力，试件的厚度可能变化。建议尽可能在装置里、在实际测定温度和压力下测量试件厚度。有效厚度由试件在装置内和不在装置内时（冷板用相同的力相对加紧）测定距离的差值的平均值确定。

试样装卡：在测试的冷热板之间施加可重新恒定夹紧力的装置，以改善试件与板的热接触或在装置的板之间保持准确的间距。就大多数绝热材料而言，施加的压力一般不大于2.5 kPa。测定可伸缩试件时，冷板的角落与防护单元的角落之间需要垫入小截面的低导热系数的支柱以限制试件的压缩，所垫支柱厚度为所测材料正常状态下厚度的95%，同时限制试样的压缩不超过正常使用状态下的90%，亦可用其他控制冷板与热板距离的方法。

⑤过渡时间和测量间隔。由于本方法建立在稳态状态下，为了得到热性质的准确值，让装置和试件有充分的热平衡时间很重要。连续四组读书给出的热阻值差别不得超过±1%，并且不是单调的朝一个方向改变。在不可能较准确的估计过渡时间或者没有在同一装置里，在同一测定条件下测定类似试件的经验时，按照稳定状态开始的定义，读取数据至少持续24 h。

⑥电功率的输入。推荐自动稳压的输入功率。输入功率的随机波动、变化，引起热板表面温度波动或变化应小于热板和冷板温差的0.3%。调节并维护防护部分的输入功率，以满足热性质温差不大于±0.5%的计量单元和防护单元之间的温度不平衡程度。调节并维持合适的输入功率，才能保持测试系统的准确性。

⑦标准物质参比板对设备的标定。因为导热系数仪的标定中，只能校准冷、热板温度和计量装置，无法反应试验设备整体系统的测试水平，存在一定的系统误差，为了保证测试结构的准确性和重复性，应至少对国家认可的试验室标定过热性质稳定的材料进行测定。绝热材料导热系数参比板是国家发行的标准样品，专门用于标定防护热板装置，该样品材料为特种工艺中碱玻璃，导热系数与温度的方程式为：

λt=2.2184×10-3+1.1869×10-4×t

其中，t—试件平均温度K；λt—导热系数W/m·k。

通过多次试验，实测参比板导热系数的值与参比板导热系数标准值的相对比，对导热系数仪中设备修正系数进行修正。防护热板装置经过标准样品各项校核、成功比对后，在测定导热系数时，也能保证结果的准确性。

3 结 语

在建筑节能验收规范中，导热系数是控制节能材料质量的重要指标。导热系数的准确与否有重要的意义。但在检测过程中，我们还要结合材料的性能，掌握检测方法的特点和适用范围，在具体操作试验中对各种产生误差的过程加以控制，这样才能保证检测数据具有准确性和代表性。

参考文献：

[1] GB/T10294-2008，绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法

[S].

船用导热油锅炉系统设计研究 篇12

关键词：船用导热油锅炉系统,运行原理,系统设计

近年来, 国际油价保持高位运行, 为了降低燃油费用, 提高经济性, 船舶逐渐使用重质燃油。为此船舶要增添一个燃油加热设备, 即船用锅炉, 来加热燃油, 降低粘度, 便于驳运, 净化改善油品, 提高燃烧性能。而目前国内船舶上主要采用的是结构复杂, 热损失大的蒸汽锅炉, 本文将介绍一种高效节能的船用导热油锅炉。

1 国内外研究现状

导热油技术发明于20世纪30年代, 由美国道生化工研究并试制了联苯—联苯醚共沸混合物[1]。由于其高效的节能效果, 欧洲、美国、热本等许多国家相继研发了十多种性能稳定的导热油产品。而随着导热油技术上的突破, 鲁贝-塔波夫乃别烈兹那化学联合企业组建发展了当代的液相导热油锅炉[2]。经过几十年发展, 导热油系统在欧美及日本的一些发达国家, 已经应用在油轮和一般货船的机舱系统、燃油舱加热。

而国内采用这种系统的船舶比较少, 尚无成熟的经验。船舶主机废气作为一个巨大的余热源, 可以为导热油锅炉提供热量, 实现节能减排[3], 因此船用导热油锅炉的运行原理以及应用设计研究变得很有意义。

2 船用导热油锅炉的运行原理

船用导热油锅炉, 相比于蒸汽锅炉, 它是在锅炉运行过程中利用导热油代替水蒸汽作为中间传热介质, 从锅炉炉膛或者柴油机尾气中吸收热量, 升高温度, 经导热油循环泵输送到待加热重油处, 进行换热, 提升重油温度, 便于重油的运输, 同时降低自身的温度, 而后循环至热源处重新吸收热量, 达到和蒸汽锅炉相同的目的。形成导热油锅炉、热油循环泵、油气分离器、过滤器、用热设备组合而成的封闭系统[4]。形成一整套导热油加热系统, 周而复始, 从而实现热量的连续传递, 满足设备的使用要求。

3 船用导热油锅炉系统的设计

为满足船舶在各种不同工况下, 各个耗热设备的工作要求, 以及在停炉时能够实现系统的维护保养, 整个船用导热油锅炉系统中主要包含了三个部分:供热系统 (船用导热油锅炉) 、重油加热净化系统、以及导热油辅助供油系统。

3.1 船用导热油锅炉

由于船舶在正常航行时, 柴油主机的排气量大, 温度高, 具有大量废热可以回收利用, 为提高船舶动力装置的经济性, 实现节能, 可安装设置废气锅炉, 而在船舶靠港, 和进出口操作时, 由于柴油主机停机或排气不稳定, 所以需要采用燃油辅锅炉为船舶提供热量。因此可将整个锅炉加热系统分为两个系统:锅炉燃油侧和锅炉废气侧。

3.1.1 锅炉燃油侧。燃油侧锅炉利用燃烧器的燃烧来加热管系中的导热油, 以供用热设备使用, 增加燃油侧是为了进行稳定的加热和精确的温度调节。通过热油控制屏能够自动进行加热过程的检测、调整和控制, 可以在锅炉运行过程中, 对热油进出口温压参数进行实时的监控, 提高了锅炉的经济效应和机动性。

3.1.2 锅炉废气侧。废气侧锅炉利用船舶柴油机的排气来加热管系中的导热油, 供用热设备使用, 可以有效的节约能源, 保护环境。

废气锅炉安装在主机排气的出口, 废气锅炉内部是由对流管密集排列而成, 按照换热面积的多少决定对流管的数量和尺寸, 以及排列方式。

3.2 重油加热净化系统

3.2.1 经过导热油锅炉加热后的导热油经导热油循环泵运送到重油舱室分别用来加热沉淀柜和日用柜的舱室, 以便对重质燃油加热, 提升其温度, 降低粘度, 提升流动性, 为重质燃油的驳运, 净化, 燃烧提供基础保证。

3.2.2 而被加热后的重质燃油, 被泵送到主柴油机燃烧之前由于其成分复杂, 需进一步净化处理。燃油进分油机前, 通过分油机加热器39, 使进入分油机的燃油温度几乎保持恒定。系统设置有备用分油机, 与主分油机既能串联也能并联, 还设有备用供油泵, 提高了系统的可靠性。分油机所分的净油进入日用油柜43。在船舶正常航行的情况下, 分油机的分油量将比柴油机的消耗量大一些, 故在吸入口接近日用油柜低部设有溢流管, 可使日用油柜低部温度较低、杂质和水含量较多的燃油引回沉淀柜, 既实现循环分离提高分离效果, 又使分油机的起停次数减少, 延长分油机的使用寿命。

3.3 导热油辅助供油系统

由于船舶不断变化的运行工况, 会影响船用导热油锅炉的供热量, 引起导热油的热胀冷缩情况, 并且为了方便对导热油 (转下页) 锅炉的维护检修保养, 需要船用导热油系统能够满足导热油的补充与泄放要求。因此要要设计一个导热油的辅助供油系统。

3.3.1 当热油循环系统的导热油不足时, 可通过辅助供油系统供油, 注入的导热油, 一部分可直接通过热油循环泵12进入热油循环系统, 另一部分通过齿轮式注油泵4, 通过截止阀3进入膨胀柜1, 进而通过与膨胀柜1相连的油气分离器6补油, 若玻璃平面液面计2显示膨胀柜1的液面过高, 自闭阀关闭, 截止阀打开, 导热油进入储油柜13, 储油柜13的底部渣油可通过定期排污清除, 而部分纯净油品可通过与热油循环泵12相连, 为热油循环系统补油。

3.3.2 当热油循环系统长时间运行后会使一些油品受到污染, 可以排出储藏柜13的一部分导热油, 打开储藏柜13的截止阀, 使油品通过注油泵4从废油管排出。

3.3.3 当导热油锅炉系统出现故障时, 可以将系统中的导热油泵送至膨胀柜, 进而泄放至储油柜进行封存, 以便进行系统维护保修。以上构成了导热油辅助供油系统。

3.4 船用导热油锅炉系统

将上述三个系统 (船用导热油锅炉, 重油加热净化系统, 导热油辅助供油系统) 进行组合便组成了满足船舶设计需求的船用导热油锅炉系统。如图1所示。

4 结论

本文阐述了船用导热油锅炉的运行原理和运行优点, 并且结合船舶实际情况, 进而设计了导热油锅炉, 重油加热净化系统, 导热油辅助供油系统, 并最终组合成了船用导热油锅炉系统, 为船用导热油锅炉的进一步详细设计做了充分的准备工作。

参考文献

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[3]章开道, 李建良, 张日更.船舶热油系统的利弊及应对措施[J].中国水运.2009 (5) .