加热高温（通用4篇）
加热高温 篇1
陶瓷是湖南省醴陵市的传统支柱产业, 该市制瓷历史悠久, 而作为陶瓷工业的核心设备窑炉也几经变更。从柴窑到煤窑到液化气窑再到天然气窑, 窑炉的变更也见证了陶瓷产业的成长与跨越。2011年9月, 阳东电瓷厂的微波高温辊道窑炉通过试产正式投入使用, 这意味着醴陵市陶瓷产业一场新的“燃料革命”拉开序幕。
微波高温烧结技术是近年日益兴起的新型技术, 是快速烧结的新技术, 相较传统窑炉烧结工艺, 微波烧结工艺具备加热迅速、加热均匀、高效节能、提高材料性能、无环境污染、操作简便容易控制等特点。阳东电瓷厂经过几个月的试验与试产, 窑炉各项操作性能都非常稳定, 工人也能熟练地操作窑炉。
微波高温辊道窑比传统窑炉显得更长一些, 但没有传统窑炉庞大, 就像一条流水线一样。阳东电瓷厂负责人介绍:“由于微波高温烧结技术没有热传导和热辐射过程中的外部损耗, 热利用率更高, 比传统窑炉至少节约能源50%以上, 大幅度降低了生产成本。另外, 由于微波能够不受物体形态、大小限制使得物体均匀受热, 很大程度地提高了烧成合格率。”
陶瓷产业是湖南省醴陵市的传统产业, 面对新形势, 醴陵市陶瓷产业应该如何转型?如何跨越发展?醴陵市给出的答案是“转方式、调结构”, 加速传统产业向高端化、高新化发展, 采用高新技术和先进工艺改造传统产业, 提升传统产业。
加热炉炉管长期高温损伤研究 篇2
随着现代工业迅速发展,在石油化工装置之中,加热炉炉管应用日益广泛。在长期高温环境下,加热炉炉管产生高温损伤,容易发生爆管失效。加热炉炉管的爆管失效不仅给生产单位带来了严重经济损失,更危及到人民的生命和财产安全。所以,加热炉炉管的安全可靠性越来越受到广泛的重视。
1 国内外研究现状及发展趋势
据美国对大量加热装置和弯头损坏情况统计,渗碳直接造成破坏占有突出位置,而渗碳引起的性能恶化间接导致炉管失效例子更多。加热炉管要承受高温、渗碳、热疲劳及结焦的联合作用而造成炉管损伤,影响了加热炉的安全正常运行,制约了现场的生产,降低了经济效益[1]。为此,国内外开展了加热炉炉管渗碳、结焦、热疲劳及渗碳后炉管性能的研究,并在研究的基础上开发了渗碳层检测仪和各种损伤情况下炉管剩余寿命评估方法,确保了加热炉炉管的安全运行。然而有关炉管渗碳的常温、高温下的拉伸试验、冲击试验及常温断裂韧性试验和扫描电子显微分析试验等方面的研究工作有待于继续进行。
2 影响加热炉炉管高温损伤的基本因素
2.1 渗碳造成炉管损伤
在高温下碳原子由碳势高的管内气体向炉管壁扩散的现象称之为渗碳。碳渗入合金材料中将造成组织和成分分布变化。渗碳层中碳浓度分布是不均匀的,渗碳浓度因渗碳层深度而异。渗碳层的厚度由组织上的差异来定,用侵蚀剂可显示出渗碳层与未渗碳区域的分界面[2]。
另外渗碳会使合金的机械性能发生变化,主要是蠕变强度和韧性减小,从而使蠕变断裂和热循环疲劳故障增加。
2.2 蠕变应力造成炉管损伤
炉管长期在高温和应力状态下使用易发生蠕变应力断裂,是常见的问题。在加热炉故障中有很大一部分是蠕变断裂破坏。
2.3 热循环和热疲劳导致炉管损伤
在炉子正常操作期间,热从炉管外部传向内壁,产生由外向内的温度梯度和热应力,炉管上下部温差可达80℃,且炉管为奥氏体合金,热膨胀系数大,热传导率低,容易产生很大的热应力,同时由于管子内壁结焦、管子重力使其弯曲及管子支撑部件调整不当等引起的机械应力,加热炉周期性的升温、烧焦,使炉管产生很大的应力变化周期性变化的应力会导致炉管材料的热疲劳;另一方面,开停炉过程中产生的巨大应力和热冲击又可能造成炉管断裂。
2.4 腐蚀减薄
炉管被腐蚀导致壁厚减薄是普遍存在的,介质油品中含有硫等腐蚀性杂质,与炉管发生电化学反应,腐蚀产物被流动的介质带走,露出新的金属表面,继续被腐蚀。
2.5 炉管外壁高温氧化
炉管在加热炉中服役,在高温条件及炉内含氧环境中不可避免地要发生氧化腐蚀,尤其是距火焰较近的炉管,氧化尤为严重,且迎火面、背火面的氧化速率不同,迎火面的氧化皮厚且疏松,层层剥落,表层有网状裂纹,而背火面的氧化皮薄且致密[3]。由化学分析可知,外氧化皮的主要成分是FeO,而FeO是温度在560℃以上铁的氧化产物,可见炉管的温度很高。
2.6 材质劣化
炉管长期处于高温环境中,过高的温度会导致金相组织发生变化,常见的是珠光体球化,原来存在于珠光体中的细片状渗碳体成了球状,这些弥散的碳化物聚集长大、迁涉,并有新的碳化物从铁素体中析出。将削弱钢的高温强度,特别是钢的冲击韧性值大大降低,即钢材变脆。
3 损伤后炉管材质的恢复性热处理工艺探索
针对其失效的主要原因,试验出最佳的恢复性热处理工艺,初步确定了其恢复性热处理的温度大概是900℃正火20min,750℃回火30min,分别在550℃、650℃、750℃保温。经过热处理后的组织通过显微镜观察和原来新管未失效的组织形同,所以我们可以得出结论高温失效的加热炉炉管是可以通过热处理恢复到原始组织的[4]。
4 结论
总上所述,加热炉炉管在长期高温的工况下,组织发生的改变,原始组织的铁素体和渗碳体,由于高温的影响,珠光体开始球化,使组织改变,致使材料的机械性能和脆性都发生了改变,也就是材料的失效。通过上述的热处理方式是可以把失效的材料的组织恢复到原始组织。在石化企业中,加热炉炉管使用是及其广泛的,所以尽管材料高温失效时复杂的,但是对其进行恢复性热处理还是很有必要的。
摘要：本文叙述了国内外研究现状及发展趋势、影响加热炉炉管高温损伤的基本因素,针对长期高温造成炉管材质的机械性能下降程度、微观组织演化进程及损伤的炉管进行热处理来恢复到原始组织进行了研究分析.
关键词：炉管高温损伤,热处理,组织恢复
参考文献
[1]张克柏.12Cr1MoV炉管鼓胀开裂失效的原因分析[J].齐鲁石油化工,2008,36(1):51-55.
[2]Y.C.He,J.Wang,B.G.Huang,et al,Oilfield Chemistry,1997,14(4):336.
[3]杨峰,于庆波.12Cr1MoV钢高温运行过程中组织和性能的研究[J].现代化工,1985,5(6):26-30.
加热高温 篇3
长庆油田第五采油厂姬五联合站采用4台1600KW真空相变加热炉加热炉对全站集输系统进行加热处理。在2012年对4台加热炉的热效率评定中发现实际平均使用效率82%, 这离公司设计原值85%有一定的距离, 并且不符合公司的考核要求。在这种效率下对设备的安全运行产生了严重的影响, 不仅造成了燃料的极大浪费还增加了单位成本, 对企业的经济效益产生了严重影响。但是传统的“三门一板”操作, 作用局限在仅仅能控制烟气中的含氧量和排烟的温度, 对设备进行修修补补, 在一定程度上难以获得明显的效果。因此提高热炉热效率最有效的途径就是应用新技术。根据目前国内外发展的技术, 厂里的设备主管领导决定采用ZS-1061高温红外线逆辐射涂料对4台加热炉内表面进行喷涂的方法改造加热炉。
二、高温红外线逆辐射的加热原理
1、高温红外线逆辐射涂料的加热技术原理
远红外线以辐射传热的形式对被加热物体进行传热, 因为远红外线本身就是一种能量传递的电磁波, 所以当辐射源的波长与被辐射物的吸收波长一致时, 被加热物吸收了大量的红外线, 使得物体内部的分子和原子产生“共振现象”, 这种强烈的震动和旋转在物质分子吸收了红外辐射后产生了能量的转变, 使晶格和键团产生碰撞, 增大了摩擦, 使物体发热升温。同时, 红外辐射加热的物体, 在红外辐射穿透到的部位, 其温度比表面要高, 因此, 在炉膛使用了高温红外线逆辐射涂料后, 炉内表面吸收热量大量增加, 缩短了加热时间, 提高了升温速度, 从而达到了节能的目的。
2、高温红外线逆辐射涂料对炉膛内有效辐射的影响
有效辐射是指在热交换过程中, 除炉膛内壁自身辐射和来自各方面辐射和反射外, 而离开炉膛内壁与反射的总和。根据热平衡的观点, 炉膛内壁有效辐射的大小取决于来自火焰加热工件和炉膛内壁自身部分的辐射和反射, 而火焰炉热源有效辐射的大小及辐射热流的大小又取决于炉温和黑度, 并且在稳定的状态下, 炉膛内的有效辐射是不变的。当加热炉炉膛内表面涂上高温红外线逆辐射涂料后, 经测试有效辐射率在0.75的基础上提高了120%, 根据斯特藩—玻尔兹曼定律, 在相同的供热前提下, 炉膛温度必然随着炉膛内有效辐射的增加而增加, 炉壁表面的辐射能力与热力学温度的四次方成正比。研究表明, 炉膛内使用高温红外线逆辐射涂料经高温物相变化后, 由于炉内辐射热吸收量的增加, 反射热减少, 使得炉膛内温度有所提高, 一般可以提高1-13%。
三、高温红外线逆辐射涂料在使用情况
1、使用高温红外线逆辐射涂料的优点体现在以下几点:
(1) 涂于表面后会形成一层牢固的涂层, 不仅有耐磨耐腐蚀的作用, 还能有效反射炉膛内的红外热能, 保护炉体。
(2) 涂于炉内后能减少炉外的散热损失和热量损失, 提高热效率, 节省时间。
(3) 层能很好的与基体结合, 形成过度层和涂层的结构, 减少机械冲击和热冲击。
(4) 提高涂料的黑度, 使其在波长2.5-15μm的光谱区间, 发射率都在93%以上, 能稳定处理增黑剂, 提高炉子的寿命。高温远红外辐射节能涂料, 远红外涂料, 远红外辐射涂料, 窑炉、锅炉节能涂料。
(5) 提高锅炉对低质燃料的适应能力。
(6) 使燃料和氧充分接触并扩大炉膛的热容积。
(7) 使炉膛运行稳定化、安全化。
(8) 减少烟气的排烟温度, 节约能耗。
2、使用的效益评估
(1) 可能产生的环境效益估算:
安全无环境污染、促进燃料充分燃烧、增加热量吸收、减少烟气排放带走大量热量, 节能效果显著且耐高温、化学稳定性优良、耐各种气体腐蚀。
(2) 可能产生的经济效益估算:
使用高温红外线逆辐射涂料后, 经测试高温下炉体辐射率由原来的0.6升高到0.9, 延长加温炉内衬寿命30%、节约燃料5%、可缩短升温时间1/10、6台加热炉毛油盘管平均温升4℃左右, 热效率为86%, 提高热效率4%, 达到了改造目的。并且在使用后炉膛结垢烟管堵塞明显减少, 减轻了员工清理的频次, 延长了加热炉的使用寿命。
以每台炉子最低节能5%计算:
姬五联4台炉子额定每小时消耗燃气110m3
每台炉子每小时可节燃气:110X5%=5.5m3
每m3燃气以2元价格计算每年:33726X2=67452元
一次喷涂可使用3年, 除去喷涂成本5万元, 3年可节省燃料费用15.2万
总结
使用该涂料的效果:
1.有效控制燃料分子在炉内完全燃烧, 避免流入烟道中, 从而减少了烟尘排放。
2.该涂料在高温下射出的远红外电磁波具有穿透力强的特点, 不仅能使燃烧的速度加快, 而且能节省时间和能源。
3.炉膛内涂了该涂料后, 提高了涂料的黑度、炉内温度和辐射能量, 从而改变炉内流体的状况, 延长烟气在炉内的停留时间, 产生二次燃烧, 不仅可以降低排烟温度, 还能减少热损失。
4.燃料燃烧时, 温度变化过程中, 通过高温远红外辐射, 能改变分子内部结构并重新排列组合, 增大粉尘颗粒的体积, 气化燃料中的SO2等有害成分。
综上所述, 高温红外线逆辐射涂料与普通技术相比, 具有生产效率高, 增大热辐射率, 减少排烟损失, 减少烟尘和有害物质的排放等优点, 达到环境保护和节约能源的目的。
摘要：概述了高温红外线逆辐射涂料在长庆采油五厂加热炉中的试使用情况, 节能机理、主要性能及使用效益。
加热高温 篇4
1 模糊自适应PID控制器的设计思想
模糊自适应PID控制器[1,2,3]目前有多种结构形式,但其工作原理基本一致。模糊自适应PID控制器的结构如图1所示。
由图1可见,模糊自适应PID控制器由常规PID控制部分和模糊推理两部分组成,模糊推理部分实质就是一个模糊控制器,其输入是偏差e=r(t)-y(t)和偏差变化率undefined,输出是ΔKp,ΔKi,ΔKd。模糊自适应PID是找出PID 3个参数和偏差e、偏差变化率ec之间的模糊关系,在运行中通过不断检测e和ec,根据模糊控制原理对3个参数进行在线修改,以满足不同e和ec时对控制参数的不同要求,从而使被控对象具有良好的动、静态性能。从系统稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面考虑,控制过程对参数的自整定要求为:当偏差|e|较大时,为了加速系统的响应速度,Kp应取的较大,为了避免由于开始时偏差|e|的瞬间变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可范围,Kd应取的较小,为了防止系统响应出现较大的超调,产生积分饱和,应对积分作用加以限制,通常取Ki=0,去掉积分作用;当|e|和|ec|处于中等大小时,为了使系统响应具有较小的超调,Kp应取小一些,Ki取值适当,Kd的取值对系统影响较大,取值要大小适中,以保证系统的响应速度;当|e|较小即接近于稳态值时,为使系统有良好的稳态性能,应增加Kp和Ki的取值,同时为避免系统在稳态值附近出现振荡,并考虑系统的抗干扰性能,Kd的取值相当重要,一般|ec|较小时,Kd取值应该较大些,当|ec|较大时,Kd取值应该较小些。偏差变化量|ec|的大小表明偏差的变化率,|ec|值较大,Kp的取值越小,Ki取值越大。
根据上述在不同偏差及偏差变化下对参数的要求,可以得到PID 3个参数的模糊控制规则表,语言变量E和EC的模糊论域取为[-3,3],ΔKp、ΔKi、ΔKd的模糊论域取为[-2,2],采用Mamdanni推理法,借助MATLAB的模糊工具箱每一对模糊论域上的输入(E,EC)所对应的输出控制量ΔKp、ΔKi、ΔKd,绘出其查询表(ΔKp模糊控制规则见表1,模糊查询见表2)。
在系统软件实现中,将模糊查询表装入单片机控制系统的存储器中,根据偏差E与偏差变化率EC,查找表中相应的值{Ei,ECi},将其代入PID控制器的位置型式可以得到:
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2 硬件电路设计
本系统采用STC89C52作为系统的处理器,其功能模块可划分为:键盘模块、显示模块、温度测量模块、存储模块、复位模块和单片机模块。系统结构图如图2所示。
2.1 LCD显示电路
本系统选用JHD12864液晶显示模块,其电路见图3。它不仅可以显示数字、字符,还可以显示各种图形、曲线及汉字,并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画等复杂功能。JHD12864主要由行驱动器、列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。该模块的典型供电电压值为5V,工作电流为7mA,自带LCD驱动负电源输出,可显示范围为128×64点阵,分为左右两个半屏,每半屏分为8页,每页有64列,每列有8个显示点。对应显示区RAM中的一个字节内容,若要显示该点,只要映射它的字节相应位置1即可。
显示器的E信号由单片机的RD、WR、P2.7引脚生成。RD、WR信号经过与非门U5A后,与P2.7信号再经与非门U5BA、U5CA输出至E端。与非门U5BA、U5CA的作用相当于一个与门,因为一片74LS00有4个与非门,不用增加门芯片即可实现与门功能,减少了门电路芯片的类型。
当单片机访问外部端口时,有P2口、P0口输出端口地址,由RD、WR输出读写控制信号。RD、WR只要有一个输出低电平,经与非门U5A后输出高电平,此时若P2.7引脚输出高电平,则经与非门U5BA、U5CA后输出高电平,即E输入有效电平,因此端口地址的最高位为1。CS2、CS1、R/W、D/I分别由地址信号的A11、A10、A9、A8直接给出,最终系统可以为显示器分配4个端口地址:左屏写数据端口F500H、左屏写指令端口F400H、右屏写数据端口F900H以及右屏写指令端口F800H。
2.2 输出控制电路
温度最终由输出控制电路来实现,这部分电路主要控制强电的通断,实现对温度的控制,通过可控硅调功电路实现。可控硅调功电路就是双向可控硅和加热丝串接在交流电路回路中,在给定周期T内,STC89C52改变可控硅的通断时间便可以改变加热丝的功率,以达到调节温度的目的。可控硅在给定周期T的100%时间内接通时的功率最大。STC89C52在P1.7引脚上产生控制信号,当P1.7引脚上是低电平信号时,光电耦合芯片MOC3022导通,电阻丝开始加热。输出控制电路如图4所示。
2.3 键盘及单片机电路
键盘采用独立式按键接法,此种接法编程简单,可靠性高,单片机电路如图5所示。P0口与显示器的数据口连接。P2口用于提供显示器的端口地址,其中P2.0～P2.3分别与显示器的D/I、R/W、CS2、CS1连接,P2.7、WR、RD用于生成显示器的E信号,P1口接独立式键盘,P1.7输出加热控制信号,P3.2、P3.3用于连接存储器的SDA、SCL引脚。
3 系统的软件实现
利用Keil C51软件[4]开发系统编制了相应的程序,主要由主程序模块(流程见图6,7)、数据采集模块、显示模块、键盘模块、存储模块以及控制算法模块等组成。主程序模块的功能主要是上电后对系统初始化和构建系统整体软件框架,其中初始化包括对单片机的初始化、LCD12864的初始化、定时器的初始化和存储器AT24C64的初始化等,然后进入主循环,判断系统运行键是否按下,若系统运行,则依次调用各个相关模块,循环控制直到系统停止运行,为其余几个模块构建整体框架及初始化工作;数据采集模块将DS18B20转换的数字量采集并储存到存储器中;显示模块是用来显示设定量、当前量、运行时间、对输入功能的显示等;键盘模块实现人机交互数据等;存储模块对每次采集的温度数据实时保存;控制算法模块完成控制系统的模糊PID运算并且输出控制量。根据实际测得的温度,绘制温度变化曲线如图8所示。
4 结束语
在分析了电加热炉特性的基础上,采用模糊自适应PID控制算法,借助MATLAB的模糊工具箱每一对模糊论域上的输入(E,EC)所对应的输出控制量ΔKp、ΔKi、ΔKd绘出查询表,完成了基于单片机的温度控制系统的硬件开发、软件编程与调试等。将该控制方案应用在陶瓷高温电加热炉温度控制系统中,实验设定三段温度曲线控制,结果表明模糊自适应PID控制器具有调节时间短、超调量小的优良特性,实现了预期的目的。
参考文献
[1]李茜,李彬,朱雪丹.模糊自整定PID控制器的设计与仿真[J].化工自动化及仪表,2010,37(3):25~28.
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[3]文定都.电加热炉温控系统的模糊免疫自适应PID控制的研究[J].仪表技术与传感器,2008,(7):22~26.