平壁炉多层平壁热传导案例分析

摘要：在化工生產中，存在众多热设备，如换热器、加热炉、反应器等。本文以化工生产中常用的平壁加热炉作为例，采用理论计算的方法，分析保温材料对设备热损失的影响，并分析不同保温材料对热损失及各平壁层温度的影响。

关键词：平壁炉;热传导;热导率;热损失

案例：某化工厂所用平壁炉，炉壁用100m厚的耐火材料和外层为200mm厚的建筑材料砌成。两种材料导热系数均未知。设备操作稳定时，平壁炉内壁温度为750℃，设备外壁温度为130℃。为节能减少热损失，现对炉壁进行改造，在建筑材料外包扎一层石棉保温层，保温层厚50mm。改造完成后，经测量得炉内壁温度为750℃，耐火材料与建筑材料界面处温度为650℃，建筑材料与石棉层界面处温度为410℃，石棉保温层外侧测得温度为50℃。（1）根据所测温度，核算改造前后热损失减少百分比;（2）若想将热损失降至原热损失的20%以下，核算设备外壁所包扎石棉保温层的厚度;（3）若将原石棉保温材料换为玻璃棉保温材料，保温厚度不变时，核算更换后该设备热损失百分比。

1、研究热传导的意义

在化工生产中，存在众多热设备，如换热器、加热炉、反应器等。由于部分设备保温较差，导致设备热损失大，热效率低下。为了解决此问题，本文拟以某工厂所用平壁炉为例，对穿过炉体各平壁层的热导速率进行分析，并分析不同热导率的保温材料对设备热损失的影响。

2、影响热传导的因素

在化工生产中，传热是一种最普遍存在的单元操作之一。传热在化工生产中主要应用于以下三方面：（1）对物料进行加热或冷却，使物料达到指定的温度;（2）对不同介质进行换热，以回收潜在热能，优化换热网络，回收热能;（3）对高温设备或低温设备进行保温或保冷，以便减少设备热损失。本案例中，主要考虑对设备进行保温，减少设备热量损失，提高整体热效率。

3 、传热计算

（4）结果分析

根据上述计算结果可知，对于平壁传热，当设备内壁温度不变时，通过增加保温层，可极大减少设备热损失。例如本案例中，通过设备改造包扎50mm保温材料，改造后设备热损失降为改造前的46.78%，极大降低平壁炉热损失，提高热效率。

从计算结果可知，当保温材料不变，通过增加保温厚度，可改善设备保温性能，减少热损失。当保温材料厚度为50mm时，改造后热损失为原热损失的46.78%;当增加保温厚度至213mm后，热损失将为原热损失的20%。

更换保温材料后，在保温材料厚度保持不变下，设备所减少的热损失量由原46.78%，降为74.4%。

对公式3-1分析如下：对于多层平壁定态热传导，各层材料间导热速率Q一致，导热推动力△t=t1-t2与导热速率成正比，材料导热热阻R=b/（λ*A），与导热速率成反比。为减少热损失，应考虑增大材料热阻。为此可增加保温材料厚度，或通过更换低热导率的保温材料，达到节约能效，降低热损失的目的。

4、结束语

在化工生产中，各种因素对传热结果的影响很大，如环境温度、传热形式、设备表面积、传热层壁厚、传热层的热导率等，各种因素对热传导的计算结果影响较大。本案例中仅以某厂对其所用平壁炉进行保温改造为例，计算分析单位传热面积上保温材料厚度及不同保温材料对设备热损失的影响，并通过对计算结果进行分析，探讨各影响因素对传热过程的影响，以便为化工生产过程中，减少设备热损失，降低能耗，提高热效率提供指导方向。

参考文献：

[1] 杨祖荣.北京：化工原理[M].化学工业出版社

[2] 中国石化集团上海工程有限公司.北京：化工工艺设计手册[M].化学工业出版社

作者简介：

陈寅（1986-），男，硕士，工程师，主要从事石油化工工程设计工作。