火筒式间接加热炉计算软件开发与结构优化设计研究

摘要

火筒式间接加热炉是油气田勘探、开采与集输过程的重要加热装置之一，特别是对于稠油等开采难度大的工艺过程，火筒式间接加热炉的需求量非常多，它的设计与运行情况影响整个油气集输工艺的顺利进行。同时，火筒式间接加热炉也是油气田中主要耗能设备之一，在当前节能减排要求不断提高的背景下，优化火筒式间接加热炉的设计，进一步降低生产运行过程中的燃料消耗量与排烟热损失，提高系统整体热效率成了迫切的需求。本文将对火筒式间接加热炉进行软件开发与结构优化，一方面提高设计效率，使设计人员能从繁琐计算中脱离出来以促进设计水平提升，另一方面通过软件的优化设计模型，为火筒式间接加热炉的设计与改造提供一定参考，并利用软件快速计算的特点，研究相关的敏感性参数对加热炉系统特性影响的变化规律，以提升实际生产中运行操作水平，提高经济效益。全文主要工作可分为以下几部分:
　　(1)根据火筒式间接加热炉的工艺要求与结构特点，分析其中热力与结构参数的计算过程，并建立适用的理论计算模型，制定软件开发的流程框架，结合用户的需求及软件开发对象特性，采用Visual Basic6.0与Microsoft Office混合编程技术，根据模块化设计思路，开发火筒式间接加热炉计算软件，使其能够满足常用火筒式间接加热炉各炉型设计计算与校核计算的需求。
　　(2)利用火筒式间接加热炉软件对西北某油田在役的800kW水套炉进行实例计算，并对原始设计值与软件计算结果进行分析，结果表明两者计算参数误差在5％以内，满足工程设计要求，具有一定的实用价值。
　　(3)建立了火筒式间接加热炉的结构优化计算模型，根据成本最低、重量最小的原则选取换热面积作为优化目标，分别对火筒、烟管与盘管建立有约束条件的优化数学模型，并采用坐标轮换法和基于模式搜索的罚函数法分别对火筒式加热炉不同部件进行优化程序编制，将其置于火筒式间接加热炉软件的优化模块内，并利用软件对算例中的800 kW水套炉进行结构优化，发现火筒与烟管的面积比之前设计值分别减少12.95％，盘管面积减少16.92％，这对设计与改造火筒式间接加热炉具有很大的意义。
　　(4)分析火筒式间接加热炉的系统特性，研究炉内部件的结构类型、敏感性热工参数及变负荷工况下的运行对整个加热炉系统的影响，得出一般性的变化规律，以指导火筒式间接加热炉内的烟管种类、炉体回程数及可变设计参数等选取，并为实际生产操作提供有效的参考。