一种无热阻热管加热炉及加热方法技术领域
本发明涉及一种石化行业的热管加热装置及工艺，特别涉及一种无热阻热管加热炉及加热方法。
背景技术
目前，在我国石化行业生产中，所使用的各种加热炉，大多都采用传统和常规的加热炉结构和加热工艺原理，由此产生了以下低效换热问题：
1. 由于高温蒸汽从换热管下部加热，造成换热面水膜较厚，降低了换热效率；
2. 由于采用普通蒸汽换热形式，换热空间存在着大量空气，相对不导热空气的存在，降低了换热器的换热效果；
3. 空气的存在，降低了相变换热时产生的压力变化量，直接影响加热器内热媒的汽化速度，降低了加热器的吸热能力；
4. 由于传热和冷凝处于同一空间，造成较大热阻，降低了整个换热系统的换热效果；
5. 对于热管技术的利用只是停留在管状热管形式上，由于管状热管结构形式的使用局限性，导致了热管技术运用大打折扣。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种无热阻热管加热炉及加热方法，消除了传统热管高温介质汽与冷凝液处于同一流道而造成热力剪切的热阻损失。
一种无热阻热管加热炉，其技术方案是包括热管介质汽发生器、束流器、介质液回流管、热管换热器、保温层和烟囱，所述的热管介质汽发生器包括火筒、介质腔外壳、前烟箱、烟管、后烟箱，火筒的两端分别设有前烟箱和后烟箱，并且通过烟管连通，火筒、前烟箱、烟管和后烟箱安设在介质腔外壳内腔，前烟箱一侧通过烟囱短接与烟囱连通；
所述的热管换热器包括换热盘管、热管换热器外壳、被加热介质进出口构成，热管换热器外壳内腔设有换热盘管，外侧设有被加热介质进出口；
所述的束流器采用一个或一个以上，束流器的底部连接到热管介质汽发生器，顶部连接到热管换热器，使热管介质汽发生器产生的高温蒸汽直接举升到热管换热器的腔体顶部，形成高温介质汽自上向下对换热盘管冲刷的换热状态；介质液回流管的上端与热管换热器连通，介质液回流管的下端连接热管介质汽发生器的腔体，将冷凝介质液直接送回至热管介质汽发生器。
上述的热管换热器外壳的顶部设有真空压力表、加液阀、真空节制阀和排空阀，在热管换热器外壳的内腔设有蛇形管汇管。
上述的束流器分别与热管换热器外壳和热管介质汽发生器满焊连接，束流器的上端出口设在热管换热器外壳的腔体顶部，束流器的下端进口连接到热管介质汽发生器的顶部。
上述的介质液回流管的上端与热管换热器的底部连通，介质液回流管的下端插到热管介质汽发生器的腔体的近底部，并将插入口满焊连接，使冷凝介质液直接送回至热管介质汽发生器。
上述的换热盘管采用蛇形盘管。
本发明提到的无热阻热管加热炉的加热方法，包括以下步骤：
（a）、通过燃烧器使燃料在热管介质汽发生器的火筒内燃烧产生热辐射和高温烟气，再通过火筒和烟管加热热媒介质而产生高温介质汽，经过换热后的烟气，经烟囱排出；
（b）、高温介质汽通过束流器到达热管换热器腔体顶部，然后自上而下对换热盘管冲刷加热；由于高温介质汽对换热盘管是自上而下的进行冲刷换热，与冷凝液流向同向，推动冷凝液快速流走且提高了相变换热速度；减少了水膜对换热产生的热阻，提高了相变换热强度和效率；
（c）、经热管换热器相变换热后的冷凝液滑落至换热器的底部，在与热管介质汽发生器内液位差的重力作用下，通过介质液回流管快速回至热管介质汽发生器腔体底部，并进行再次汽化换热过程。
本发明的有益效果如下：
1、高效节能：从介质液受热汽化到相变换热后冷凝回流，都处于各自独立的通道中，所以，消除了传统热管高温介质汽与冷凝液处于同一流道而造成热力剪切的热阻损失，节能效果显著；
2、负压运行，安全可靠：负压无热阻热管加热炉是在微负压状态下工作的，所以，生产运行极其安全；
3、热管工艺设计，启动超快：设备从点火开始十几分钟即可投入加热工作，到正常运行只需30分钟。所以，其启动运行展示了热管超快的工作属性；
4、绿色环保，节能降耗：热管的热媒采用无毒的无机水合物，热管效应的高热强度换热性能，使得无热阻热管加热炉具有节省燃料、节省材料的使用特点。即有着绿色环保和节能降耗的社会和经济效益。
5、管理成本低，使用寿命长：负压、相变的工作特性，定性其为非压力容器类的油田专用加热设备，使用无需登记注册和定期检验，且操作管理极其简便。其次，无热阻热管加热炉在长期使用中无需添加热媒。再者，所采用的热媒具有防腐和钝化金属表面作用，在长期的使用中与热媒接触的金属永远完好如初。上述特点决定了无热阻热管加热炉具有管理成本低，使用寿命长的优点。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的截面结构图；
上图中：燃烧器连接法兰1、火筒2、介质腔外壳3、介质液回流管4、前烟箱5、烟管6、束流器7、换热盘管8、热管换热器外壳9、保温层10、真空压力表11、加液阀12、真空节制阀13、排空阀14、蛇形管汇管15、被加热介质进出口16、后烟箱17、烟囱短接18、支座19、烟囱20。
具体实施方式
结合附图1-2，对本发明作进一步的描述：
本发明提到的一种无热阻热管加热炉，包括热管介质汽发生器、束流器7、介质液回流管4、热管换热器、保温层10和烟囱20，所述的热管介质汽发生器包括火筒2、介质腔外壳3、前烟箱5、烟管6、后烟箱17，火筒2的两端分别设有前烟箱5和后烟箱17，并且通过烟管6连通，火筒2、前烟箱5、烟管6和后烟箱17安设在介质腔外壳3内腔，前烟箱5一侧通过烟囱短接18与烟囱20连通，底部设支座19；
上述的热管换热器包括换热盘管8、热管换热器外壳9、被加热介质进出口16构成，热管换热器外壳9内腔设有换热盘管8，外侧设有被加热介质进出口16，其中，换热盘管8采用蛇形盘管；
上述的束流器7根据需要采用一个或一个以上，束流器7的底部连接到热管介质汽发生器，顶部连接到热管换热器，束流器的结构为底部粗上部细，作用包括：一是使高温介质汽通过束流器到达热管换热器腔体顶部，然后自上而下对换热盘管加热；二是连接和支撑热管介质汽发生器和热管换热器。
介质液回流管4的上端与热管换热器连通，介质液回流管4的下端连接热管介质汽发生器的腔体，其作用是：将热管换热器底部的冷凝介质液，引流到介质腔外壳3的底部。
其中，热管换热器的热管换热器外壳9的顶部设有真空压力表11、加液阀12、真空节制阀13和排空阀14，在热管换热器外壳9的内腔设有蛇形管汇管15；
真空压力表11的作用：用来观察和判断加热炉的工作状况。
加液阀12的作用：向加热炉内充装或添加超导介质液。
真空节制阀13的作用：超压时泄压、即时排放不凝气体。
排空阀14的作用：通过真空泵排除无热阻热管加热炉内的空气，以实现无热阻热管加热炉的真空状态。
另外，束流器7分别与热管换热器外壳9和热管介质汽发生器满焊连接，束流器7的上端出口设在热管换热器外壳9的腔体顶部，束流器7的下端进口连接到热管介质汽发生器的顶部。
介质液回流管4的上端与热管换热器的底部连通，介质液回流管4的下端插到热管介质汽发生器的腔体的近底部，并将插入口满焊连接，使冷凝介质液直接送回至热管介质汽发生器。
本发明提到的无热阻热管加热炉的加热方法，包括以下步骤：
（a）、通过燃烧器使燃料在热管介质汽发生器的火筒内燃烧产生热辐射和高温烟气，再通过火筒和烟管加热热媒介质而产生高温介质汽，经过换热后的烟气，经烟囱排出；
（b）、高温介质汽通过束流器到达热管换热器腔体顶部，然后自上而下对换热盘管冲刷加热；由于高温介质汽对换热盘管是自上而下的进行冲刷换热，与冷凝液流向同向，推动冷凝液快速流走且提高了相变换热速度；减少了水膜对换热产生的热阻，提高了相变换热强度和效率；
（c）、经热管换热器相变换热后的冷凝液滑落至换热器的底部，在与热管介质汽发生器内液位差的重力作用下，通过介质液回流管快速回至热管介质汽发生器腔体底部，并进行再次汽化换热过程。
其正常运行实施方法，包括以下步骤：
1、将无热阻热管加热炉与被加热介质流程安装连接完成后，必须检查，确保无热阻热管加热炉的被加热介质和气源流程准确无误。然后，对无热阻热管加热炉进行排空操作，要求腔体内压力≤-0.07 。
2、当无热阻热管加热炉实现要求的真空度后，即可将燃烧器点燃，用气量调节阀控制气量，用烟囱座调节翻版控制烟囱抽吸力，使燃气燃烧充分。十五分钟后，将流程逐渐打开。约三十分钟后，用温度计检测加热炉被加热介质出口的温度，通过调整燃气量使之达到所需温度。
3、无热阻热管加热炉出口温度稳定后，按该气量锁定，加热炉进入稳定工作状态。
4、无热阻热管加热炉在停止工作前，始终处于真空微负压状态下工作，所以，无热阻热管加热炉上的所有考克和阀门不得随意拆卸或更换。否则，无热阻热管加热炉将不能工作。
5、因停电或其它原因造成流程断流时，必须及时关闭气源，严禁干烧无热阻热管加热炉。在巡查中如发现炉火熄灭，必须关闭气源，15分钟后再重新点火。
最后，详述一下本发明的特征：
1、热管效应传热，高效近100%：
① 热管效应换热：本加热系统工艺完全依据热管工艺原理而设计，具有着热管真空超导相变的高效换热优势，凸显热管效应的换热特征。
② 高效相变换热：由于工作腔内处于真空状态，大大减少了空气对相变换热的负面影响，使得相变速度大大提高，同时也为热管介质汽发生器创造了有利条件，即大幅度提升了汽化速度。
③ 传热无热阻：采用了独立的高温介质汽上升通道，不但提升了高温介质汽的上升速度，也消除了传统热管冷凝液与高温介质汽反向流的热损失，即有效提升了加热系统的传热效率。
2、换热形式创新，换热效率提高：对换热盘管自上而下的换热形式，使得高温介质汽与冷凝液产生同流向，较传统二者逆向流换热状态，大大减少了换热膜阻，增加有效换热面，提高了冷凝速度和换热强度，从而，使得热管换热器在相同的相变条件下，有着更高的换热效率。
3、换热形式创新，提高了冷凝液回流速度：由于传热无热阻，使得换热器腔体内保持较高压力，这一压力推动冷凝液的快速回流。
4、新颖的结构设计，促进了系统热力循环速度：综合（1）、（2）、（3）的作用结果，就是全面提升了无热阻热管加热炉的吸热强度、传热速度、相变换热效率、回流速度；使热管效应得到了充分利用和发展。即全面提高了无热阻热管加热炉的热力循环速度——换热效率。