红外辐射涂料在油田加热炉应用的研究

杨锐（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

我国人均资源占有率低，节能降耗是企业生存之本，也是我国发展的重要措施。红外辐射涂料正是适应国家节能降耗的要求。红外辐射涂料是一种在工业上广泛应用的节能涂料，主要应用于加热炉。在强化传热的过程中通过其红外辐射传热的特点，可以有效的提高传热效率，达到节能降耗的目的。

1 红外辐射涂料的原理

热量传递方式包括传导型热传递、对流型热传递、辐射型热传递3种。在高温环境中，如加热炉炉窑内，热传递方式主要是辐射型热传递和对流型热传递[1-2]。辐射型热传递过程中，环境温度变化对辐射型热传递所起的作用有明显影响，随着温度的升高，所起的作用也增大。从红外辐射涂料工作机理上讲，加热炉内热传递以辐射型传递为主，其波长与被加热物体的吸收波长差距较大时，不利于被加热物体对红外能的吸收，当波长一致的时候，会促进吸收，有可能会改变分子运动，使离子能态级发生能级跃迁，增加被加热物体的热量吸收能力[3]。这时辐射的红外波具有较强的穿透力，通过大量实践得出，被红外辐射穿透到的部位温度会比其他部位升温速度快。红外辐射涂料喷涂于加热炉炉窑，其热量利用率明显提高，升温速度快，减少能耗损失。在对流型热传递过程中，传统加热炉通过增加阻热材料厚度，而将红外辐射涂料涂覆在炉体内衬，可将炉内辐射出来的热量反射到炉内受热体上，起到节能作用[4-5]。炉体喷涂红外辐射涂料后受热示意图见图1。

图1 炉体喷涂红外辐射涂料后受热示意图

2 红外辐射涂料的研究进展

红外辐射涂料由粘结剂和起红外作用的基料两部分组成，应用于高温环境，热稳定性较好。研究初期阶段，基料主要成分是锆英砂、碳化硅、氧化锆等，组成方式可以是其中一种或某几种混合而成[6]。目前基料发展趋势是碳化物和金属氧化物粉料的混合发展。金属氧化物粉料包括CuO、CoO、SiO2、Fe2O3等，碳化物主要是石墨。随着复合领域的发展，红外辐射涂料组成范围也在扩大，红外辐射率也在提高。

近年来，红外辐射涂料基料开始选用红外辐射能力较强的过渡金属氧化物材料，如Cr2O3、Ce2O3，800℃时，常见过渡金属氧化物红外辐射率见表1。

表1 800℃时部分过渡金属氧化物红外辐射率

表2 加热炉红外辐射涂料技改测试数据

通过大量实践，发现红外辐射涂料基料选用过渡金属氧化物时，具有较高的红外辐射率，而且不同比例的过渡金属氧化物混合物的红外辐射率比单一过渡金属氧化物的红外辐射率高，如Cr2O3、CuO、Fe2O3、MnO2按1∶1∶2∶6比例混合时，混合后涂料的红外辐射率达到0.88。Cr2O3、Fe2O3、MnO2、Al2O3、SiO2、董青石、釉粉按比重12%、10%、10%、10%、10%、10%、5%混合，剩余33%为Co2O3、CuO、钛铁矿混合，混合后涂料的红外辐射率达到0.9以上。

3 红外辐射涂料现场应用效果

为了分析、评价红外辐射涂料应用效果，某油田现场选取了7台加热炉，对加热炉应用红外辐射涂料前后期现场比对测试，应用的红外辐射涂料主要成分为 Cr2O3、Fe2O3、MnO2、Al2O3、SiO2、董青石、釉粉等。测试前后工期工况符合相关标准、规范，测试仪器仪表在检定合格周期内。按相关标准、规范进行测试，测试数据见表2。

通过测试数据可以看出：应用前，加热炉平均过剩空气系数为2.26；加热炉平均排烟温度为203.14℃；加热炉平均热效率为77.21%。

应用后，加热炉平均过剩空气系数为2.21；加热炉平均排烟温度为183.43℃；加热炉平均热效率为81.47%；应用红外辐射涂料后，加热炉热效率增加4.26%，节气率增加6.90%。

4 结论

1）红外辐射涂料增强了加热炉受热面的辐射吸收率，提高升温速度，提高加热炉效率。

2）红外辐射涂料可以提高节气率，平均节气率达6.90%，节约能源，减少能耗。

3）红外辐射涂料提高了加热炉热效率，由77.21%提高到81.47%。

[1]李贤扬，王世峰，徐东芝，等.NiO对红外辐射涂料中MgAlCrO4晶石产生的影响[J].硅酸盐通报，2015，34（2）：401-404.

[2]赵洪彬，李国林，米淑云.远红外辐射涂料节能原理与应[J].应用能源技术，2006（7）：46-48.

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