石油化工加熱爐的種類用途和主要指標(biāo)

石油化工加熱爐的種類用途和主要指標(biāo)第一頁，共五十四頁，2022年，8月28日1

第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)

一個設(shè)備，具有用耐火材料包圍的燃燒室，利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)(固體或流體)加熱，這樣的設(shè)備叫做“爐子”。工業(yè)上有各種各樣的爐子，如冶金爐、熱處理爐、窯爐、焚燒爐和蒸汽鍋爐等。石油化工加熱爐是其生產(chǎn)過程中的高溫反應(yīng)設(shè)備和高溫加熱設(shè)備。石油化工管式加熱爐主要特征有四點。1.1概述第二頁，共五十四頁，2022年，8月28日2

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管式加熱爐的特征：

（1）被加熱物質(zhì)在管內(nèi)流動，故僅限于加熱氣體和液體。而且，這些氣體或液體通常都是易燃易爆的烴類物質(zhì)，同鍋爐加熱水和蒸汽相比，危險性大，操作條件要苛刻得多。

（2）加熱方式為直接受火式，加熱溫度高，傳熱能力大。

（3）只燒氣體或液體燃料。

（4）長周期連續(xù)運轉(zhuǎn)，不間斷操作，便于管理。

某些爐子往往成為該領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵。第三頁，共五十四頁，2022年，8月28日3

圖1-1

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管式加熱爐第四頁，共五十四頁，2022年，8月28日4

圖1-2第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)5管式加熱爐的四個主要組成部分第五頁，共五十四頁，2022年，8月28日一般石油化工加熱爐的設(shè)計：主要有工藝計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分工作。工藝計算部分的內(nèi)容和目的是根據(jù)工藝要求，確定合適的爐型方案，進(jìn)行燃料燃燒計算；爐子系統(tǒng)熱平衡計算以確定燃料消耗量，進(jìn)行輻射室傳熱計算，以布置與確定輻射傳熱面積；爐子系統(tǒng)煙氣側(cè)的流動阻力和煙囪計算以確定煙氣抽引裝置。必要時亦須對工藝物料的阻力進(jìn)行核算。結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容是根據(jù)爐型方案進(jìn)行總體布置，并確定爐子燃燒裝置、爐用附件等結(jié)構(gòu)。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)6第六頁，共五十四頁，2022年，8月28日

按外形大致上分為以下四類（16類）：箱式爐（6類）、立式爐（6類）、圓筒爐（3類）、大型方爐（1類）。這種劃分法系按輻射室的外觀形狀，而與對流室無關(guān)。所謂箱式爐，顧名思義其輻射室為一“箱子狀”的六面體。與它相比，立式爐的輻射室寬度要窄一些，其兩側(cè)墻的間距與爐膛高度之比約為1：2。圓筒爐、大型方爐的稱呼也按同理而來。第一章

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1.2加熱爐分類（按按外形和用途分）1.2.1按外形分類第七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

圖1-3圖1-4第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)81.箱式爐第八頁，共五十四頁，2022年，8月28日

圖1-5圖1-6第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)1.箱式爐第九頁，共五十四頁，2022年，8月28日9圖1-7圖1-8第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)1.箱式爐第十頁，共五十四頁，2022年，8月28日10

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石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)圖1-9附墻火焰式爐1.箱式爐第十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日11

圖1-10

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石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)2.圓筒爐第十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日12

圖1-11第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)第十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日13第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)大型方爐圖1-12第十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日14

1.2.2按用途分類

按用途管式熱加爐大致分為以下幾類：爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的爐子、加熱液體的爐子、加熱氣體的爐子和加熱氣、液混相流體的爐子。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)15(1)爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的爐子這種爐子管內(nèi)發(fā)生吸熱化學(xué)反應(yīng)。按復(fù)雜程度來說，它代表了加熱爐技術(shù)的最高水平。它分為兩種：

第十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日第一章

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①爐管內(nèi)裝催化劑的，如烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化爐。②爐管內(nèi)不裝催化劑的，如乙烯裂解爐。無論其中哪一種，不光要求從爐子吸熱，而且要滿足管路中各段在化學(xué)反應(yīng)方面的各種條件，如溫度和熱輸入量要求等。第十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日16(2)加熱液體的爐子第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)17這類爐子可分為三種：①管內(nèi)無相變化、單純的液體加熱爐這是把工藝液體預(yù)熱到其沸點以下(如溫水加熱、液相熱載體加熱等)使用的爐子。它加熱的終溫低，管內(nèi)結(jié)焦和腐蝕也小，操作上的問題較少。第十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日②管內(nèi)進(jìn)口為液相、出口為氣液混相的爐子在生產(chǎn)過程中，往往要求被加工的流體在氣液混相狀態(tài)下進(jìn)入蒸餾塔等，此時使用這種加熱爐。在全部工藝加熱爐中它的數(shù)量最大。對于這種爐子，最重要的是把握住吸熱量、氣化率、壓力降、溫度之間的關(guān)系。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)18第十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日③進(jìn)口為液相、出口全部汽化的爐子這種爐子是反應(yīng)器的進(jìn)料加熱爐，它把液體完全汽化，加熱到一定溫度，然后送入工藝反應(yīng)器。由于反應(yīng)器的操作條件(如催化劑活性等)在運轉(zhuǎn)期中是變化的，這種爐子的操作溫度和壓力等往往變化很大。較之上述①、②兩種，有必要掌握它的變動范圍，以防止裂解和結(jié)炭發(fā)生。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)19第十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日(3)氣體加熱爐如水蒸氣的過熱、工藝氣體的預(yù)熱就使用這種爐子。它多在較高溫度下操作，但因為是純氣相，結(jié)焦的可能性不大。應(yīng)該注意的是當(dāng)氣體量很大時，爐管的路數(shù)很多，必須從結(jié)構(gòu)上保證各路均勻，防止偏流。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)20第二十頁，共五十四頁，2022年，8月28日(4)加熱混相流體的爐子這種爐子常用于加氫精制、加氫裂化等裝置的反應(yīng)器進(jìn)料加熱。由于管內(nèi)流體從爐子入口起就是氣、液混相，較上述純氣體加熱爐更難保證各路流量的均勻，設(shè)計上要更重視管徑、管內(nèi)重量流速、盤管路數(shù)的選取，以及管內(nèi)流動狀態(tài)的判斷和分叉管的配管設(shè)計等。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)21第二十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.2.3爐型選擇的基本原則如何正確選擇上述各種爐型沒有絕對不變的標(biāo)準(zhǔn)，對具體情況要作具體分析。對于圓筒爐、橫管立式爐和立管箱式爐等三種基本爐型，其技術(shù)指標(biāo)的對比如表1一1所示。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)22第二十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日表1一1基本爐型對比表

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石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)23①:包括水平抽管場地面積。項目圓筒爐(中問不排管)橫管立式爐立管箱式爐(中問排管)爐體占地面積／(m2／MW)金屬材料用量／(t/MW)高鉻鎳合金鋼管架用量／(kg／MW)投資對比適用熱負(fù)荷范圍／Mw輻射室爐管表面平均熱強度／(W／m2)3.5-4.58-2130-170100<3024000-370007.5-9.5①12-15190-230100-15010-3029000-440003-46-8150-20070-90>3024000-37000第二十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日以下原則可供選型時參考：第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)24輻射室用立管有很多優(yōu)點：爐管的支承結(jié)構(gòu)簡單，輻射管架合金鋼用量少；管子不承受由自重而引起的彎曲應(yīng)力；管系的熱膨脹易于處理；爐子旁邊不需要預(yù)留抽爐管所需的空地等.橫管僅在下列特殊情況下才有優(yōu)點：被加熱介質(zhì)容易結(jié)焦或堵塞，爐管要求用帶堵頭的回彎頭連接，以便除焦或清洗；要求管系能完全排空；管內(nèi)為混相狀態(tài)，要求流動平穩(wěn)、可靠等。(1)從結(jié)構(gòu)、制造、投資費用方面考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇輻射室用立管的加熱爐。第二十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日(2)對一般用途的中小負(fù)荷爐子，宜優(yōu)先考慮立式圓筒爐。(3)中國石油化工集團(tuán)公司《石油化工管式爐設(shè)計規(guī)范》(SHJ36-91)在第條中提出了下列意見：a．設(shè)計熱負(fù)荷小于1MW時，宜采用純輻射圓筒爐；b．設(shè)計熱負(fù)荷為l～30MW時，應(yīng)優(yōu)先選用輻射一對流型圓筒爐；c．設(shè)計熱負(fù)荷大于30MW時，應(yīng)通過對比選用爐膛中間排管的圓筒爐、立式爐、箱式或其他爐型；d．被加熱介質(zhì)易結(jié)焦時，宜采用橫管立式爐；第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)25第二十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日e．被加熱介質(zhì)流量小且要求壓降小時，宜采用螺旋管圓筒爐；f．被加熱介質(zhì)流量大，要求壓降小時(如重整爐)，宜采用U形管(或環(huán)形管)加熱爐；g．使用材料價格昂貴的爐管，應(yīng)優(yōu)先選用雙面輻射管排的爐型。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)26第二十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)271.3幾種爐型

介紹1.3.1熱媒爐熱媒爐具有低壓高溫的工作特性，其工作壓力一般低于1MPa，供熱溫度可達(dá)液相350℃或汽相400℃。凡是需要均勻穩(wěn)定地加熱，且不允許火焰直接加熱，而工藝加熱溫度在150℃-380℃之間的各種生產(chǎn)場合，均可采用熱媒爐供熱。某些生活用熱也可由熱媒爐供給。第二十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日其工作原理為：燃料通過燃燒器在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，熱量通過爐管以對流和輻射的形式傳熱給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油在循環(huán)泵的驅(qū)動下通過加熱爐出口進(jìn)入換熱器管程內(nèi)將走殼程的原油加熱后回到循環(huán)泵，通過加熱爐再吸收熱量，如此周而復(fù)始，以導(dǎo)熱油為熱載體(或稱熱媒)實現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)28第二十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日熱媒爐工藝流程如圖1-13所示。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)29圖1-13第二十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.3.2烴類蒸氣轉(zhuǎn)化爐以烴類為原料，用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣，在合成氨、煉油、石油化工、冶金等工業(yè)部門具有特定的地位。煉油廠的制氫爐、甲醇廠的制氫轉(zhuǎn)化爐和合成氨廠的一段轉(zhuǎn)化爐等都屬于烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)30第三十頁，共五十四頁，2022年，8月28日烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐的工作條件比較苛刻，使用的都是耐高溫的含高鎳鉻的合金材料，因此在爐子設(shè)計時要求合理使用爐管及盡量降低對爐管的要求，防止局部過熱，使周向和軸向溫度分布均勻。注意設(shè)計時所選用的爐型、原料、催化劑和操作條件是一個整體。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)31第三十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日1-出口總管2-保溫箱3-出口豬尾管4-懸吊爐頂5-懸掛爐墻6-絕熱耐火墻7-煙道8-燒嘴9-天然氣預(yù)熱器10-廢熱鍋爐11-蒸汽過熱器12-天然氣蒸汽加熱器13-工藝空氣加熱器14-廢熱鍋爐保護(hù)管第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)32圖1-14轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)示意圖第三十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)33烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是伴有傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞和復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的綜合過程，要求傳熱與反應(yīng)必須相適應(yīng)，對于這樣的復(fù)雜反應(yīng)，能夠控制其反應(yīng)的進(jìn)程是關(guān)鍵。第三十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4管式加熱爐的基本構(gòu)成與組成管式加熱爐一般由輻射室、對流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器和通風(fēng)系統(tǒng)等五部分組成，如圖1-15所示。其結(jié)構(gòu)通常包括：鋼結(jié)構(gòu)、爐管、爐墻（內(nèi)襯）、燃燒器、孔類配件等。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)34第三十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日圖1-15管式加熱爐的一般結(jié)構(gòu)第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)35第三十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.1基本結(jié)構(gòu)、爐膛與部件1.4.1.1爐膛與爐墻（爐襯）爐膛是由爐墻、爐頂和爐底圍成的空間，是對物質(zhì)進(jìn)行加熱的地方。爐墻、爐頂和爐底通稱為爐襯，爐襯是加熱爐的關(guān)鍵技術(shù)條件之一。在加熱爐的運行過程中，不僅要求爐襯能夠在高溫和荷載條件下保持足夠的強度和穩(wěn)定性，要求爐襯能夠耐受煙氣的沖刷和侵蝕，而且要求有足夠的絕熱保溫和氣密性能。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)36第三十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日為此，爐襯通常由耐火層、保溫層、防護(hù)層和鋼結(jié)構(gòu)幾部分組成。其中耐火層直接承受爐膛內(nèi)的高溫氣流沖刷和侵蝕，通常采用各種耐火材料經(jīng)砌筑、搗打或澆注形成；保溫層通常采用各種多孔的保溫材料經(jīng)砌筑、敷設(shè)、充填或粘貼形成，其功能在于最大限度地減少爐襯的散熱損失，改善現(xiàn)場操作條件；防護(hù)層通常采用建筑磚或鋼板，其功能在于保持爐襯的氣密性，保護(hù)多孔保溫材料形成的保溫層免于損壞；鋼結(jié)構(gòu)是位于爐襯最外層的由各種鋼材拼焊、裝配成的承載框架，其功能在于承擔(dān)爐襯、燃燒設(shè)施、檢測儀器、爐門、爐前管道以及檢修、操作人員所形成的載荷，提供有關(guān)設(shè)施的安裝框架。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)37第三十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日管式爐的爐墻結(jié)構(gòu)主要有耐火磚結(jié)構(gòu)、耐火混凝土結(jié)構(gòu)和耐火纖維結(jié)構(gòu)。其中耐火磚結(jié)構(gòu)又分為砌磚爐墻、掛磚爐墻和拉磚爐墻。拉磚爐墻是目前應(yīng)用比較廣泛的爐墻，尤其是溫度較高的管式加熱爐，如裂解爐和轉(zhuǎn)化爐。典型的拉磚結(jié)構(gòu)如圖1-16所示。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)38第三十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日圖1-16拉磚爐墻第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)39第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日

1.4.1.2爐管管式爐爐管是物料攝取熱量的媒介。按受熱方式不同可分為輻射爐管和對流爐管，前者設(shè)置于輻射室內(nèi)，后者設(shè)置于對流室內(nèi)。為強化傳熱，對流管往往采用翅片管或釘頭管，其安裝方式多采用水平安裝。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)40第四十頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.1.3鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)是管式爐的承載骨架。管式爐的其它構(gòu)件依附于鋼結(jié)構(gòu)，其基本元件是各種型鋼，通過焊接或螺栓連接構(gòu)成管式爐的骨架。老式管式爐，如方箱爐、斜頂爐等，其鋼結(jié)構(gòu)占整個管式爐投資的比重較小，近代管式爐其鋼結(jié)構(gòu)的投資比例越來越大。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)41第四十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.1.4其它部件管式爐配件較多，主要有看火孔、點火孔、測試孔、爐用人孔、防爆門、吹灰器、煙囪擋板等。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)42第四十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日輻射室內(nèi)的爐管，通過火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行傳熱，以輻射熱為主，故稱之為輻射管。它直接受火焰輻射沖刷，溫度高，其材料要具有足夠的高溫強度和高溫化學(xué)穩(wěn)定性。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)431.4.2輻射室輻射室是加熱爐進(jìn)行熱交換的主要場所，其熱負(fù)荷約占全爐的60％-80％。烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐的反應(yīng)和裂解過程全部由輻射室來完成。第四十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.3對流室對流室是靠輻射室排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行對流傳熱來加熱物料。煙氣以較高的速度沖刷爐管管壁，進(jìn)行有效的對流傳熱，其熱負(fù)荷約占全爐的20％-40％。對流室一般布置在輻射室之上，有的單獨放在地面。為了提高傳熱效果，爐管多采用釘頭管或翅片管。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)44第四十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.4余熱回收系統(tǒng)余熱回收系統(tǒng)用以回收加熱爐的排煙余熱。回收方法有兩類：一類是靠預(yù)熱燃燒空氣來回收，使回收的熱量再次返回爐中；另一類是采用另外的回收系統(tǒng)回收熱量。前者稱為空氣預(yù)熱方式，后者通常用水回收稱為廢熱鍋爐方式?？諝忸A(yù)熱方式有直接安裝在對流室上面的固定管式空氣預(yù)熱器，還有單獨放在地面上的管式空氣預(yù)熱器等型式。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)45第四十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日目前，爐子的余熱回收系統(tǒng)多采用空氣預(yù)熱方式，只有高溫管式爐(烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐)和純輻射爐才使用余熱鍋爐，這類高溫管式爐的排煙溫度較高，安裝余熱回收系統(tǒng)后，爐子的總效率可達(dá)到88％-93％。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)46第四十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.4.5燃燒器燃燒器的作用是完成燃料的燃燒，為熱交換提供熱量。燃燒器由燃料噴嘴、配風(fēng)器、燃燒道三部分組成。燃燒器按所用燃料的不同可分為燃油燃燒器、燃?xì)馊紵骱陀?氣聯(lián)合燃燒器（見圖1-17）。燃燒器性能的好壞，直接影響燃燒質(zhì)量及爐子的熱效率。操作時，特別應(yīng)注意火焰要保持一定的焰形，調(diào)整火嘴盡可能使?fàn)t膛受熱均勻，避免火焰舔爐管，并實現(xiàn)低氧燃燒。要保證燃燒質(zhì)量和熱效率，還必須有可靠的燃料供應(yīng)系統(tǒng)和良好的空氣預(yù)熱系統(tǒng)。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)47第四十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)圖1-17燃燒器結(jié)構(gòu)氣體燃燒器(2008.10).docx第四十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日48通風(fēng)系統(tǒng)的作用是把燃燒用空氣導(dǎo)入燃燒器，將廢煙氣引出爐子。它分為自然通風(fēng)和強制通風(fēng)兩種方式。前者依靠煙囪本身的抽力，后者使用風(fēng)機。第一章

石油化工加熱爐的種類、用途和主要指標(biāo)49

1.4.6通風(fēng)系統(tǒng)過去，絕大多數(shù)爐子都采用自然通風(fēng)方式，煙囪通常安裝在爐頂。近年來，隨著爐子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，爐內(nèi)煙氣側(cè)阻力增大，加之提高爐子熱效率的需要，采用強制通風(fēng)方式日趨普遍。第四十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.5管式加熱爐的主要技術(shù)指標(biāo)1.5.1熱負(fù)荷每臺管式加熱爐單位時間內(nèi)管內(nèi)介質(zhì)吸收的熱量稱為有效熱負(fù)荷，簡稱熱負(fù)荷。管內(nèi)介質(zhì)所吸收的熱量用于升溫、汽化或化學(xué)反應(yīng)。熱負(fù)荷的理論值，可根據(jù)介質(zhì)在管內(nèi)的工藝過程(加熱、化學(xué)反應(yīng))進(jìn)行計