化工工藝過(guò)程冷換設(shè)備

1、化工工藝過(guò)程冷換設(shè)備單元操作換熱器的計(jì)算設(shè)備計(jì)算 HTFS ：管殼式換熱器再沸器空冷器加熱爐網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計(jì)算：HEXTRAN工藝過(guò)程計(jì)算：pro nASPENHYSYS二、換熱一加熱或冷卻即熱量傳遞用于換熱的單元操作：間壁式換熱增濕減濕換熱增濕減濕換熱在氣體與液體直接接觸的增濕與減濕過(guò)程中，氣 液之間存在著溫度差、濕度差，因此該過(guò)程同時(shí)存在 傳遞及熱量傳遞。增濕過(guò)程熱液液到氣傳質(zhì)氣液等溫液到氣傳熱液到氣傳質(zhì) 氣到液傳熱出塔的氣體溫度和濕度應(yīng)低于進(jìn)塔的進(jìn)塔的液體溫度和該溫度下的飽和濕度。出塔的液體溫度應(yīng)高于進(jìn)塔氣體的濕球溫度。對(duì)于此單元操作僅用溫度差、濕度濃度差作為過(guò)程的推動(dòng)力來(lái)考慮是不合理的，應(yīng)選

2、用焓作為過(guò)程 的推動(dòng)力傳質(zhì)、傳熱過(guò)程計(jì)算程：同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱過(guò)程，共有3個(gè)傳遞速率方氣相傳熱、液相傳熱、氣相傳質(zhì)在增濕過(guò)程氣相傳質(zhì)阻力取主導(dǎo)作用在減濕過(guò)程氣相傳熱、氣相傳質(zhì)取傳質(zhì)高度最大的間壁式換熱熱 量 傳 遞 的 三 種 基 本 方 式 ： 導(dǎo) 熱 對(duì) 流 輻 射 此類(lèi)換熱設(shè)備種類(lèi)較多：套 管 蛇 管 板 式 管 殼 式管 殼 式 ： 結(jié) 構(gòu) 上 分 ： 浮 頭 U 型 固 定 管 板 等 等用 途 上 分 ： 冷 凝 器再 沸 器 普 通 熱 交 換 器空 冷 器 ： 濕 式干 式板 式二、換熱網(wǎng)絡(luò)在石油、化工生產(chǎn)過(guò)程中，一些工藝物流需要加熱， 而另一些工藝物流需要冷卻，如何合理地將這

3、些物流匹 配在一起，充分利用熱物流去加熱冷物流、提高過(guò)程的 熱回收率，以便盡可能地減少公用工程加熱和冷卻負(fù)荷 是一個(gè)多方案、多目標(biāo)的集成問(wèn)題。換熱網(wǎng)絡(luò)就是確定出這樣的換熱過(guò)程，使它具有最 小的冷換設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，將每一個(gè)過(guò)程物流 由初始溫度到達(dá)指定的目標(biāo)溫度。1. 換熱網(wǎng)絡(luò)的合成物流的圖示方法_1|Hj.i f戶+ 士 I M 1F . 1 . 1 1 17臥* ! 1 1 'L-2. 組合曲線多個(gè)熱過(guò)程物流與多個(gè)冷過(guò)程物流換熱分成假設(shè)干個(gè)溫度區(qū)間，在每個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)把物流的 熱負(fù)荷累加起來(lái)，用一個(gè)具有累加負(fù)荷的虛擬物流代 表該溫度區(qū)間的所有熱或冷物流。3. 換熱網(wǎng)絡(luò)合成目標(biāo)公用

4、工程加熱與冷卻負(fù)荷構(gòu)成換熱網(wǎng)絡(luò)操作費(fèi)用的 主要局部。選擇合理的換熱面積設(shè)備投資費(fèi)用與公用工程 費(fèi)用之和最小為目標(biāo)，來(lái)確定換熱網(wǎng)絡(luò)的最小允許傳熱 溫差 Tmin，然后確定出最小公用工程負(fù)荷，進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)QjFTj X-TmjXKk800 萬(wàn)噸常減壓： Tmin = 20 C A=24000m 280 萬(wàn)噸常壓： Tmin = 18 CA=3500m 2換熱網(wǎng)絡(luò)的操作費(fèi)用占全部費(fèi)用的7080 %。4. 夾點(diǎn)技術(shù)以熱力學(xué)為根底，通過(guò)分析系統(tǒng)中能量流溫位分布,從中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中能量傳遞的“瓶頸此瓶頸點(diǎn)就為“夾點(diǎn)(或稱為“窄點(diǎn)。夾點(diǎn)理論的意義：1) 夾點(diǎn)決定換熱網(wǎng)絡(luò)能量回收能力。2) 夾點(diǎn)處的熱流量為

5、零。如果有熱流量通過(guò)夾點(diǎn)， 就要增大公用工程負(fù)荷。3) 夾點(diǎn)上方不能引入冷卻公用工程，夾點(diǎn)下方不能 引入加熱公用工程。5. 換熱網(wǎng)絡(luò)的電算熱物流與冷物流分別列表，指定夾點(diǎn)、公用工程介質(zhì)，電算匹配 四、管殼式換熱器1. 結(jié) 構(gòu) 特點(diǎn) ： 管 箱 殼 體 后 封 頭 管 束 872. 適 用 范圍 ：固 定 管 板 式 ： 溫差 小 殼 程 壓 力 低 ； 殼程管間結(jié)垢不能清洗U 形管 ： 溫 差 較 大 管 內(nèi) 流體 較 干 凈 管 內(nèi) 可 承受高壓浮 頭 式 ： 適 用 面廣 泛 管 內(nèi) 外 均 可承 受 高 溫 高 壓 管殼式換熱器應(yīng)用中的矛盾：結(jié)構(gòu)的局限性物流的多變性近幾年的開(kāi)展：板 束

6、式 換 熱 器 ：表 面 積 與 體 積 比 小 ，湍 流 強(qiáng) 度 高 無(wú) 死區(qū)螺紋管換熱器：波 紋 管 換 熱 器 ： 與 光 管 比 較 ， K 提 高 50% ， 壓 力 降 增大11.5倍。3. 流 速 的選 擇 ：1傳熱阻力大的一側(cè)來(lái)提高流速，用以增大對(duì)流傳 熱系數(shù)。例如：油水換熱2結(jié)構(gòu)要求：防止設(shè)備的嚴(yán)重磨損針對(duì)不同物系：汽相、液相、粘度、壓力油、水、油漿一般推薦水走管程，適宜流速1.82.4m/s一般油品在管內(nèi)最大流速為2.73.0m/s一 般 殼 程 液 體 的 最 大 流 速 約 為 管 內(nèi) 液 體 流 速 的 一半殼 程 氣 體 的最 大 允 許 流 速 是 根 據(jù) 氣 體

7、 分 子 量、工 作壓 力 選 取 ， 可 從 4.0 36m/s4. 允 許 壓力 降 選 擇 4壓 力 增 加 可 提 高 流 速 ：管 程 折流 板殼程流體Re > 100即湍流 一般Re低走殼程合理5. 管 殼 程 流 體 的 確 定根據(jù)兩流體的操作壓力、溫度、可利用的壓力降、 結(jié)構(gòu)和腐蝕性、以及所需設(shè)備材料。適 于 走 管 程 的 流 體 有 水 和 蒸 汽 或 強(qiáng) 腐 蝕 性 流 體 ；有 毒性流體；容易結(jié)垢的流體；高溫或高壓操作的流體等。粘度 大 的 、 關(guān) 鍵 壓力 降 控 制 的 流 體 應(yīng) 走 殼 程 。6. 結(jié) 垢 系 數(shù) 17產(chǎn)生結(jié)垢原因：固 體 沉 淀 ：鹽 類(lèi)

8、 焦 炭 氧 化 皮 鐵 銹等流速較低局部過(guò)熱管壁粗糙或死角水的硬度增大等等不同溫度、流速結(jié)垢系數(shù)不同7. 換熱終溫盡量防止溫度交叉8. 工藝計(jì)算1) 對(duì)數(shù)平均溫度 th=T1-t2 tc=T2-t1( th/ tc)-1 I < 0.1 Tm=( th+ tc)/2;2有效對(duì)數(shù)平均溫差校正系數(shù)12 tm = F t TmFtv0.82 ,調(diào)整工藝過(guò)程3根本計(jì)算Q=KA tm有效平均溫度 tm9. 設(shè)備計(jì)算要點(diǎn)：1狀態(tài)方程2工藝過(guò)程計(jì)算要準(zhǔn)確3水力學(xué)數(shù)據(jù)要合理4操作經(jīng)驗(yàn)要尊重五、空氣冷卻器以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，橫掠翅片管外使管內(nèi)高 溫工藝介質(zhì)得到冷卻或冷凝的設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約用水、減少水

9、污染、維護(hù)費(fèi)用低、平安 可靠、壽命長(zhǎng)。主要部件：管束 軸流風(fēng)機(jī) 構(gòu)架1. 適用范圍1冷卻流體的入口溫度過(guò)高，且熱負(fù)荷很大2低沸點(diǎn)的介質(zhì)，當(dāng)溫度低于70 C或冷卻到5060 C所取走的熱量不到熱負(fù)荷的7585 %。3高凝固點(diǎn)油品，要在冬季采取特殊措施。4較臟油品不宜采用空冷2. 空氣設(shè)計(jì)溫度指空氣入口的干球溫度。有關(guān)文獻(xiàn)推薦采用當(dāng)?shù)叵募酒骄磕瓴怀^(guò)5天的平均氣溫來(lái)確定。但實(shí)際常常 采用當(dāng)?shù)刈顭嵩碌娜兆罡邭鉁氐脑缕骄担偌由?4C來(lái)確定。3. 熱 流 介 質(zhì) 入 口 溫 度一般控制在120130 C以下。4. 熱 流 介 質(zhì) 出 口 溫 度 與 接 近 溫 度接近溫度指熱流出口溫度與空氣設(shè)計(jì)溫

10、度的差 值。干式空冷器不應(yīng)低于15 C。5. 管 排 數(shù) 與 迎 面 風(fēng) 速管排數(shù)少，空氣溫升小，所需風(fēng)量較大，操作費(fèi)用高；管排數(shù)多，風(fēng)速不能太高，否那么阻力降很大，風(fēng) 機(jī)功率增加。一 般 在 石 油 化 工 裝 置 采 用 4 管 排 較 多 。 迎 面 風(fēng) 速最 大 不 超 過(guò) 3.4m/s ， 最 小 不 低 于 1.4m/s 。6. 管 程 數(shù) 的 選 擇一 般 液 體 流 速 0.5 1.5m/s氣體質(zhì)量流速在510kg/m 2 s對(duì) 于 冷 凝 過(guò) 程 ， FT<0.80 ， 可 采 用 單 管 程 ， 否 那么 應(yīng)考 慮 采 用 兩 管程 或 多 管 程 。六、再沸器1. 工藝過(guò)程h-lTT - 32. 再沸器的類(lèi)型1) 釜式再沸器：汽化率高達(dá)80%以上；布置上需滿 足塔底產(chǎn)品抽出泵灌注頭的需要。2) 熱虹吸式再沸器：臥式 立式汽化率一般540 % ,不能太高，否那么干鍋。別離效率一般小于一塊理論板。當(dāng)汽化率較大時(shí)，又不宜采用釜式再沸器時(shí)，或塔底流體粘度很高時(shí)，往往采用強(qiáng)制循環(huán)式流程。3. 安裝高度釜式再沸器要考慮塔底產(chǎn)品泵的灌注頭；熱虹吸再沸器，由于工藝流體被加熱汽化，形成的 汽液混