換熱和冷卻系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第七節(jié) 換熱和冷卻系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)一、 換熱和冷卻的流程設(shè)計(jì)1概述換熱和冷卻工藝流程是油氣集輸工藝流程設(shè)計(jì)的重要組成部分。換熱和冷卻的流程設(shè)計(jì)是要在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，最大限度的回收熱量，也就是考慮如何合理安排換熱流程。在安排換熱流程的同時(shí)，對(duì)溫度等操作條件也應(yīng)隨之加以確定。當(dāng)主要的目的是加熱冷流時(shí)，一般總是先和溫度較低的流體換熱，然后再和溫度較高的流體換熱，這樣總的平均傳熱溫差較高。2介質(zhì)流程確定確定介質(zhì)那一個(gè)走管程，那一個(gè)走殼程，應(yīng)根據(jù)流體性質(zhì)，從有利于傳熱，減少設(shè)備腐蝕，減少壓力降和便于清洗選定。在確定時(shí)應(yīng)考慮以下因素：1）有腐蝕性介質(zhì)走管程，以免走殼程時(shí)換熱器的管程

2、和殼程同時(shí)受腐蝕。2）有毒性的介質(zhì)走管程，泄漏機(jī)會(huì)較少。3）壓力高的介質(zhì)走管程，以免殼體受壓而增加厚度，多耗鋼材，造價(jià)增大。4）不清潔的易于結(jié)垢的介質(zhì)走管程，便于清洗。殼程不便于清洗。5）粘度大或流量小的走管程，因可采用多管程獲得較大的流速，有利傳熱。6）如果兩種介質(zhì)傳熱系數(shù)相差較大時(shí)，宜將膜傳熱系數(shù)高的介質(zhì)走殼程。殼程雷諾數(shù) > 100即為湍流狀態(tài)，可減少壓降。7）在水冷卻器中，一般均為水走管程，被冷卻的介質(zhì)走殼程。8）氣相冷凝走殼程（無(wú)管殼式換熱器的那種折流板）。已有定型的冷凝器，有相變的一方走殼程。3流速流速是換熱器計(jì)算的一個(gè)重要參數(shù)，它影響換熱器的流通面積。增加流速有利于傳熱，同

3、時(shí)也增加了壓降。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在不同的操作條件下確定合理的流速。此外，為了避免由于流速過(guò)高而造成設(shè)備的磨損。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的換熱器內(nèi)的流速范圍可參考表2-3-29的數(shù)據(jù)：表2-3-29 換熱器內(nèi)的參考流速范圍介質(zhì)管程流速（m/s）殼程流速（m/s）循環(huán)水新鮮水低粘度油高粘度油1.0 2.01.0 1.50.8 1.80.5 1.50.5 1.50.5 1.50.4 1.00.3 0.8表2-3-30為不同粘度的液體在換熱器中的最大流速。表2-3-30 不同粘度的液體在換熱器中的最大流速液體粘度（mPa·s）最大流速（m/s）> 15001000 500500 100100 353

4、5 1< 10.60.751.11.51.82.4流速的確定，既要有利于傳熱，又要使換熱器的壓降在合理的范圍內(nèi)。4壓力降對(duì)流體的壓力降，可參考表2-3-31的數(shù)據(jù)：表2-3-31 合理壓力降參考值操作情況操作壓力（kPa）合理壓力降（kPa）負(fù)壓操作低壓操作低壓操作中壓操作高壓操作P = 0 10（A）P = 10 70（G）P = 70 1000（G）P = 1000 3000（G）P = 3000 8000（G）P = P/10P = P/2P = 35P = 35 180P = 70 250在選定具體的換熱器后，要對(duì)流體的壓力降進(jìn)行詳細(xì)核算。5換熱終溫的確定確定換熱終溫實(shí)際就是怎樣

5、合理利用熱源，或某熱能有無(wú)必要回收等，直接影響整個(gè)工藝流程。換熱終溫的確定，影響到熱強(qiáng)度和換熱效率。在熱流進(jìn)口溫度和冷流出口溫度相等的極限情況下，熱量利用的效率即換熱效率雖然最大，但熱強(qiáng)度為最小，需要的傳熱面積為最大。另外在決定換熱終溫時(shí)，一般不希望出現(xiàn)溫度交叉現(xiàn)象，即不希望冷流的出口溫度高于熱流的出口溫度，否則會(huì)出現(xiàn)反熱現(xiàn)象。為合理確定換熱終溫，可參考以下數(shù)據(jù)：見(jiàn)圖2-3-63：1）熱端的溫度差20。2）冷端的溫差分3種情況： 兩種流體換熱時(shí)，在一般情況下端點(diǎn)溫度差20。 T1 熱流 兩種流體換熱時(shí)，若熱流尚需進(jìn)一步冷卻，冷流尚需 t2 T2進(jìn)一步加熱，則冷端的溫度差15。 冷流3 流體用水

6、或其它冷媒冷卻時(shí)，冷端溫度差5。 t13）海水用于冷卻時(shí)溫升10。 圖2-3-63 溫度差計(jì)算示意圖 二、冷換設(shè)備類(lèi)型及其選擇 1冷換設(shè)備的類(lèi)型及適用范圍 海上常用的冷換設(shè)備有：管殼式換熱器、套管式換熱器、平板式換熱器和空冷器。1）管殼式換熱器管殼式換熱器由殼體、管束、管板和封頭等部件構(gòu)成。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在花板上。見(jiàn)圖2-3-64。管殼式換熱器在所有換熱器中使用最廣泛。優(yōu)點(diǎn)是單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積較大，傳熱效果也較好。由于結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍也比較寬廣，故適應(yīng)性較強(qiáng)，操作彈性較大。尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為普遍。圖2-3-64 管殼式換熱器2）套管

7、式換熱器將兩種直徑大小不同的直管裝成同心套管，并可用U形肘管把許多段串連起來(lái)，每一段直管稱(chēng)作一程，即為套管式換熱器。見(jiàn)圖2-3-65。進(jìn)行換熱時(shí)，兩種流體都可達(dá)到較高的流速，從而提高傳熱膜系數(shù)，而且兩流體可始終以逆流方向流動(dòng)，平均溫差亦為最大。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，應(yīng)用靈活，可根據(jù)需要增加或拆減套管段數(shù)。適用于流量不大，所需傳熱面積不多的場(chǎng)合。圖2-3-65 套管式換熱器3）板式換熱器板式換熱器為一組金屬板片構(gòu)成，兩相臨板片的邊緣襯以墊片，冷熱流體交替在板片兩側(cè)流過(guò)，通過(guò)板片進(jìn)行傳熱。見(jiàn)圖2-3-66。板式換熱器具有傳熱效能高、操作靈活性大、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、鋼材耗量少的優(yōu)點(diǎn)；但因板間距小，

8、流通截面較小，流速又不大，因此處理量不大。另外，板翅式換熱器檢修難度較大及對(duì)流體的潔凈度要求高，耐壓能力低于管殼式換熱。板式換熱器通常適用于液液換熱。對(duì)流量小的流體，當(dāng)壓力與溫度較低，推薦選用板式換熱器。海洋平臺(tái)上常被用于冷卻水/海水的換熱系統(tǒng)中。圖2-3-66 板式換熱器4）空冷器空冷器是用空氣來(lái)冷卻通過(guò)管內(nèi)的流體。它由管束、風(fēng)機(jī)、構(gòu)架及百葉窗組成。見(jiàn)圖2-3-67?？绽淦鞲g性較小，壓降小，維護(hù)費(fèi)用低，無(wú)需各種輔助費(fèi)用；但空氣比熱小，傳熱系數(shù)小，傳熱面積大，體積大，成本高，受氣候影響大，噪音大，布置受限制?？绽淦鬟m用于缺少水或水處理昂貴的地區(qū)?？绽淦鬟m于冷凝或冷卻干凈的氣體及輕質(zhì)油品。圖2

9、-3-67 空冷器5）其它型式在海上油田，也有一些其它型式的冷換設(shè)備及加熱方式。 電加熱器電加熱器分為直接加熱型及間接加熱型。 直接加熱型電加熱器直接加熱型電加熱器為電熱原件插到罐體內(nèi)直接與被加熱介質(zhì)接觸。見(jiàn)圖2-3-68。這種加熱方式具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；但由于流體中雜質(zhì)造成局部過(guò)熱而結(jié)集，因此需要抽空清洗，耗費(fèi)維修工時(shí)；另外，對(duì)高壓、危險(xiǎn)性介質(zhì)，端部法蘭密封要求甚高，維修難度大，可靠性較低。圖2-3-68 直接加熱型電加熱器在油氣處理加熱器、燃料氣加熱器、海水、淡水、柴油罐內(nèi)的加熱器，均有用這種方式加熱的電加熱器，如錦州20-2海上平臺(tái)。 間接加熱型電加熱器間接加

10、熱型電加熱器為電熱元件加熱傳熱介質(zhì)（導(dǎo)熱油或水），再由導(dǎo)熱油來(lái)加熱被加熱介質(zhì)。見(jiàn)圖2-3-69。這種加熱方式具有導(dǎo)熱油或水在高溫下不易結(jié)集，安全可靠性高。但由于間接式傳熱線(xiàn)路為：電加熱元件導(dǎo)熱油或水管線(xiàn)被加熱介質(zhì)，其加熱效率低，且導(dǎo)熱油或水需定期更換。圖2-3-69 間接加熱型電加熱器電水浴加熱器即為間接加熱型電加熱器。他是一個(gè)圓筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)件有被加熱盤(pán)管，圓筒內(nèi)充滿(mǎn)了水，電加熱器加熱水的溫度，當(dāng)被加熱介質(zhì)通過(guò)筒體內(nèi)的盤(pán)管時(shí)，由熱水加熱。綏中36-1J區(qū)用的加熱器即為電水浴加熱器。 盤(pán)管式加熱器盤(pán)管式加熱器為在被加熱介質(zhì)中設(shè)熱介質(zhì)（導(dǎo)熱油或蒸汽）加熱管線(xiàn)，對(duì)被加熱介質(zhì)進(jìn)行加熱或維溫。如在油艙等

11、大艙中設(shè)獨(dú)立加熱盤(pán)管，一般布置在舷側(cè)壁和艙底部。在主甲板上有加熱管匯和閥門(mén)，根據(jù)艙溫就地控制閥組的開(kāi)度。在油罐中，管式加熱器一般布置在罐底部。目前FPSO上的油艙均用熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油的盤(pán)管式加熱器進(jìn)行加熱和維溫，如文昌油田的南海奮進(jìn)號(hào)。2國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)管殼式換熱器型號(hào)及表示方法 X X X X X X X/X X I（II） 換熱管級(jí)別：I較高級(jí)冷拔換熱管 II普通級(jí)冷拔換熱管 管程數(shù)換熱管長(zhǎng)度，m / 換熱管外徑，mm 公稱(chēng)換熱面積，m2 公稱(chēng)壓力，MPa 公稱(chēng)直徑，mm 鉤圈式浮頭 殼體型式：E-單程殼體（換熱器或冷凝器） J-無(wú)隔板分流殼體（或冷凝器殼體） 管箱型式：A-平蓋管箱，B-封頭管箱例

12、如：BES6001.6553/192II即為：封頭管箱，公稱(chēng)直徑600mm，管、殼程壓力均為1.6MPa，公稱(chēng)面積55m2，普通級(jí)冷拔換熱管，外徑19mm，管長(zhǎng)3m，2管程，單殼程的浮頭式換熱器。3國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)空冷器型號(hào)及表示方法 X X X X X X/X X 管程數(shù)翅片比/翅片管型式 設(shè)計(jì)壓力，kPa管箱型式 管束換熱面積，m2 翅片管排數(shù) 管束公稱(chēng)尺寸 長(zhǎng)×寬 m 型式：p-水平式管束，x-斜頂式管束，s-濕式管束例如：X4.5×3463.616S23.4/LII即為：斜頂式管束，長(zhǎng)4.5m，寬3m，4排管，換熱面積63.6m2，設(shè)計(jì)壓力為16kg/cm2的絲堵式管箱，翅

13、片比23.4，L型纏繞翅片管，II管程。三、 換熱器和冷卻器的工藝計(jì)算冷換設(shè)備種類(lèi)很多，海上一般為管殼式換熱器、板式換熱器和空氣冷卻器，其中以管殼式換熱器最為普遍，以下對(duì)管殼式換熱器的計(jì)算做簡(jiǎn)單介紹。1確定冷熱流體之間需要交換的熱量QQ = GC（t1 - t2）（2-3-31）式中：Q：冷（熱）流體，通過(guò)換熱器后增加（減少）的熱量，kcal/h；G：冷（熱）流體，通過(guò)換熱器的重量流量，kg/h；C：冷（熱）流體的重量熱容，kcal/kg·；t1、t2：冷（熱）流體進(jìn)、出換熱器的溫度，；2確定換熱器的換熱面積AA = Q （2-3-32）K·T式中：K：冷熱流體之間的總傳熱

14、系數(shù)，kcal/m2·h·；T：平均溫差，。3關(guān)于K值1）基本公式總傳熱系數(shù)K值為各項(xiàng)熱阻的倒數(shù)，即：K = 1 （2-3-33）Ao （ 1 + ri） + rs + ( 1 + ro)Ai i o 式中：Ao： 管外表面積，m2；Ai： 管內(nèi)表面積m2；i：管內(nèi)流體的膜傳熱系數(shù)，kcal/m2·h·；ri： 管內(nèi)流體的結(jié)垢熱阻，m2·h·/kcal；rs： 管壁材料的熱阻（一般金屬管子可忽略不計(jì)），m2·h·/kcal；o：管外流體的膜傳熱系數(shù)，kcal/m2·h·；ro： 管外流體的結(jié)垢熱

15、阻，m2·h·/kcal；如果o及ro以管外表面為基準(zhǔn)可省略Ao/Ai 項(xiàng)。2）主要影響因素從K值的計(jì)算公式上看，管內(nèi)、外膜傳熱系數(shù)及流體的結(jié)垢熱阻是影響K值的主要因素。為了傳遞一定的熱量，當(dāng)所要求的溫差一定時(shí)，為節(jié)省傳熱面積，即降低設(shè)備尺寸，節(jié)省投資，就是通過(guò)提高總傳熱系數(shù)K值來(lái)實(shí)現(xiàn)。K值的提高主要是依靠提高管程與殼程的膜傳熱系數(shù)。當(dāng)介質(zhì)及其操作溫度確定后，提高膜傳熱系數(shù)的唯一手段就是增加流速，但增加了流速就意味著增大壓力降，即節(jié)省了傳熱面積，卻需要花費(fèi)更多的功率。因此在提高傳熱系數(shù)上，K值與壓力降是相互制約的，所以流體的流速不能任意提高。影響K值的另一個(gè)因素是結(jié)垢熱阻。

16、換熱器的管壁在操作中不斷地被污垢所覆蓋，它對(duì)傳熱性能與壓力降都有影響。介質(zhì)情況、操作條件和設(shè)備情況等因素，決定結(jié)垢的快慢、厚度與牢度。一般地說(shuō)：當(dāng)介質(zhì)中含有懸浮物，溶解物及化學(xué)安定性較差的物質(zhì)時(shí)，較易結(jié)垢；當(dāng)流體的流速較低，溫度升高較多，或管壁溫度高于流體溫度較多時(shí)，都比較容易結(jié)垢；當(dāng)管壁比較粗糙，或在結(jié)構(gòu)上有死角時(shí)，較易結(jié)垢。3）總傳熱系數(shù)參考值在估算時(shí)，總傳熱系數(shù)K值可參考表2-3-32。表2-3-32 管式換熱器總傳熱系數(shù)參考值換熱介質(zhì)總傳熱系數(shù)（kcal/m2·h·）原油 / 原油原油 / 熱油原油 / 冷卻水低壓氣體（0.1MPa）/ 冷卻水高壓氣體（2 MPa）

17、 / 冷卻水200 270250 30050 24085410 一般來(lái)講，比重越大，換熱系數(shù)越低；定性溫度越高，換熱系數(shù)越高。4平均溫差的確定1）恒溫傳熱如果換熱器的一側(cè)的流體的溫度保持恒定，另一側(cè)流體的溫度隨著流體的位置而改變。例如，蓄熱式加熱器可以看作是這種傳熱方式。則平均溫差為：Tm = t2 t1（2-3-34）2）逆流傳熱逆流傳熱是冷熱流體的流向相反，以最簡(jiǎn)單的套管式換熱器為例，平均溫差為：Tm = (T1 - t2) - (T2 - t1) （2-3-35） ln (T1 - t2) (T2 - t1)T1、T2和t1、t2分別為熱、冷流體進(jìn)、出換熱器的溫度。 3）順流傳熱順流傳熱

18、是冷熱流體的流向相同，平均溫差為：Tm = (T1 t1) - (T2 t2) （2-3-36） ln (T1 t1) (T2 t2)T1、T2和t1、t2分別為熱、冷流體進(jìn)、出換熱器的溫度。平均溫差還可以用圖查得，見(jiàn)圖2-3-70。 圖2-3-70 對(duì)數(shù)平均溫度差計(jì)算圖4）平均溫度修正系數(shù)F上述各式對(duì)特定的換熱器所求出的總傳熱量有一定的誤差，因此，每一種特定的換熱器都需要一個(gè)特定修正系數(shù)進(jìn)行修正，即：T = F·Tm （2-3-37）F為平均溫度修正系數(shù)，這些校正系數(shù)是通過(guò)查圖來(lái)得到。具體作法見(jiàn)圖2-3-71、圖2-3-72、圖2-3-73、圖2-3-74。F值不得小于0.8，否則

19、一方面在經(jīng)濟(jì)上不合理；另一方面當(dāng)F值在0.7左右時(shí)，如果操作溫度略有變化，F(xiàn)值就可能急劇降低，這樣將影響操作的穩(wěn)定性。因此，當(dāng)F值小于0.8時(shí)，應(yīng)該增加管程數(shù)或殼程數(shù)，或者用幾個(gè)換熱器串聯(lián)；必要時(shí)亦可調(diào)整溫度條件。圖2-3-71 單殼程雙或多管程換熱器的平均溫差校正系數(shù)F 圖2-3-72 兩殼程四或四以上管程換熱器的平均溫差校正系數(shù)F圖2-3-73 三殼程六或六以上管程換熱器的平均溫差校正系數(shù)F圖2-3-74 單通道多平行管程換熱器的平均溫差校正系數(shù)F5空冷器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)基本參數(shù)1）空冷氣總傳熱系數(shù)在估算時(shí)，空冷器總傳熱系數(shù)K值可參考表2-3-33。表2-3-33 空冷器總傳熱系數(shù)參考值換熱介

20、質(zhì)總傳熱系數(shù)（kcal/m2·h·）用于油類(lèi)冷卻：輕油用于氣體冷卻：空氣或煙道氣02atg， P = 14 kPa 27atg， P = 35 kPa烴類(lèi)氣體03.5atg， P = 7 kPa3.514atg，P = 21 kPa14100atg，P = 7 kPa P = 20 kPa P = 34 kPa P = 70 kPa250 3501001501702503003504204602）管排數(shù)國(guó)產(chǎn)系列現(xiàn)有4、6、8三種。管子排數(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)效果影響很大。排數(shù)太少，單位傳熱面積的造價(jià)就高，同時(shí)空氣的溫升較小，需要的風(fēng)量就大；反之如果排數(shù)太多，空氣的壓降就大。對(duì)冷卻過(guò)程，管

21、排數(shù)為4、6、8，一般來(lái)講比重越大管排數(shù)越多；煙氣、冷卻水建議為4。對(duì)冷凝過(guò)程，管排數(shù)為4、6，同樣比重越大管排數(shù)越多；水蒸汽為4。參見(jiàn)表2-3-34。表2-3-34 建議采用關(guān)排數(shù)表類(lèi)別管排數(shù)類(lèi)別管排數(shù)冷卻過(guò)程輕質(zhì)油品輕柴油煙氣4或64或64冷凝過(guò)程水蒸汽輕質(zhì)油塔頂冷凝器44或64或63）管程數(shù)當(dāng)冷卻液體或氣體時(shí)，所選用的程數(shù)要結(jié)合空冷器的型號(hào)、片數(shù)與采用的流速一起來(lái)考慮。選定后的設(shè)備條件一般要使液體流速在0.51 m/s，氣體重量流速在510kg/m2·s；對(duì)冷凝過(guò)程，如果對(duì)數(shù)平均溫差的校正系數(shù)大于0.8，可采用一管程，否則應(yīng)考慮采用兩管程；對(duì)于含不凝氣的部分冷凝過(guò)程，為了提高管

22、內(nèi)膜傳熱系數(shù)，應(yīng)采用兩管程或多管程。管內(nèi)流率、流速與單程管數(shù)及管束規(guī)格的關(guān)系圖見(jiàn)圖2-3-75。4）迎風(fēng)面空氣速度空氣通過(guò)迎風(fēng)面的速度簡(jiǎn)稱(chēng)為迎風(fēng)速；當(dāng)空氣為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，迎風(fēng)面的速度簡(jiǎn)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)速UNF。迎風(fēng)面空氣速度太低時(shí)，影響傳熱速度，從而影響傳熱面積；太高時(shí)影響空氣壓力降，從而影響功率消耗。因此，對(duì)迎風(fēng)面速度需要規(guī)定一定的范圍，最大不超過(guò)3.4m/s，最小不低于1.4 m/s。管排數(shù)少時(shí)，偏其上限，管排數(shù)多時(shí)，偏其下限。參見(jiàn)表2-3-35。表2-3-35 推薦的迎風(fēng)面積及有關(guān)參數(shù)項(xiàng)目單位翅片種類(lèi)管排數(shù)246810表準(zhǔn)迎風(fēng)面速m/s3.152.82.52.32.15光管面積/迎風(fēng)面積m2/

23、m2高翅2.535.067.610.112.63低翅2.95.88.7411.614.5單位迎風(fēng)面的風(fēng)量m3/(hm2)1000090008300單位光管面積空氣每升高1帶走的熱量W/(m2)高翅716428295低翅6233722585）高低翅片的選用翅片面積愈大，折合到光管的空氣膜傳熱系數(shù)也愈高。因此，當(dāng)管內(nèi)膜傳熱系數(shù)較高時(shí)，采用高翅片對(duì)提高總傳熱系數(shù)的效果也愈顯著。建議：當(dāng)管內(nèi)傳熱膜系數(shù) > 1800 kcal/m2·h· 采用高翅片當(dāng)管內(nèi)傳熱膜系數(shù) 10001800 kcal/m2·h· 采用高低翅片均可當(dāng)管內(nèi)傳熱膜系數(shù) 1001000 k

24、cal/m2·h· 采用低翅片當(dāng)管內(nèi)傳熱膜系數(shù) < 100 kcal/m2·h· 采用光管6）對(duì)數(shù)平均溫差及其校正系數(shù)對(duì)數(shù)平均溫差按一般的方法計(jì)算。在計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差之前，需要先知道空氣的出口溫度?？諝獾某隹跍囟瓤砂磮D2-3-76、表2-3-35及表2-3-36每片管束光管面積簡(jiǎn)表試算求得。表2-3-36每片管束光管面積m2寬邊m管排數(shù)長(zhǎng)邊，m34.569翅片種類(lèi)高翅低翅高翅低翅高翅低翅高翅低翅246851324748714871568411464961288612716997145193346840608048729686128170981471

25、96129196257148222296在空冷器中冷流體系按錯(cuò)流的流向流動(dòng)的。錯(cuò)流的對(duì)數(shù)平均溫差，其校正系數(shù)F的求法如圖2-3-77和圖2-3-78。圖2-3-75 管內(nèi)流率、流速與單程管數(shù)及管束規(guī)格關(guān)系圖圖2-3-76 空冷器算圖 圖2-3-77 一管程的F圖 圖2-3-78 二管程的F圖多管程時(shí)：將單管程的F開(kāi)N次方（N為管程數(shù)）。6儲(chǔ)油艙及油罐的加熱維溫系統(tǒng)儲(chǔ)油艙及油罐的原油、污油、污水等的儲(chǔ)存和輸送，一定要保持其流動(dòng)性，也就是說(shuō)要求儲(chǔ)存溫度必須維持在析蠟點(diǎn)或凝點(diǎn)以上。以下以油品為例。油品加熱或維溫的計(jì)算，通常要考慮以下2個(gè)因素： 保持油品溫度在析蠟點(diǎn)以上的正常儲(chǔ)存溫度時(shí)所需要的熱量，也

26、就是油品向外的散熱損失； 將油品從“冷態(tài)”的環(huán)境溫度加熱升溫帶析蠟點(diǎn)以上的正常儲(chǔ)存溫度所需要的熱量，即油品加熱升溫的耗熱量。從理論上說(shuō)，油品在正常儲(chǔ)存溫度下，散熱損失最大而升溫耗熱量為零；但當(dāng)油溫還在環(huán)境溫度下時(shí)，散熱損失最小，為零，而升溫耗熱量最大。實(shí)際上計(jì)算時(shí)，一般都是將最大散熱量加上平均升溫加熱量作為總的耗熱量，來(lái)確定總加熱量。1）加熱器的計(jì)算加熱器的加熱面積為：A = Q （2-3-38） K0 （t1 + t2 ty） 2式中：A：加熱器面積，m2；Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)加熱油品所需的總熱量，W；K0：熱源通過(guò)加熱器對(duì)油品的總傳熱系數(shù)，W/ m2·；t1、t2：熱源進(jìn)、出加熱器的溫

27、度，；ty：油品在加熱過(guò)程中的平均溫度，；2）油品平均溫度ty的計(jì)算當(dāng)tyz ti 2時(shí)，ty用算數(shù)平均法求得，即ty = tyz + tys tys ti 2當(dāng)tyz ti 2時(shí)，ty用對(duì)數(shù)平均法求得，即ty = ti + tyz tys tys ti ln tyz ti tys ti式中：tys：油品加熱起始溫度，；tyz：油品加熱終了溫度，；ti：艙體罐或體周?chē)橘|(zhì)溫度，；3）單位時(shí)間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量Q的計(jì)算 Q = 1 （Q1 + Q2） + Q3（2-3-39） 式中：Q： 單位時(shí)間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量，W；Q1：用于油品升溫的熱量，J；Q1 = Gc（tyz tys）（

28、2-3-40）Q2：融化已凝固部分油品所需的熱量，J； Q2 = Næ G（2-3-41） 100Q3：在加熱過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)散失到周?chē)橘|(zhì)中的熱量，W；Q3 = FK（ty ti）（2-3-42）以上各項(xiàng)式中：加熱總時(shí)間，s；見(jiàn)表2-3-37；G：被加熱油品的總質(zhì)量，kg；c：油品的比熱容，J/ kg·N：凝結(jié)的石蠟在油品中的含量，%；K：油艙總傳熱系數(shù)W/ m2·；æ：石蠟的融解潛熱，kJ/kg；見(jiàn)表2-3-38；F：油艙或油罐總表面積，m2，F(xiàn) = Fa + Fb + Fc + Fd，F(xiàn)為前后隔艙壁面、左右側(cè)面、頂面、底面的面積之和；作為油罐，則F

29、a = Fb； 表2-3-37 油品升溫所需的加熱時(shí)間應(yīng)用條件 h1、tyz tys < 25 2、油罐容積不超過(guò)1000m33、操作周期 > 60 h> 241、tyz tys = 25 30 2、油罐容積為2000或3000m33、操作周期 > 100 h> 361、tyz tys > 25 2、油罐容積等于大于5000m33、操作周期 > 150 h> 48表2-3-38 石蠟融解潛熱æ油品凝固點(diǎn) æ，kj/kg油品凝固點(diǎn) æ，kj/kg-15-10-5051015196.8198.9203.1205.2209

30、.3211.4213.520253035404550217.7219.0219.8221.9224.0226.1228.2綜合前3式，單位時(shí)間內(nèi)加熱油品所需的總傳熱量可表達(dá)為：Q = 1 Gc（tyz tys）+ Næ G + FK（tY ti）（2-3-43） 100 如果未冷卻到凝固點(diǎn)，Q2 = 0又可表示為：Q = 1 Gc（tyz tys） + FK（tY ti）（2-3-44） 如果油品加熱只是為了維溫，則所需的熱量為：Q = FK（tY ti）（2-3-45）4）油艙或油罐總傳熱系數(shù)K值的計(jì)算 油艙總傳熱系數(shù)K值的計(jì)算K = Ka Fa + Kb Fb + KcFc +

31、KdFd （2-3-46） Fa + Fb + Fc + Fd按經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同的傳熱表面（艙的前、后、頂、底、側(cè)等），K取不同的數(shù)值，一般范圍在5.58.5之間。例如新加坡某船廠選用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2-3-39：表2-3-39 油艙傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值前后隔艙壁面 Ka5.5 W/m2·左右側(cè)面 Kb7.1 W/m2·艙頂面 Kc8.5 W/m2·艙底面 Kd7.1 W/m2· 無(wú)保溫層油罐總傳熱系數(shù)作為無(wú)保溫層地上立式油罐，則Ka = Kb，即Ka Fa = Kb Fb。其計(jì)算方法與油艙一樣。油罐傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值可參考表2-3-40：表2-3-40 油罐傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)

32、值罐壁 Ka和Kb4.58.2 W/m2·罐頂 Kc1.22.4 W/m2·罐底 Kd0.35 W/m2·海上油罐需對(duì)罐底傳熱系數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。 保溫油罐總傳熱系數(shù)地上保溫立式油罐的總傳熱系數(shù)求法與上述不保溫油罐相同，只是在計(jì)算罐壁傳熱系數(shù)Kb時(shí)，考慮到保溫層的熱阻比其他熱阻大的多，Kb可近似地由下式求得：Kb （2-3-47） 式中：保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2·，見(jiàn)表2-3-41；：保溫層厚，m；表2-3-41 常用保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)材料名稱(chēng)密度， kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2·玻璃棉氈礦渣棉氈石棉硅藻土泡沫混凝土100 16

33、0130 250< 600400 6000.0407 0.05820.0407 0.06980.0582 0.15110.0900 0.14545）用于油艙盤(pán)管加熱器的導(dǎo)熱油用量計(jì)算 W = Q/CH（ t2 t1）（2-3-48）式中：W：導(dǎo)熱油用量，kg/h；CH：熱油的比熱容，J/ kg·；四、冷換設(shè)備計(jì)算實(shí)例1管殼式換熱器計(jì)算實(shí)例1）已知設(shè)計(jì)參數(shù)熱負(fù)荷：3280 kW體積流量：380 m3/h 介質(zhì)密度：813 kg/m3 (65 )介質(zhì)粘度：原油 3.6 cp (65 ), 3.4 cp (82 )操作壓力：0.6 MPa操作溫度：82 管程介質(zhì)：熱介質(zhì)熱介質(zhì)溫度：T

34、1 = 150 ；T2 = 100 殼程介質(zhì)：原油原油溫度：t1 = 65 ；t2 = 82 2）計(jì)算步驟 平均溫差T：選擇單殼程雙管程換熱器，則有： Tm = (T1 - t2) - (T2 - t1) = 50 ln (T1 - t2) (T2 - t1) P = t2 - t1 = 0.20 T1 - t1 R = T1 - T2 = 2.94 t2 - t1由P和R得：F = 0.94則T = F ×Tm = 47 總傳熱系數(shù)?。篕 = 200 W/m2· 換熱面積：A = Q/(KT) = 349 m2 設(shè)備選型：數(shù)量：2 臺(tái)3）選擇型號(hào)型號(hào)：BES9001.62156/252I2空冷器計(jì)算實(shí)例1）已知設(shè)計(jì)參數(shù)熱負(fù)荷：2.12×106 kcal/h體積流量：42 m3/h 介質(zhì)密度：776 kg/m3（20）操作溫度：165冷卻到55 設(shè)計(jì)氣溫：35 2）計(jì)算步驟 空冷器選擇因接近溫度55-35=20，用空冷器較合適。由表2-3-33估計(jì)K = 350 kcal/m2·h·。 確定管排數(shù)按高低翅片管及管排數(shù)的選用方法，選本空冷器為低翅片管，管排數(shù)為6。已知流率為42 m3/h，查圖2-3-75得當(dāng)流體在管內(nèi)流速在1 m/s時(shí)，可采用PD9×26（VI）的管束，6