年柴油-原油换热器设计处理量27215105吨年柴油原油换热器设计(编辑修改稿)

年柴油-原油换热器设计处理量27215105吨年柴油原油换热器设计(编辑修改稿)内容摘要：

场合，可满足承压高达 35MPa，承温达 700℃ 的使用要求。 在这些场合，换热器战友的投资占 50％以上。 进入 20 世纪 90 年代以来，随着装置大型化的的发展要求，大型换热器的使用需求增加。 经过 20 年的努力，在传热技术上国内已研制成功的双壳程换热器、大型板壳式换热器，具有强化传热的高效换热器，有效地解决了传热效率低的问题；折流杆换热器的应用有效地克服了管束的振动，延长了管子的寿命，解决了震动损坏，提高了工艺性能，降低了动力消耗，且宜用于 较脏的场合。 板翅式换热器的发展，使换热器的效率提高到新的水平，结构更紧凑。 这种换热器的采用，满足了飞机发动机中间冷却和内燃机车发动机、汽车发动机冷却的需要。 由于具有体积小、重量轻、效率高、可处理两种以上介质的优点，这种换热器迅速在石油化工、乙烯装置中得到推广应用。 在低温场合采用板翅式换热器可减小体积 5～ 15 倍，节约重量 20～ 30 倍以上。 随着铝及铝合金钎焊技术的日趋发展，应用场合及范围将越来越广泛。 新型高效、紧凑式换热器的另一个结构形式 —— 板式换热器及板壳式换热器的应用亦不断得到拓展，由于城市集中供热的需 求，越来越多的板式换热器得到使用，节省了占地面积，节约了金属耗量。 随着城市集中供热规模越来越大，面积小于 1000m使用温度小于 200℃ 、压力小于 的板式换热器已不能使用工的需要。 国产第一台 350m2板壳式换热器，已在中国石油克拉玛依分公司运行；国产 3000m2 板壳式换热器亦即将在中国石油乌鲁木齐石化分公司 40 万吨／年重整装置中应用，结束了我国大型板壳式换热器依赖进口的局面，这一领域技术已达到国际先进水平。 螺旋板式换热器目前在石油、化工、冶金、电力中的应用较普遍，结构上已开发可拆和不可拆两种。 作为紧凑式换热器品种之一，它的主要优点是：占地面积较小，安装方便。 随着人民生活水平的提高，牛奶、果汁、明胶用量越来越大，大型多效板式蒸发器的开发适应了食品加工的发展。 板式蒸发器国内技术已达到国际先进水平，板间大量蒸发降温既要满足杀菌作用，同时要达到浓缩和保证蛋白质的营养。 在化肥、天然气液化、乙烯、煤气化装置中，螺旋绕管式换热器开发于 70 年代，应用于制氧等低温过程中。 螺纹绕管式换热器结构是心筒与外筒之间的换热器之列。 相邻两层螺旋状传热的螺旋方向相反，一般非为单层和多层，可同时处理两种以上介质。 在 氯碱行业及化工行业中强酸、强碱的强腐蚀场合较多，为了有效解决强腐蚀的问题，近油气储运专业课程设计Ⅰ 年来研制成功的列管式石墨换热器、板式石墨换热器、玻璃钢换热器、氯塑料换热器、陶瓷纤维复合换热器等非金属换热器已在耐温、耐压上有所突破，在上述工业装置中得到推广使用。 可处理的介质有盐酸、硫酸、醋酸和磷酸等强腐蚀介质，其传热面积最大可达 1000m2，适用温度可达 800℃ 以内，重量节约 2 倍，耐压可达 ，占地面积节省 31 ~ 41。 随着全球水资源日益紧张，空冷式换热器已在石油、化工、冶金、核能、电力、行业得到大量的应用。 空冷式换热器利用空气作为冷却介质，替代了循环水系统对环境的污染，节能效果非常明显。 常用的空冷式换热器有干式空冷器和湿式空冷器， 90 年代中期以后国内兰州石油机械研究所针对全球气温变暖，环境温度增高，常规空气冷却能力下降的现实，根据凉水塔的原理，开发了表面蒸发时空冷器用于炼油、化工、乙烯、天然气、冶金装置中，可是介质温度冷却至高于环境湿球温度 5℃ ，既节省占地面积 1/2，又节省操作费用 67％，目前已在工业中大量推广使用，一年内收回全部投资。 新世纪开始后，代表国际领先技术水平的板式空冷器研制成功，它结构紧凑、占地面积小、重量轻、换热面积大、压降低、投资低，将在工业装置中起到巨大的作用。 近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能，在提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。 流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。 20世纪 80年代常减压装置的换热器用量在 70台左右， 90年代换热器用量达 90~100台， 90 年代末至今已超过 140 台。 换热器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企业成本降低，效率提高。 油气储运专业课程设计Ⅰ 第二章 设计方案 换热器类型的选择 工业换热器通常按以下诸方面来分类：结构、传热过程、传热面的紧凑程度、所用材料、流动形态、分程情况、流体的相态和传热机理等。 ① 按所有材料分类 一般可把换热器分成金属材料和非金属材料两类。 非金属的换热器主要有陶瓷换热器、塑料换热器、 石墨换热器和玻璃换热器等。 ② 按传热面的特征分类 根据管壳式换热器内传热管表面的形态，可以分为螺纹管换热器、波纹管换热器、异型管换热器、表面多孔管换热器、螺旋扁管换热器、螺旋槽管换热器、环槽管换热器、纵槽管换热器、翅管换热器、螺旋绕管式换热器、翅片管换热器、内插物换热器、锯齿换热器等。 ③ 按流体流动形式分类 根据管壳式换热器内流体流动形式可以分为单程与多程。 单程即流体一次性流过换热器的全称，而多程则是流体经过两次或两次以上往返流经换热器全程。 按流体在换热器内流动的基本方式可分为 并流、逆流和错流三种形式。 这三种流动形式中，逆流相比其他流动方式，在同等条件下换热器的壁画的热应力最小，壁画两侧流体的传热温差最大，因而是优先选用的流动形式。 ④ 按结构特点分类 可分为固定管板式、浮头式、 U 形管式、填料函式、滑动管板式、双管板式、薄管板式等。 要使换热器能在给定的实际条件下很好地运行，必须在熟悉和掌握换热器的结构及其工作特点的基础上，并根据所给定的具体生产工艺条件对换热器进行合理的选型。 在对换热器进行选型时，有诸多因素需要考虑，主要包括流体的性质、压力、温度、压降及其可调范 围；对清洗、维修的要求；材料价格及制造成本；动力消耗费；现场安装和检修的方便程度；使用寿命和可靠性等。 选用标准可总结如下： ① 所选换热器必须满足工艺过程要求。 流体经过换热器换热以后必须能够以要求的参数进入下个工艺过程。 ② 换热器本身必须能够在所要求的工程实际环境下正常工作。 换热器需要能够抗工作环境和介质的腐蚀，并且具有合理的抗结垢性能。 ③ 换热器应容易维护。 这就要求换热器容易清理，对于易腐蚀、强震动等破坏的元件应便于更换，换热器应满足工程实际场地的要求。 ④ 换热器应尽可能地经济。 选用时应综合考虑换热器的制 造成本、安装费用、维护费用等，应使换热器尽可能地经济。 ⑤ 选用换热器时要根据场地的限制考虑换热器的直径、长度、重量和换热器结构等。 本实验两流体温差较大和为了清洗壳程污垢，所以采用浮头式列管换热器。 油气储运专业课程设计Ⅰ 流程的安排 流体通道的选择可参考以下原则进行： （ 1） 不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便于清洗管子； （ 2） 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，而且管内也便于检修和清洗； （ 3） 高压流体宜走管程，以免壳体受压，并且可节省壳体金属的消耗量； （ 4） 饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排出冷凝液，且蒸汽较洁净，不易污染壳程； （ 5） 被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体散热，增强冷却效果； （ 6） 有毒流体宜走管程，以减少流体泄漏； 本设计才 用 浮头式换热器，柴油加热原油，所以，壳程里是原油，因为柴油不易结垢，所以选择管子  油气储运专业课程设计Ⅰ 第三章 换热器的工艺计算 基础物性数据 （ 1） 原油 ：入口温度 70176。 C；出口温度 110176。 C； （ 2）采用 柴油 加热，入口温度 170℃ ，出口温度 124176。 C； （ 3）已知两侧污垢热阻为 ㎡ C/W,管程与壳程两侧降压小于或等于 ，热阻损失5%。 （ 4）相关物性数据： 原油在 90℃ ， 下的 有关 物性数据如下： 物性 密度 ρi （ kg/m3） 定压 比热容 cpi [kJ/(kg℃ )] 粘度 μi （ Pas） 导热系数 λi （ Wm1℃ 1） 原油 815 103 柴油在 147℃ 的物性数据如下： 物性 密度 ρo （ kg/m3） 定压 比 热容 cpo [kJ/(kg℃ )] 粘度 μo （ Pas） 导热系数 λo （ Wm1℃ 1） 柴油 718 103 （ 5）每年按 330 天计，每天 24 小时连续生产。 换热器面积的估计 热负荷 原油的处理量为： 243600 35cW   按原油所需的热量计算：  12 ttPWQ cc  （ 31）   hkJ6103 090  油气储运专业课程设计Ⅰ 平均传热温差 确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式。 柴油的定性温度为：   Co1472124170  原油的定性温度为：   Co90270110  由于两流体温差较大，故选用浮头式列管换热器。 121mtTln tTt （ 32）      0712 411 017 0ln0712 411 017 0 平均传热温差校正 计算逆流平均温差 70110 124170tt 12 21  TTR 701 7 0 701 1 0tT tt 11 12 P 由 R 和 P 查图得：温差校正系数  因 t 故可行 39。 mm ttt   （ 33）   o 传热面积 因 K 值与对流传热系数、污垢热阻等因素有关。 在换热器的直径、流速等参数未确定时，对流传热系数也无法计算，所以初选 K=190  CmW o2 ，则估算面积为： mtKQA （ 34） 油气储运专业课程设计Ⅰ  25 由于两流体温差较大和为了清洗壳程污垢，采用浮头式列管换热器。 初选：公称面积为 ， 管长 L=6m，管数 n=188 ，管程数 Np=4，外壳直径 D=600mm，选择管子尺寸  ,t=32mm。 柴油的用量 tCph  QW （ 35）。