海洋石油工藝設計手冊10-換熱和冷卻系統(tǒng)-wenkub
2022-11-14 15:51:07 本頁面
【正文】 度與牢度。當介質(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，卻需要花費更多的功率。℃ /kcal； 如果 α o及 ro以管外表面為基準可省略 Ao/Ai 項?！?/kcal； α o：管外流體的膜傳熱系數(shù)， kcal/m2℃； ri： 管內(nèi)流體的結(jié)垢熱阻， m2 h 三、 換熱器和冷卻器的工藝計算 冷換設備種類很多，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，以下對管殼式換熱器的計算做簡單介紹。在油罐中，管式加熱器一般布置在罐底部。綏中 361J區(qū)用的加熱器即為電水浴加熱器。這種加熱方式具有導熱油或水在高溫下不易結(jié)集，安全可靠性高。這種加熱方式具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點；但由于流體中雜質(zhì)造成局部過熱而結(jié)集，因此需要抽空清洗，耗費維修工時；另外，對高壓、危險性介質(zhì)，端部法蘭密封要求甚高，維修難度大，可靠性較低。 圖 2367 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備及加熱方式。見圖2367。對流 量小的流體，當壓力與溫度較低，推薦選用板式換熱器。見圖 2366。進行換 熱時，兩種流體都可達到較高的流 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，平均溫差亦為最大。由于結(jié)構(gòu)堅固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍也比較寬廣，故適應性較強，操作彈性較大。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在花板上 。 冷流 ⑶ 流體用水或其它冷媒冷卻時，冷端溫度差≦ 5℃。另外在決定換熱終溫時，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，否則會出現(xiàn)反熱現(xiàn)象。 4．壓力降 對流體的壓力降，可參考表 2331 的 數(shù)據(jù)： 表 2331 合理壓力降參考值 操作情況 操作壓力（ kPa） 合理壓力降（ kPa） 負壓操作 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） Δ P = P/10 Δ P = P/2 Δ P = 35 Δ P = 35 ~ 180 Δ P = 70 ~ 250 在選定具體的換熱器后，要對流體的 壓力降進行詳細核算。此外，為了避免由于流速過高而造成設備的磨損。已有定型的冷凝器，有相變的一方走殼程。 6）如果兩種介質(zhì)傳熱系數(shù)相差較大時，宜將膜傳熱系數(shù)高的介質(zhì)走殼程。 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，造價增大。 當主要的目的是加熱冷流時，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。1 第七節(jié) 換熱和冷卻系統(tǒng)工藝設計 一、 換熱和冷卻的流程設計 1．概述 換熱和冷卻工藝流程是油氣集輸工藝流程設計的重要組成部分。 2．介質(zhì)流程確定 確定介質(zhì)那一個走管程，那一個走殼程，應根據(jù)流體性質(zhì)，從有利于傳熱，減少設備腐蝕，減少壓力降和便于清洗 選定。 4）不清潔的易于結(jié)垢的介質(zhì)走管程，便于清洗。殼程雷諾數(shù) 100 即為湍流狀態(tài)，可減少壓降。 3．流速 流速是換熱器計算的一個重要參數(shù)，它影響換熱器的流通面積。 根據(jù)經(jīng)驗確定的換熱器內(nèi)的流速范圍可參考表 2329 的 數(shù)據(jù)： 表 2329 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 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 表 2330 為 不同粘度的液體在換熱器中的最大流速。 5．換熱終溫的確定 確定換熱終溫實際就是怎樣合理利用熱源，或某熱能有無必要回收等，直接影響整個工藝流程。 為合理確定換熱終溫，可參考以下數(shù)據(jù)：見圖 2363： 1）熱端的溫度差≦ 20℃。 t1 3）海水用于冷卻時溫升≦ 10℃。見圖 2364。尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為普遍。由于結(jié)構(gòu)簡 單，能耐高壓，應用靈活，可根據(jù)需要增加或拆減套管段數(shù)。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；但因板間距小，流通截面較小，流速又不大，因此處理量不大。海洋平臺上常被用于冷卻水 /海水的換熱系統(tǒng)中?？绽淦鞲g性較小，壓降小，維護費用低，無需各種輔助費用；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。 ⑴ 電加熱器 電加熱器分為直接加熱型及間接加熱型。 5 圖 2368 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 202 海上平臺。但由于間接式傳熱線路為：電加熱元件→導熱油或水→管線→被加熱介質(zhì)，其加熱效率低，且導熱油或水需定期更換。 ⑵ 盤管式加熱器 盤管式加熱器為在被加熱介質(zhì)中設熱介質(zhì)（導熱油或蒸汽）加熱管線，對被加熱介質(zhì)進行加熱或維溫。 目前 FPSO 上的油艙均用熱介質(zhì)為導熱油的盤管式加熱器進行加熱和維溫，如文昌油田的南海奮進號。 1．確定冷熱流體之間需要交換的熱量 Q Q = GC（ t1 t2） （ 2331） 式中： Q：冷（熱）流體，通過換熱器后增加（減少）的熱量， kcal/h； 7 G：冷（熱）流體，通過換熱器的重量流量， kg/h； C：冷（熱）流體的重量熱容， kcal/kg℃； Δ T：平均溫差，℃。 h h 2）主要影響因素 從 K 值的計算公式上看，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。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。一般地說：當介質(zhì)中含有懸浮物，溶解物及化學安定性較差的物質(zhì)時，較易結(jié)垢；當流體的流速較低，溫度升高較多，或管壁溫度高于流體溫度較多時，都比較容易結(jié)垢；當管壁比較粗糙，或在結(jié)構(gòu)上有死角時，較易結(jié)垢?！妫? 原油 / 原油 原油 / 熱油 原油 / 冷卻水 低壓氣體（ ） / 冷卻水 高壓氣體（ 2 MPa） / 冷卻水 200 ~ 270 250 ~ 300 50 ~ 240 85 410 一般來講，比重越大，換熱系數(shù)越低；定性溫度越高，換熱系數(shù)越高。 3）順流傳熱 順流傳熱是冷熱流體的流向相同，平均溫差為： Δ Tm = (T1 – t1) (T2 – t2) （ 2336） ln (T1 – t1) (T2 –
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