【文章內(nèi)容簡介】 場合，可滿足承壓高達 35MPa，承溫達 700℃ 的使用要求。在這些場合，換熱器戰(zhàn)友的投資占 50％以上。 進入 20 世紀 90 年代以來，隨著裝置大型化的的發(fā)展要求，大型換熱器的使用需求增加。經(jīng)過 20 年的努力，在傳熱技術(shù)上國內(nèi)已研制成功的雙殼程換熱器、大型板殼式換熱器，具有強化傳熱的高效換熱器，有效地解決了傳熱效率低的問題；折流桿換熱器的應(yīng)用有效地克服了管束的振動，延長了管子的壽命，解決了震動損壞，提高了工藝性能，降低了動力消耗，且宜用于 較臟的場合。 板翅式換熱器的發(fā)展，使換熱器的效率提高到新的水平，結(jié)構(gòu)更緊湊。這種換熱器的采用，滿足了飛機發(fā)動機中間冷卻和內(nèi)燃機車發(fā)動機、汽車發(fā)動機冷卻的需要。由于具有體積小、重量輕、效率高、可處理兩種以上介質(zhì)的優(yōu)點，這種換熱器迅速在石油化工、乙烯裝置中得到推廣應(yīng)用。在低溫場合采用板翅式換熱器可減小體積 5～ 15 倍，節(jié)約重量 20～ 30 倍以上。隨著鋁及鋁合金釬焊技術(shù)的日趨發(fā)展，應(yīng)用場合及范圍將越來越廣泛。 新型高效、緊湊式換熱器的另一個結(jié)構(gòu)形式 —— 板式換熱器及板殼式換熱器的應(yīng)用亦不斷得到拓展，由于城市集中供熱的需 求，越來越多的板式換熱器得到使用，節(jié)省了占地面積，節(jié)約了金屬耗量。隨著城市集中供熱規(guī)模越來越大，面積小于 1000m使用溫度小于 200℃ 、壓力小于 的板式換熱器已不能使用工的需要。國產(chǎn)第一臺 350m2板殼式換熱器，已在中國石油克拉瑪依分公司運行；國產(chǎn) 3000m2 板殼式換熱器亦即將在中國石油烏魯木齊石化分公司 40 萬噸／年重整裝置中應(yīng)用，結(jié)束了我國大型板殼式換熱器依賴進口的局面，這一領(lǐng)域技術(shù)已達到國際先進水平。 螺旋板式換熱器目前在石油、化工、冶金、電力中的應(yīng)用較普遍，結(jié)構(gòu)上已開發(fā)可拆和不可拆兩種。 作為緊湊式換熱器品種之一，它的主要優(yōu)點是：占地面積較小，安裝方便。 隨著人民生活水平的提高，牛奶、果汁、明膠用量越來越大，大型多效板式蒸發(fā)器的開發(fā)適應(yīng)了食品加工的發(fā)展。板式蒸發(fā)器國內(nèi)技術(shù)已達到國際先進水平，板間大量蒸發(fā)降溫既要滿足殺菌作用，同時要達到濃縮和保證蛋白質(zhì)的營養(yǎng)。 在化肥、天然氣液化、乙烯、煤氣化裝置中，螺旋繞管式換熱器開發(fā)于 70 年代，應(yīng)用于制氧等低溫過程中。螺紋繞管式換熱器結(jié)構(gòu)是心筒與外筒之間的換熱器之列。相鄰兩層螺旋狀傳熱的螺旋方向相反，一般非為單層和多層，可同時處理兩種以上介質(zhì)。 在 氯堿行業(yè)及化工行業(yè)中強酸、強堿的強腐蝕場合較多，為了有效解決強腐蝕的問題，近油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計Ⅰ 年來研制成功的列管式石墨換熱器、板式石墨換熱器、玻璃鋼換熱器、氯塑料換熱器、陶瓷纖維復合換熱器等非金屬換熱器已在耐溫、耐壓上有所突破，在上述工業(yè)裝置中得到推廣使用?？商幚淼慕橘|(zhì)有鹽酸、硫酸、醋酸和磷酸等強腐蝕介質(zhì)，其傳熱面積最大可達 1000m2，適用溫度可達 800℃ 以內(nèi)，重量節(jié)約 2 倍，耐壓可達 ，占地面積節(jié)省 31 ~ 41 。 隨著全球水資源日益緊張，空冷式換熱器已在石油、化工、冶金、核能、電力、行業(yè)得到大量的應(yīng)用?？绽涫綋Q熱器利用空氣作為冷卻介質(zhì)，替代了循環(huán)水系統(tǒng)對環(huán)境的污染，節(jié)能效果非常明顯。常用的空冷式換熱器有干式空冷器和濕式空冷器， 90 年代中期以后國內(nèi)蘭州石油機械研究所針對全球氣溫變暖，環(huán)境溫度增高，常規(guī)空氣冷卻能力下降的現(xiàn)實，根據(jù)涼水塔的原理，開發(fā)了表面蒸發(fā)時空冷器用于煉油、化工、乙烯、天然氣、冶金裝置中，可是介質(zhì)溫度冷卻至高于環(huán)境濕球溫度 5℃ ，既節(jié)省占地面積 1/2，又節(jié)省操作費用 67％，目前已在工業(yè)中大量推廣使用，一年內(nèi)收回全部投資。新世紀開始后，代表國際領(lǐng)先技術(shù)水平的板式空冷器研制成功，它結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、重量輕、換熱面積大、壓降低、投資低，將在工業(yè)裝置中起到巨大的作用。 近年來國內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。流程優(yōu)化軟件技術(shù)的發(fā)展帶來了換熱器應(yīng)用的增多。 20世紀 80年代常減壓裝置的換熱器用量在 70臺左右， 90年代換熱器用量達 90~100臺， 90 年代末至今已超過 140 臺。 換熱器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效率提高。 油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計Ⅰ 第二章 設(shè)計方案 換熱器類型的選擇 工業(yè)換熱器通常按以下諸方面來分類：結(jié)構(gòu)、傳熱過程、傳熱面的緊湊程度、所用材料、流動形態(tài)、分程情況、流體的相態(tài)和傳熱機理等。 ① 按所有材料分類 一般可把換熱器分成金屬材料和非金屬材料兩類。非金屬的換熱器主要有陶瓷換熱器、塑料換熱器、 石墨換熱器和玻璃換熱器等。 ② 按傳熱面的特征分類 根據(jù)管殼式換熱器內(nèi)傳熱管表面的形態(tài)，可以分為螺紋管換熱器、波紋管換熱器、異型管換熱器、表面多孔管換熱器、螺旋扁管換熱器、螺旋槽管換熱器、環(huán)槽管換熱器、縱槽管換熱器、翅管換熱器、螺旋繞管式換熱器、翅片管換熱器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒換熱器等。 ③ 按流體流動形式分類 根據(jù)管殼式換熱器內(nèi)流體流動形式可以分為單程與多程。單程即流體一次性流過換熱器的全稱，而多程則是流體經(jīng)過兩次或兩次以上往返流經(jīng)換熱器全程。 按流體在換熱器內(nèi)流動的基本方式可分為 并流、逆流和錯流三種形式。這三種流動形式中，逆流相比其他流動方式，在同等條件下?lián)Q熱器的壁畫的熱應(yīng)力最小，壁畫兩側(cè)流體的傳熱溫差最大，因而是優(yōu)先選用的流動形式。 ④ 按結(jié)構(gòu)特點分類 可分為固定管板式、浮頭式、 U 形管式、填料函式、滑動管板式、雙管板式、薄管板式等。 要使換熱器能在給定的實際條件下很好地運行，必須在熟悉和掌握換熱器的結(jié)構(gòu)及其工作特點的基礎(chǔ)上，并根據(jù)所給定的具體生產(chǎn)工藝條件對換熱器進行合理的選型。在對換熱器進行選型時，有諸多因素需要考慮，主要包括流體的性質(zhì)、壓力、溫度、壓降及其可調(diào)范 圍；對清洗、維修的要求；材料價格及制造成本；動力消耗費；現(xiàn)場安裝和檢修的方便程度；使用壽命和可靠性等。 選用標準可總結(jié)如下： ① 所選換熱器必須滿足工藝過程要求。流體經(jīng)過換熱器換熱以后必須能夠以要求的參數(shù)進入下個工藝過程。 ② 換熱器本身必須能夠在所要求的工程實際環(huán)境下正常工作。換熱器需要能夠抗工作環(huán)境和介質(zhì)的腐蝕，并且具有合理的抗結(jié)垢性能。 ③ 換熱器應(yīng)容易維護。這就要求換熱器容易清理，對于易腐蝕、強震動等破壞的元件應(yīng)便于更換，換熱器應(yīng)滿足工程實際場地的要求。 ④ 換熱器應(yīng)盡可能地經(jīng)濟。選用時應(yīng)綜合考慮換熱器的制 造成本、安裝費用、維護費用等，應(yīng)使換熱器盡可能地經(jīng)濟。 ⑤ 選用換熱器時要根據(jù)場地的限制考慮換熱器的直徑、長度、重量和換熱器結(jié)構(gòu)等。 本實驗兩流體溫差較大和為了清洗殼程污垢，所以采用浮頭式列管換熱器。 油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計Ⅰ 流程的安排 流體通道的選擇可參考以下原則進行： （ 1） 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子； （ 2） 腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕，而且管內(nèi)也便于檢修和清洗； （ 3） 高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量； （ 4） 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程； （ 5） 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強冷卻效果； （ 6） 有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏； 本設(shè)計才 用 浮頭式換熱器，柴油加熱原油，所以，殼程里是原油，因為柴油不易結(jié)垢，所以選擇管子 ?? 油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計Ⅰ 第三章 換熱器的工藝計算 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) （ 1） 原油 ：入口溫度 70176。C；出口溫度 110176。C； （ 2）采用 柴油 加熱，入口溫度 170℃ ，出口溫度 124176。C； （ 3）已知兩側(cè)污垢熱阻為 ㎡ C/W,管程與殼程兩側(cè)降壓小于或等于 ，熱阻損失5%。 （ 4）相關(guān)物性數(shù)據(jù)： 原油在 90℃ ， 下的 有關(guān) 物性數(shù)據(jù)如下： 物性 密度 ρi （ kg/m3） 定壓 比熱容 cpi [kJ/(kg℃ )] 粘度 μi （ Pas） 導熱系數(shù) λi （ Wm1℃ 1） 原油 815 103 柴油在 147℃ 的物性數(shù)據(jù)如下： 物性 密度 ρo （ kg/m3） 定壓 比 熱容 cpo [kJ/(kg℃ )] 粘度 μo （ Pas） 導熱系數(shù) λo （ Wm1℃ 1） 柴油 718 103 （ 5）每年按 330 天計，每天 24 小時連續(xù)生產(chǎn)。 換熱器面積的估計 熱負荷 原油的處理量為： 243600 35????cW ? ?? 按原油所需的熱量計算： ? ?12 ttPWQ cc ?? （ 31） ? ?? ?hkJ6103 090?? ??? 油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計Ⅰ 平均傳熱溫差 確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)并選擇列管換熱器的型式。 柴油的定性溫度為： ? ? Co1472124170 ?? 原油的定性溫度為： ? ? Co90270110 ?? 由于兩流體溫差較大，故選用浮頭式列管換熱器。 121mtTln tTt?????? （ 32） ? ? ? ?? ?? ?0712 411 017 0ln0712 411 017 0?? 平均傳熱溫差校正 計算逆流平均溫差 70110 124170tt 12 21 ???? TTR 701 7 0 701 1 0tT tt 11 12 ???P 由 R 和 P 查圖得：溫差校正系數(shù) ??? 因 t?? 故可行 39。mm ttt ????? ? （ 33） ? ? o??? 傳熱面積 因 K 值與對流傳熱系數(shù)、污垢熱阻等因素有關(guān)。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)未確定時，對流傳熱系數(shù)也無法計算，所以初選 K=190 ? ?CmW o?2 ，則估算面積為： mt???KQA （ 34） 油氣儲運專業(yè)課程設(shè)計Ⅰ ? ?25???? 由于兩流體溫差較大和為了清洗殼程污垢，采用浮頭式列管換熱器。 初選：公稱面積為 ， 管長 L=6m，管數(shù) n=188 ，管程數(shù) Np=4，外殼直徑 D=600mm，選擇管子尺寸 ?? ,t=32mm。 柴油的用量 tCph ??? QW （ 35）