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第6期
-37
釜式蒸发器的优化设计
孙道青,虎攀,杨猛,谭巍,雷林,樊继垚,王聪
(海洋石油工程股份有限公司,天津300461)
[摘要]本文结合釜式蒸发器进行的优化设计,提出了提高换热效率的方法,通过调整换热管规格,換热面积与初步设计
相比减少了77.08%,有效地降低了设备的制造成本。
关键词]换热器;釜式蒸发器;优化设计;传热效率
管壳式换热器是当两种流体存在温差时在内
表1釜式蒸发器设计参数
部传递热量的传热设备叫。通常换热设备在化工
名称
管程
程
炼油装置中的建设费用可达20%~50%。通过合
质
天然气
丙烷
理的设计,提高换热器的传热效率,对提高能源质量流量ks/hr
38363
利用率和减少工厂投资具有重要意义。釜式蒸发入ロ温度で
35
器是管壳式换热器的一种,其壳程上部有较大的
出口温度℃
35
蒸发空间,売程的流体气化后进入上部空间,然し操作压力P。250
135
后从上部出口管路流出。本文以某项目为实例,
对釜式蒸发器进行了优化设计,提出了提高換热2换热器优化
器传热效率的方法
根据初步设计结果,管程的传热膜系数为
1换热器初步设计
669.14W/m2.K,壳程的传热膜系数为1374.02W
m2.K,管程侧传热膜系数较小,因此提高管侧传
某天然气处理厂的式蒸发器,管程为热物
流天然气,壳程为冷物流丙烷。如图1所示。天然
热膜系数是增加换热器传热效率的关键。以下将
采用三种方法来提高换热器的换热效率。
气由管程进入换热器,与液态丙烷进行换热,换
热后天然气温度降至-25℃,丙烷气化,丙烷气体
2.1增加换热器长径比
从换热器顶部排除。
增加换热器的长径比,以满足换热要求的换
热面积与管程的流速关系,如图2
丙烷气体出?
换热而积
天然气出口
天然气入口绵液休入口
31釜式蒸发器示意图
换热器的设计参数如表]。
对换热器进行初步设计,换热器的类型为
换热器长比
BKU?,壳体直径为900mm,蒸发空间直径1200
mm,长度4500mm,换热管采用Φ25×2.5mm,
图2换热器长径比与换热面积及管程流速关系
通过计算,满足工艺换热要求时,共需602根换热作者简介、孙道青(1982-),男,山东南人,大连理工大学
管,换热器面积为222.75m2
化学工艺专业毕业,颋士学位,工艺工程师,主要从事设备工艺计
算和详细设计工作。
石油和化工设备
38-■论文广场
2014年第17卷
随着换热器长径比的增加,管程流速增加,相应变化,在满足换热要求的条件下,売体内径
所需换热器的换热面积减小,长径比为5时,管程与换热面积、管程流速的关系如图5。
流速为3.38m/s,换热面积为22.75m2;长径比为
12.5时,管程流速增加到8.67m/s,换热面积减少
为]40.39m2,换热面积减少36.97%
换积
随着换热器长径比的增加,管程侧传热膜系
稞流速
数与壳程侧传热膜系数均有所变化,如图3。
142
1400
E3
光体内径.
900
鶯程传热系数
亮程传热膜系数
壳体内径与换热面积及管程流速关系
随着壳体内径的减少,管程流速增加,压降
5
换器长径比
随之增加,但壳体内径为700mm和8(
时
图3换热器长径比与传热蟆系数关系
压降均不满足工艺要求,见图6。壳体内径为900
mm时,管程的压降为27.66kPa,满足工艺压降要
从图3可得出,随着管径比的增大,管程侧的求,此时换热器面积为146.31m2。
传热膜系数与壳程侧传热膜系数逐渐接近,长径
比为5时,管程侧传热膜系数是壳程侧传热膜系数
的48.70%:长径比为12.5时,管程侧传热膜系数
-压降kP
是壳程侧传热膜系数的91.48%,已非常接近。长
径比增加,管程压降增加,如图4。换热器管程
侧工艺允许压降为501kPa,长径比为12.5时,管程
压降为39.10kPa。
0.70
壳体内径
图6壳体內径比与管程压降关系
由上述分析可得出,增加换热器的长径比和
增加管程数都能提高换热器的换热效率,增加长
径比优势更加明显。
6
换热器长径比
2.3改变换热管规格
图4换热器长径比与程压降关系
为了能更大地提高釜式蒸发器的换热效率,
将换热管的规格由Φ25×2.5mm换为19×2
2.2增加换热器管程数量
mm,通过调整长径比,得出换热器的长径比与换
将换热器从两管程增加为四管程,壳体内径热面积的关系如图7。
第6期
孙道青等釜式蒸发器的优化设计
换热
管程流速
70
160
0
130
换热器长泾比
换热器长径比
图7换热器(19管子)长径比与换热面积及管程流速关系
图8壳体长径比(19管子)与管程压降关系
随着长径比的增大,管程流速增加,需要的外,利用较小管径的换热管亦能提高换热器的传
换热面积减少,当长径比大于8.33时,换热面积減热效率。本文用提高换热器长径比和换热管规格
小的幅度变小,且管程的压降为47.04kPa,接近的方法,有效提高了釜式蒸发器的传热效率,从
工艺要求的50kPa,如图8。此时换热器的换热面而节省了换热器的制造成本。
积为125.79m2,与用25的换热管相比,效率提
高了11.61%,与初步设计相比换热器面积减少了
◆参考文献
77.08%。
[]钱颂文.换热器设计手册[M]北京:中国石化出版社,
3结束语
2003
[2]潘国昌,郭庆丰.化工设备设计M]北京:清华大学出版
通过上述分析,提高换热器的传热效率的社,1996.
关键是增加相对较小一側的传热膜系数,增加管
[3][美]TEMA.第7版(1992年).化工设备设计中心站.
程的数量和长径比均能提高换热器的传热效率,
且增加长径比相对增加管程数量来说更有效,此收稿日期20140x4修回日期20140411
《橡塑技术与装备》期刊2014年征订启事
《橡塑技术与装备》创刊于1975年,是国内外公开发行的刊物,也是国内唯一以橡塑工艺技术、加工机械、新材料、
新产品及节能环保为重点内容的专业技术期刊。该刊曾在中国石油和化学工业联合会组办的“第六、七届全国石油和化工
行业期刊评选活动”中分获优秀期刊二等奖。
期刊内容以普及和提高橡塑工艺技术与装备的专业技术知识、交流技术经验、传递科学新信息、推广应用科技新成
果,开展橡塑机械理论的探讨与研究,促进橡塑工业的技术进步,提高橡塑工艺和装备人员的技术水平和提高橡塑企业的
管理水平为宗旨。
《橡塑技术与装备》期刊2014年起变更为半月刊,每月上半月为橡胶版,下半月为塑料版。国内刊号CN1-4534/TQ
ISSN1009-797X,邮发代号:2-780,国外发行代号:M1653。每期定价15元,每月两期订价30