45萬噸異丁烯資源化利用項目4-1設(shè)備設(shè)計與選型

目錄

第一章?lián)Q熱器............................................................1

1.1才既述..............................................................1

L2分類與特性........................................................1

1.3換熱器選型.......................................................4

1.3.1選型依據(jù)....................................................4

1.3.2選型原則....................................................5

1.4換熱器的選型計算(以E105換熱器為例).........................9

1.5使用SW6-2011詳細計算.........................................19

1.6換熱器選型結(jié)果.................................................29

1.7設(shè)備設(shè)計條件圖.................................................30

第二章塔設(shè)備設(shè)計(T3O3).................................................................................31

2.1塔設(shè)備設(shè)計依據(jù)..................................................31

2.2塔型的選擇......................................................31

2.3塔盤的類型與選擇...............................................34

2.4塔設(shè)備的初步設(shè)計...............................................35

2.5Cup-Tower在塔盤工藝結(jié)構(gòu)計算的運用...........................47

2.6初步設(shè)計結(jié)果...................................................55

2.7塔機械工程設(shè)計.................................................56

2.8最終設(shè)計結(jié)果....................................................65

2.9設(shè)備設(shè)計條件圖.................................................66

第三章儲罐設(shè)計與選型..................................................67

3.1儲罐設(shè)計依據(jù)....................................................67

3.2儲罐類型........................................................67

3.3罐區(qū)設(shè)計的原則.................................................67

3.4原料儲罐的設(shè)計選型.............................................68

3.5產(chǎn)品儲輦的沒計選型.............................................68

3.6輔助材料儲罐的設(shè)計選型.........................................69

3.7回流罐的選型（以301計算）.......................................69

第四章壓縮機選型......................................................70

4.1選型依據(jù)........................................................70

4.2化工裝置對壓縮機的要求.........................................70

4.3化工常見壓縮機的類型和特點....................................71

4.4選項參數(shù)........................................................72

4.5壓縮機的選型結(jié)果...............................................72

第五章泵選型設(shè)計......................................................74

5.1才既述.............................................................74

5.2選用原則........................................................74

5.3典型化工用泵的特點和選用要求..................................77

5.4選型過程（以P-202為例）.......................................77

5.5泵選型結(jié)果.......................................................78

第六章非標準設(shè)備設(shè)計選型..............................................80

6.1塔設(shè)備設(shè)計一覽表...............................................80

6.2儲罐設(shè)計選型一覽表.............................................81

6.3氣液分離器設(shè)計一覽盤...........................................81

6.4.回流罐、混合器、分流器設(shè)計一覽表.............................81

6.5反應(yīng)器設(shè)計一覽表...............................................83

6.6換熱器設(shè)計選型一覽表...........................................83

第七章標準設(shè)備設(shè)計選型................................................88

7.1泵設(shè)計選型一覽表................................................88

7.2壓縮機、風(fēng)機設(shè)備選型一覽表....................................90

第一章?lián)Q熱器

1.1概述

在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡禰換熱器。在換熱

器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度

低，吸熱。在工程實踐中有時也會有兩種以上流體參加換熱的換熱器，但其基

本原理與前一致。

各種類型的換熱器作為工藝過程必不可少的設(shè)備，廣泛用于石油化工、醫(yī)

藥、動力、冶金、交通、制冷、輕工等部門。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源消耗

量不斷增加，能源緊張口成為個世界性問題。為緩和能源緊張的狀況，世界

各國競相采取節(jié)能措施，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，已成為當前工業(yè)生產(chǎn)和人民生活

中一個重要課題。換熱器在節(jié)能技術(shù)改造中具有很重要的作用，表現(xiàn)在兩方面：

一是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量的換熱器，提高這些換熱器效率，顯然可以

減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來回收工業(yè)余熱，可以顯著地提高設(shè)備

的熱效率。

1.2分類與特性

一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、

低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為

耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；銀合金則用于高

溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些己開始用于制作非金屬材料的

耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等C

換熱器按工藝功能分類：

冷卻器：冷卻工藝物流的設(shè)備；

加熱器：加熱工藝物流的設(shè)備；

再沸器：用于蒸發(fā)蒸饋塔底物料的設(shè)備；

冷凝器：蒸饋塔頂物流的冷凝或者反應(yīng)器冷凝循環(huán)回流的設(shè)備；

1

蒸發(fā)器：專門用于蒸發(fā)溶液中水分或者溶劑的設(shè)備；

過熱器：對飽和蒸汽再加熱升溫的設(shè)備；

廢熱鍋爐：由于工藝的高溫物流或者廢氣中回收其熱量而產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備;

換熱器：兩種不同溫度的工藝物流相互進行顯熱交換熱量的設(shè)備。

換熱器按傳熱方式和結(jié)構(gòu)分類：

1、間壁式換熱器

它是化工生產(chǎn)中采用最多的一種，溫度不同的兩種流體隔著液體流過的器

壁傳熱，兩種液體互不接觸，這種傳熱辦法最適用于化工生產(chǎn)。因此，這種類

型換熱器使用十分廣泛，型式多樣，適用于化工生產(chǎn)的幾乎各種條件各種場合。

表14間壁式換熱器的分類與特性

相對耗用金屬量

分類名稱特性

費用/(kg/m2)

使用廣泛，已系列化；殼程不易

清洗；管殼兩物流溫差大于60℃

固定管板式1.030

應(yīng)設(shè)置膨脹節(jié)，最大使用溫差不

應(yīng)大于120℃。

殼程易清洗；管殼兩物料溫差大

浮頭式1.2246

管殼式于120℃;內(nèi)墊片易滲漏。

填料優(yōu)缺點同浮頭式，造價高，不宜

1.28

函式制造大直徑。

制造、安裝方便，造價較低，管

U形管式程耐高壓；但結(jié)構(gòu)不緊湊、管子1.01

不易更換和不易機械清洗。

緊湊、效率高，可多股物料同時

板翅式0.616

換熱，使用溫度不大于150C。

板式螺旋制造簡單、緊湊，可用于帶顆粒

0.650

板式物料，溫位利用好；不易檢修。

傘板式制造簡單、緊湊、成本低、易清0.616

2

洗，使用壓力不大于1.2MPa,,

使用溫度不大于150℃。

緊湊、效率高、易清洗，使用溫

波紋

度不大于150C,使用壓力不大0.6

板式

于L5MPa°

投資和操作費用一般較水冷低，

空冷器維修容易，但受周圍空氣溫度影0.8~1.8

響大。

制造方便、不易堵塞，耗金屬多，

套管式0.8-1.4150

使用面積不宜大于20m2。

管式

制造方便，可用海水冷卻，造價

噴淋

較套管式低，對周圍環(huán)境有水霧0.8-1.160

管式

腐蝕。

制造簡單，占地面積大，一般作

箱管式0.5~0.7100

為出料冷卻。

升降接觸時間短，效率高，無內(nèi)壓降，

膜式濃縮比不大于5。

接觸時間短，適于高黏度、易結(jié)

刮板薄膜式

液膜式

垢物料，濃縮比11?20。

圖■A92.、、受熱時間短，清洗方便，效率高，

薄膜式濃縮比不大于5。

結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱好、成本低、壓

板殼式24

其他型降小，較難制造。

式

高導(dǎo)熱性和導(dǎo)溫性，熱流密度

熱管24

大，制造要求高。

2、蓄熱式換熱器

蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫

3

流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被

加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。

3、流體連接間接式換熱器

流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連

接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體

接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。

4、直接接觸式換熱器

又被稱為混合式換熱器，這種換熱器是兩種流體直接接觸，彼此混合進行

換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。

5、復(fù)式換熱器

兼有汽水面式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換熱方式的設(shè)備。同汽水

面式間接換熱相比，具有更高的換熱效率；同汽水直接混合於熱相比具有較高

的穩(wěn)定性及較低的機組噪音。

1.3換熱器選型

1.3.1選型依據(jù)

《化工設(shè)備設(shè)計全書》

《熱交換器》(GB/T151-2014)

《熱交換器型式與基本參數(shù)第1部分:浮頭式熱交換器》(GB/T28712.1-2012)

《熱交換器型式與基本參數(shù)第4部分:立式熱虹吸式重沸器》

GB/T28712.4-2012

《熱交換器型式與基本參數(shù)第3部分：U形管式熱交換器》

GB/T28712.3-2012

《壓力容器封頭》(GB/T25198-2010)

4

1.3.2選型原則

1.換熱器類型的選擇

根據(jù)本項目的生產(chǎn)工藝的特點，即全流程中公用工程與工藝物流以及工藝

物流之間的換熱溫差均不大，我們選擇管殼式換熱器，管殼式換熱器主要有以

下主要形式：

固定管板式換熱器當冷熱流體溫差不大時，可采用固定管板式換熱器，即

兩塊管板和殼體是連在一起的。特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，但由于殼程不

易清洗或檢修，殼程必須走潔凈且不易結(jié)垢的流體。當兩流體溫差較大時，可

采用具有膨脹節(jié)的殼體。但是不宜用于兩流體溫差過大（一般要＜70℃）和殼程

壓力過高（可通過改變材料、殼體厚度、封頭與管板的設(shè)計來增加其可承受壓

力）的場合。

U形管式換熱器這種換熱器殼程易于清洗，但清洗管子困難，損壞管子難

以調(diào)換，且管板的有效利用率低。

浮頭式換熱器兩端管板只有一端與殼體以法蘭實行固定連接，稱為固定端。

另一端管板不與殼體連接而可相對滑動，稱為浮頭端。因此，管束的熱膨脹不

受殼體的約束，檢修和清洗時只要將整個管束抽出即可。適用于冷熱流體溫差

較大，殼程介質(zhì)腐蝕性強、易結(jié)垢的情況。

本項目物流進行換熱時，要求一種流體與另一種流體進行熱交換而且不允

許混合，就要求在間壁式熱換熱器中進行，冷熱流體被固體傳熱面隔開。通過

用AspenExchangerDesignandRatingV7.2軟件對換熱器進行設(shè)計和校核，本工藝

選用的換熱器均為間壁式換熱器中的固定管板式換熱器。

2.工藝條件的選擇

（1）溫度限制

冷卻水的出口溫度不宜高于60℃,以避免換熱器內(nèi)結(jié)垢即重。高溫端的溫

差不應(yīng)小于20℃,低溫端的溫差分三種考慮：兩物流換熱時，一般情況下端點

溫度不應(yīng)小于20℃；兩物流換熱時，如果熱物流還需進一步換熱冷卻，冷物流

還需進一步換熱加熱，則低溫段的溫度差不應(yīng)小于15℃；流體用水或其他冷媒

5

冷卻時，低溫段溫差不小于5℃。

在確定流體出口溫度時，不能出現(xiàn)溫度交叉現(xiàn)象(熱物流的出口溫度低于

冷流體的出口溫度)。如果工藝流程需要，就采用多臺換熱器串聯(lián)。

在冷卻或者冷凝工藝物流時，冷卻劑的入口溫度應(yīng)高于工藝物流中易結(jié)凍

組分的冰點，一般高5℃o在對反應(yīng)物進行冷卻時，為了控制反應(yīng)，應(yīng)維持反

應(yīng)物流和冷卻劑之間的溫度不低于10℃o

換熱器采用多管程和單管程，且用水作為冷卻劑時，冷卻劑的出口溫度不

應(yīng)高于工藝流體的出口溫度。

在廣東一帶，氣溫14度時河水的溫度會在18?20℃。本項目在廣東茂名石

化工業(yè)園區(qū)，可以用工業(yè)園區(qū)附近的河流作為冷卻水。

(2)壓力降

增加工藝物流流速，可增加傳熱系數(shù)，使換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，但增加流速將

關(guān)系到換熱器的壓力降，使磨蝕和振動破壞加劇等。壓力降增加使動力消耗增

加。在一般情況下，對液體的壓力降一般取0.01~0.1MPa,而氣體的壓力降控

制在0.001?O.OIMPa。應(yīng)盡可能使流態(tài)處于湍流區(qū)，而對于高粘度液體，為避

免壓力降過高，只能在過渡區(qū)或?qū)恿鲄^(qū)操作。

不同操作條件下，換熱器的壓力降要求有一個允許的壓力降范圍。如下表

所示：

表1?2允許的壓力降范圍

工藝流體的壓力/MPa允許壓力降M/MPa

真空0.01

0.1-0.170.004-0.034

>0.17>0.034

表L3建議允許壓力降值

設(shè)備壓力

真空＜0?10.1?0.170.17?1.11.1?3.13.1~8.1

P/MPa

建議允許壓

P/100.005-0.0350.0350.035-0.180.07-0.25

力降/MPa

3.物流的安排

6

（1）一般被加熱流體宜下進上出，被冷卻的流體宜上進下出。冷流體和熱

流體宜選用逆流布置。被冷卻的流體易走殼程。

（2）用蒸汽加熱時，無論對于臥式還是立式換熱器，蒸汽均應(yīng)從上部管口

進入，冷凝水從下部管口排出。飽和蒸汽宜走殼程。

（3）用水冷卻時，無論對于臥式還是立式換熱器，冷卻水均從下部管口進

入，從上部管口排出。這樣一旦供水發(fā)生故障，換熱器內(nèi)仍能保持充液，不至

于排空，損壞上部。冷卻水宜走管程，便于清洗污垢。

（4）干凈的物流宜走殼程，不潔凈、宜堵、易結(jié)垢的流體宜走管程。有腐

蝕性的流體應(yīng)走管程。

（5）壓強高的流體應(yīng)走管程，可降低外殼的材質(zhì)和強度要求。

（6）流速較低的物流宜走殼程，流速較高的物流宜走管程。流量小、粘度

大的流體一般走殼程為宜。

（7）給熱系數(shù)較高的物流宜走管程，給熱系數(shù)較低的物流宜走殼程。

一般來說，流體走管程或者殼程主要還是如何提高傳熱系數(shù)和充分利用壓

力降。

4.流速

流體的流速會對換熱器的設(shè)計和運行效果有很大影響。如果增加流速，就

可以增加傳熱效果，提高傳熱系數(shù)，可使結(jié)垢程度減輕、降低熱阻，有利于傳

熱，相應(yīng)的換熱面積就會減少，換熱器的外形尺寸就小，從而節(jié)約材料和制造

費用；但是流速過高時，流體通過換熱器的壓力降會增大，輸送流體的動力消

耗增加，從而提高操作費用。因此，選擇合適的流速要經(jīng)過比較來確定。

以下是選物流流速要求：

（1）所選擇的流速要盡量使流體處于湍流流動狀態(tài)（Re>10000）或者處

于呈不穩(wěn)定的過渡流狀態(tài)流動（Re>2300）。

（2）對于高密度流體或者存在相變的流體，應(yīng)適當提高流速。

（3）所選擇的流速不能導(dǎo)致流體動力沖擊，防止換熱管振動和沖蝕。

（4）所選的流速要使管長或程數(shù)適當或者使換熱器有適宜的外形結(jié)構(gòu)尺寸。

表1?4管程及殼程流速參考數(shù)據(jù)

7

管程殼程

液體(m/s)氣體(m/s)液體(m/s)氣體(m/s)

0.6-35-300.37.52-15

表1?5管殼式換熱器內(nèi)常用的流速范圍

流速范圍（m/s）

流體種類

管程殼程

循環(huán)水1.0-2.00.5-1.5

新鮮水0.8-1.50.5?1.5

低黏度油0.8-1.80.4?1.0

高黏度油0.5-1.50.3-0.8

易結(jié)垢液體>1>0.5

氣體5~303~15

5?換熱管

為了使傳熱效果好些,通常選用中19mm的管子；對于易結(jié)垢的物料，為

方便清洗，采用外徑中25mm的管子；對于有氣液兩相流的工藝物流，一般選

用較大的管徑。

表1-6換熱管常用直徑規(guī)格

低碳合金鋼<I)19x2mm?25x2.5mm<P32x3mm638x3mm

不銹鋼①19x2mm①25x2mm①32x2.5mm①38x2.5mm

表1?7常用換熱管間距

換熱管外徑（mm）1214192532384557

換熱管中心距（mm）1619253240485772

管程數(shù)增加，管內(nèi)流速增加，傳熱系數(shù)增加，但不選用過高的管程數(shù)，以

免壓力降過大，一般選在1?2。換熱面積：有些物流所需的換熱面積大，采用

多個換熱器并聯(lián)，而不采用串聯(lián)，避免壓力降過高，影響傳熱系數(shù)。裕量，對

8

于工藝物流間的換熱，留有40?50%的裕量；對于工藝物流與公用工程間的換

熱，留有20?35%的裕量。密封條數(shù)：按照換熱器設(shè)計建議，每五排管設(shè)置一

對密封條。折流板數(shù)目和間距按照《化工工藝設(shè)計手冊》的推薦值設(shè)定。

表1?8折流板間距

公稱直徑DN管長折流板間距

<3000100

<500200300450600——

4500~6000—

600~8001500~1600150200300450600——

<6000—

900-1300——200300450600

7500,9000750

6000300

1400-1600————450600750

7500,9000——

1700-18007500,9000——————450600750

L4換熱器的選型計算（以E105換熱器為例）

以設(shè)計一臺E-105冷卻器為例，來描述換熱器選型計算的過程。

其冷熱物流性質(zhì)如下表1-9所示：

表1?9冷熱物流性質(zhì)

物流熱物流/hot冷物流/cold

設(shè)計壓力/bar11.013

溫度變化60.6°8147℃25.0℃升到60.1℃

組分水、MAL異丁炸、氧氣、氮氣

1、流體流動途徑的確定

由于熱物流走殼程；冷物流應(yīng)走管程，便于散熱。

2、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

_506+47

熱物流的定性溫度：K=538O（：

2

9

冷物流的定性溫度：片=￡詈上=42.55?

兩流體的溫差：Tm-tm=(53.8-42.55『C=l1.25汽

工程上作為近似和簡化，常以管、殼壁溫差是否超過50C作為是否設(shè)置膨

脹節(jié)的簡單判斷條件。從計算得出兩流體的溫差為1L25CV5O℃,所以在這個

換熱器的殼體上不需要設(shè)置膨脹節(jié)。

查《化學(xué)工程手冊》一一得出冷熱流體的化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如下表1-10所示

表1?10冷熱物流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

物流熱物流/hot冷物流

粘度/cp4.46X10~41.7176X10-5

比熱容/(3)

KgC3.861.088

導(dǎo)熱系數(shù)/()0.60.022

m,C

密度/(鷺)960.351.256

注：1.0cp=1.0mPa-s

3、計算熱負荷和冷卻水用量

Q=WhCph(Ti-T2)=24812.5x3.86x(60.6-47)KJ/h=1302557KJ/h

Q1302557

Wc==34108.35Kg/h

Cpc(t2-tj1.088x(60.1-25)

4.計算兩流體的平均溫度差

暫按單殼程、單管程進行計算，逆流時平均溫度差為:

At2-(60.1-25)-(60.6-47)

△tm=13.4℃

1At2ln(60.1-25)

(60.6-47)

而P*?竺土紀=0.9851

11cl60.6-25

T1-T60.1-25

2=2.68

t，2—G60.6—47

T1、分別為熱物流進出口溫度，G、t2分別為冷物流進出口溫度。

由《化工原理》第二版上冊P239頁查圖4—19單殼程可得:中小=0.85；

io

因此Atm=①.Atm=0.85x13.4=11.39℃

根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》中對K值的范圍，假設(shè)K=800W/(m2.K)

根據(jù)AspenEnergyAnalyerV8.4得出了換熱面積為829m2；

因為冷熱物流兩者溫差不大以及以上進出口溫度參數(shù)及平均傳熱溫差，該

換熱器選擇臥式固定管板式換熱器。

依據(jù)以上選型依據(jù)《熱交換器型式與基本參數(shù)第2部分：固定管板式熱交

換器》GB/T28712.2-2012,初步選定換熱器面積699.5m2,公稱直徑DN=325mm,

換熱管規(guī)格為中19x2mm,換熱管長度L=2500mm,換熱管管子根數(shù)n為368

根，中心排管數(shù)為11根，標準面積為966.10?。

5、傳熱管排列方式及中心距

換熱管按正三角形排列，根據(jù)的換熱管規(guī)格①19x2mm,由于換熱器允許

的壓力降較小即取常用的管心距t為25mm,采用I級較高級冷拔傳熱管。采用

適用于冷凝傳熱和無振動的場合的II級普通級冷拔換熱管。

6、殼體內(nèi)徑

換熱器殼體內(nèi)徑取決于傳熱管數(shù)、管心距和傳熱管的排列方式。選用標準

換熱器，忽略殼壁厚，其殼體內(nèi)徑約為D=900mm,采用無縫鋼管制作筒體。

7、折流板

采用單弓形折流板。因為冷熱流體都是單相流體，圓缺高度為38%的折流

板將獲得最高的傳熱效率，則取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的38%,切去

的圓缺高度為：

h=38%xD=0.38x900=342mm

取折流板間距為：

B=0.75D=0.75x342=256.5mm

圓整后取固定管板式換熱器標準間距為700mm。

折流板數(shù)NB為：

z傳熱管長L25004c

NR—---------=----------1=8

折流板間距B256.5

折流板數(shù)肌=8塊，折流板圓缺面水平配置。豎缺形折流板用于無相變的對

11

流傳熱過程，可以防止殼程流體平行于管束流動，增大液體在殼程湍動程度等

優(yōu)點。

8、核算總傳熱系數(shù)

（1）計算殼程對流傳熱系數(shù)四

2

,..nTTE1009xnx0.015

因為：A.=-x-xd?=0.05676m2

141x4

V6.47

i=Xc；=0.05675x1.256=9°77m/S

0.019x90.77x1.25

-1.7176x10-5-=125511.615

Rej>10000流體處于湍流狀態(tài)

1.25xl03x1.7176xIO-5

=0.0343

0.626

所以

6=0.023^Re08Pr03

小

0626

002303

=X0^5X(125511.615)08xQ.0343-

=41858.85W/(m2?℃)

2）計算管程對流傳熱系數(shù)a。

換熱器管程中流體流通截面積為：

2

Ao=BD（1一a）=0.3x0.9x（1-=0.0648m

式中B—折流擋板間距，300mm

t—管中心距，對①19x2mm,t=25mm

Vh24812.5

%=第=3600x960.35x0.0648=01108m/S

由正三角形排列得：

4（坐t?一再）4x(孚x0.0252-竽x0.0192)

=0.017m

nd03.14x0.019

deuoph0.017x0.41124x960.35

Re==150535.5

04.46x10-4

12

Re0>2300流體達到湍流狀態(tài)

CphH3.86x103x4.46xIO-4

=2.75

-A-0.626

因為Reo在2x103?lx106范圍內(nèi)，故可用下式計算劭

入1

a=0.36X—(Re)0-55(Pr)30

0deooH

殼程中水被加熱，?、俦豶*=1.05,

4.46x10-41

a0=0.36X————x(150535.5嚴x(2.75)3x1.05

=1035.94W/(m2?℃)

(3)確定污垢熱阻0.0107

管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻查《換熱設(shè)備與對策》第二版，

2

分別取為：Rsi=0.0002m-K/W

2

Rso=0.00017m-K/W

(4)總傳熱系數(shù)Ko

_1

^+Rso+Rs>^+^

1

=11919

1035.94+1,7x10-4+2.0x10-4x正+41858.85x15

=717.875W/(m2-℃)

經(jīng)計算得到的Ko與假設(shè)的K=800W/(m2.K)基本一致，則所選換熱器換熱可

達到換熱要求。

(5)換熱面積的裕度

換熱器的換熱面積Ac可用Ac=Q估算換熱面積

KA3

1302557,

Ac=?rcrl—=561.29m2

717.875x11.25

換熱器實際的換熱面積Ap=l1.8n?;

則換熱器的面積裕度H為：

A。一Ac829-561.29

561.29=47.7%

13

、接管

管程流體(有機物)進出口接管:

，24812.5

4x3600x960.35

=0.148m

3.14x0.411

取標準管徑為15()mm。

殼程流體(冷卻水)進出口接管:

(33167.24

4乂3600乂1.256

=0.269m

\3.14x0.697

取標準管徑為300mm。

10、開孔補強

開孔補強設(shè)計是在開孔附近區(qū)域增加補強金屬，使之達到提高器壁強度、

滿足強度設(shè)計要求的目的。開孔補強的形式分為整體補強和局部補強。

補強圈的材料一般與器壁材料相同，其厚度也與器壁厚度相等，直徑與管

子一樣。

補強圈的選擇：

熱流體進出口：Q245R；厚度10mm；直徑150mm；

冷流體進出口：Q245R；厚度10mm；直徑500mm。

1K殼型及封頭設(shè)計

表1-11TEMA端部型式的選取

污垢系數(shù)：i/C/W

污垢系數(shù)管束清洗方法(1)前端固定尾端封頭類型

管側(cè)殼側(cè)型式管側(cè)殼側(cè)式管箱(2)

<0.00018所有U型管————A或B⑶——

所有U型管C—A或B⑶——

M(4)——A——

<0.00035可抽式CCA或B⑶——

14

MCAS或T(5,7)

CMA或B(3)S或T(5)

MMAS或T⑸

CCA,B或C(8)L,M或N(9,10)

<0.00035<0.00035固定式

MCAL

M(4)—A——

U型管

>0.00035所有——CAS或T(5)

可抽式

——MAS或T⑸

>0.0003

<0.00035固定式—CAL

5

備注：

（1）C：化學(xué)清洗；M：機械清洗，包括高壓水力噴射清洗。

（2）A：當管側(cè)或殼側(cè)腐蝕裕度為3.0mm時，首選封頭型式。

（3）B：常用的、較為經(jīng)濟的封頭型式。

（4）只用于管內(nèi)側(cè)可用高壓水噴射清洗的冷卻水系統(tǒng)。

（5）一般使用S形型頭，除非有特殊要求時選T型封頭。

（6）當殼側(cè)污垢系數(shù)W0.00035時，可以使用不可拆端蓋。

（7）當殼側(cè)污垢系數(shù)W0.00035并且管側(cè)可用高壓水噴射清洗時，T型封

頭可使用不可拆端蓋。

（8）B或C：常用型式，比A型經(jīng)濟。

（9）M或N：常用型式，比L型經(jīng)濟。

（10）L：當管側(cè)腐蝕裕度為3.0mm時，首選封頭型式。

平蓋管箱在清洗換熱管內(nèi)時，僅將平蓋拆下，不必除連接道，易清洗和檢

查，目前采用較多。缺點是用材較多；封頭管箱適用于較清潔的介質(zhì)工況，因

檢查換熱管內(nèi)及清洗換熱管內(nèi)時，必須將連接道一起拆下，夕艮不方便。根據(jù)介

質(zhì)工作特點，選取封頭管箱、殼體型式和后端封頭。

管殼式換熱器后端結(jié)構(gòu)主要有L、M型，L型與前官箱平蓋管類似，M型

15

與前官箱封頭類似。根據(jù)介質(zhì)工作特點，選取M型。

由EDR詳細校核計算可得出:筒體壁厚19mm,封頭壁厚11.1mm,管板厚

度9.5mm。

12、EDR設(shè)計步驟

同時使用AspenExchangeDesign&Rating進行輔助設(shè)計，其步驟如下三步:

第一步，在AspenPlus軟件中用HeatX模塊進行簡捷計算，關(guān)鍵是傳熱系

數(shù)的估計，有關(guān)物系的K值經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表所示。

表L12K值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

管程殼程傳熱系數(shù)K值W/（m2?℃）

水水8507700

水氣體17?280

水輕有機物470?815

水中有機物290~700

水重有機物115-470

有機溶劑水280-850

有機溶劑有機溶劑115-340

輕有機物輕有機物230-465

中有機物中有機物115-350

重有機物重有機物60~230

水水蒸氣冷凝（加壓）2330-4650

水水蒸氣冷凝（常壓或負壓）1745-3490

氣體水蒸氣冷凝30~300

水沸騰水蒸氣冷凝2000-4250

水溶液（廠0.002Pa§）水蒸氣冷凝1160-4070

水溶液（p>0.002PaC水蒸氣冷凝580~2910

輕有機物水蒸氣冷凝580-1190

中有機物水蒸氣冷凝290-580

16

重有機物水蒸氣冷凝115?350

水輕有機物蒸汽冷凝580~1160

水重有機物蒸汽冷凝115-350

查對應(yīng)物系估值，計算得到換熱器所需的粗略的換熱面積。第二步，在

AspenPlus軟件中用HeatX模塊進行詳細核算，此處冷熱流體兩側(cè)污垢熱阻的

估計是重點，常見流體的污垢熱阻見下表。

表143常見流體的污垢熱阻

污垢熱阻污垢熱阻流體污垢熱阻

流體名稱流體名稱

m2℃/Wm2℃/W名稱m2℃/W

有機化合物蒸汽0.000086有機化合物0.000172石腦油0.000172

溶劑蒸汽0.000172鹽水0.000172煤油0.000172

天然氣0.000172熔鹽0.000086汽油0.000172

焦爐氣0.000172植物油0.000516重油0.000086

水蒸氣0.000086原油0.000344-0.001210瀝青油0.000172

空氣0.000034柴油0.000344-0.000516—

參照國家標準預(yù)選換熱器幾何尺寸進行詳細計算，查看奧熱器的各項計算

結(jié)果，驗證其是否符合所需換熱面積、壓降、流速的要求，如不滿足，可對部

分幾何參數(shù)略作改動，或重新選擇不同的換熱器幾何尺寸，反復(fù)計算直至令人

滿意。第三步，新建EDR文件，將AspenPlus軟件的相關(guān)計算數(shù)據(jù)及幾何尺寸

導(dǎo)入,進行校核計算,根據(jù)EDR中的警告對換熱器結(jié)構(gòu)略作改動以得到更準確、

17

更合適的換熱器機械數(shù)據(jù)。用