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板式换热器在炼油厂的应用
作者:本站  来源:本站   时间:2018年10月15日


(1) 原油的处理

费用低的钛制板式换热器,在原油处理中深受欢迎。高腐蚀性原油、自来水、淡水、含盐水及海水等冷却剂对钛制板式换热器的腐蚀影响很小。在这些苛刻的操作条件下,结垢系数仅为管壳式换热器的l/lO,且显得特别可靠。 表l中所列是原油与含33%盐水(体积)的乳浊液之间进行热交换时的一些技术数据。

94300公斤/时流量的乳浊液冷却128000公斤/时流量的原油(原油温度从108℃降到68~C,乳浊液由46~C上升到85*(3),只需868米。的换热面积,每台只需6.3平方米的占地面积。

(2) 气体吸收系统:

许多板式换热器已在气体吸收系统中安装使用,例如胺/水、胺/胺热交换就是常见的用例。在气体吸收装置中,象普通的胺,如甲基乙胺(MEA)、二乙醇胺(DEA),以及有专利权的吸收剂如二甘醇胺(DGA)SulfinolSelex01等都可以用板式换热器处理。 有些情况要求冗长的温度变化程序,例如把SeleXOl99~C冷却到12~C需要十三台两流程管壳式换热器,但若用板式换热器,则需两台即够。这些板式换热器在每一流程有9个通道。用海水作冷却剂时需要用钛制换热器,因为传统的管壳式换热器不耐腐蚀。第14卷第3期 石油化工设备·S7·表1 板式换热器用手脱盐的典型实例 袁2 冷却斯特莱疆0溶液的典型实倒换热流体质量流量,公斤/时粘度,厘泊/初温入口温度,℃出口温度,℃传热量,千卡/时传热面积,米。压力降,公斤/厘米z总污垢系数总容量(两侧),公斤平均停留时间板片材料板厚,毫米密封圈材料设计压力,公斤/厘米0()重量(两框架),公斤所需总面积,米。(两框架,包括维护面积)

(3) 尾气处理:

,从尾气中除去硫化物也是板式换热器日益扩大的应用实例。表2例举了用冷却水冷却斯特莱福德(Stretford)溶液的板式换热器的特性。因为两种溶液的氯化物含量较低,因此在此种场合下使用316型不锈钢就具有与之相适应的抗腐蚀性能。进入的冷却剂与流出的斯特莱福德溶液之间相差6。这一点就说明,板式换热器的精确设计是行之有效的,其每程均能承受O.35公斤/厘米。的压力差。

(4) 水与水的换热:

在炼油厂水与水换热有温度控制的地方最适合使用板式换热换热流体质量流量,公斤/时入口温度,℃出口温度,℃允许压降,公斤/厘米。斯特莱福德 487881 36 31 O.352029608 307冷却水364846 28 33 0.35 316SS 0.6丁基硫化树脂n Cureol bueyl) 1 1 194器。通常,用微咸水或天然海水进行单程流动和排放的间接冷却是很普遍的,且可使软化水、淡水、冷凝水及生产用水得到冷却。表3详细列举了一种典型水与水换热的应用实例。在一些炼油厂,板式换热器还被用来加热和冷却乙二醇与乙二醇水溶液。

(5) 能量回收:

许多炼油厂吃不饱,产品变换频繁,因此多数工艺师都非常注意产品的经济性,目前一种有效的补救办法可考虑进行热回收。 冷却水和产品蒸汽是热回收很有希望的一些可能被忽视了的来源。板式换热器由于所花费用较低,设计结构紧凑和重量轻,因此很适用于不同场合下的余热回收。通常,在现有装置可利用的空间内就能安装容纳触蛳 戤 船 踮 埔。 ㈨ 叮 盯俐 ,, 毖 鸥 c: . .0 园 噶0 眩 恿¨舢挖姑拈 一湖m.蚴一+m獬埔一洲引~ m m 拈 船 M : Ⅲ 睛 船 ;·S8·石油化工设备表5 用于脱盐装置废水冷却的典型实倒换热流体质量流量,公斤/时入口温度,℃出口温度,℃传热量,千卡/时传热面积,米。压力降,公斤/厘米z总污垢系数板片材料板厚,毫米密封圈材料脱盐装置废水工业用水 32163 81540 77 31 49 42 899640 8 0.21 O.84 O0001 O.6 睛橡胶设计压力,公斤/厘米。I 7 j接管公称直径,毫米 j 102 102,它能够靠近热源安装,毋须庞大而昂贵的结构设施。即使在温差很小的工艺管线和锅炉进料管线上,它也能有效地进行余热回收。


设计考虑 简要介绍一下板式换热器的设计考虑,对炼油和石油化工工艺师们有效选用这种设备是有益的。板式换热器的基本结构形式,是由一系列被夹装在框架内的波纹状薄板组成的,如图l所示。框架又由固定压紧板、活动压紧板及两根导向杆组成。在固定压紧板和活动压紧板之间的这些板片,由两侧的数根压紧螺栓夹紧。螺栓松开后,每一块板片都看得见,摸得着,并很容易从框架上取下来或装上去。 板片是用标准规格的矩形薄金属板压制而成的,其每个角上均开有一个大的角孔。弹图1 板式换热器的结构和使用原,卫 图2 有高低O值的典型板片外形性密封垫圈把每一块板片都隔开,并使流体按要求流动。装配板片各个角的角孔组成的孔排,组成了流体进出的集管箱。如图3所示,两种流体被一对密封垫圈隔开,两种流体之间被隔离的空间直接通向大气。

(1) 板片和密封垫片结构;板式换热器可以制成各种大小的尺寸,最大有效流速()11531000/分的标准板式换热器,其板片的尺寸范围为53×20厘米到4.1×1.4米。一副机架就能够提供2046米。的换热面积。 根据使用要求决定板片材料,能压延成形的任何金属材料均可选用(但很少选用304SS型材料).同理,能耐工艺温度和浸第14卷第3期 石油化工设备t 59·裹4 t 板片和密封篮■的材料板 片 J 密封垫圈耐热镍铬铁台金因苛镍钽钛钯合金丁睛橡胶丁基硫化树脂三元乙丙橡胶(EPDM)氟橡胶(FPM)压缩石棉纤维(CAF)蚀的任何弹性材料。都可以作密封垫片材料。表4列举了许多适用的材料。

(2) 板片的结构设计。把板片夹紧在一起,板片之间就形成了许多触点,因此叠板被压紧在一起时刚性很高,板片可以设计得较薄。 板片安装后,在板片表面整个范围内金属与金属都有接触,在每条流道内的流体被波纹结构分离、集合并激烈地搅动了,很高的湍流可使雷诺数达到10400。这样,便防止了传热效率较低的层流和死区的产生。 因为板片与板片之间有许多接触支撑点,因此板片可以做得相当薄,一般可薄到O.6毫米。公称板片间距的变化范围为25毫米,平均水力直径约两倍予通道尺寸。在薄板片两侧狭窄流道里极高的湍流可以产生很高的传热系数。

(3) 传热率;传热系数U是决定总传热量Q的三个因素之一,这里 Q=UAtm (1)在任何给定的平均温差△tm,U增加其所需要的换热面积A便减少。 传热量Q与每一种流体的质量流速W,它的比热Cp和所需要的温差6I成线性函数关系。 即Q=(WCP6t)=(WCP6t)(2) 在为碳氢化合物加工设计板式换热器时,我们要用到一个参数O,在数值上它等于负荷所需要的传热单位数NTUO=8t/tm (3 a)或者换热器实际达到的传热单位数(NTU) e=UA/WCP (3 b) 每个方程的定义都要依据于某一种流体。

(4) 0值和板片的几何形状·在任何情况下的0值都取决于板片的几何形状。图2所示的板片是两种人字形波纹板片,一种板片的夹角为65,另一种为130。。当把夹角小的两块板片放在一起时,其所形成的流道在已知压降下可以通过较大的流量,这时就出现了低O值的情况。 把夹角大的两块板片放在一起形成的流道,则是一个高e值流道,它的流量小而压力降高。 当两种板型交错放置时其所形成的流道具有中等特性,因此仅用上述两种形状的板片就能得到高、中、低三种e值的流道。

(5) 组合e值的应用:对任何单位负荷的贫析表明,其所需板片的数量取决于选用哪一种0值的流道。而且,用高、中等9值混合配置,或者用中、低0值混合配置,都可以得蟮20蠡耄ioI,.12公斤7厦米II。。闻孽邬%~100% 低赢 图3 同一种使用场合,高、中O值流道进行不同组合时所需的板片数目:>(\斤 帛 /.公 公 /受钆 儿·60·石油化工设备到最经济的选择。这里涉及到的数学原理在参考文献(1](2]_中已经讲到,但是我们也可以用一个具体例子来解释这个结果。 让我们来核算一下,30'(3,351075公斤/时的冷却水,46~C,253680公斤/时的工艺热水冷却到35"C需要多少块板片。在工艺上只允许工艺热水的压降为O.56公斤/厘米。。而据设计分析,冷水侧的压力降可用O.560.841.12公斤/厘米。这几个值。 上述结果在图3中已用图解法表示出。压力降较高,板片的数量可以减少,但应注意,在三种情况中以用高、低e值的某些混合配置才有可能得到最经济的设计。在压降为0.84公斤/厘米。的条件下,用低e值组合时,需要板片27l,用高e值组合时需要192片。但是设计者如果选用了最佳组合,则换热器仅需113片板片。




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