油气集输课程设计
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摘要
某三甘醇天然气脱水工艺流程中,根据提供的资料,对该工艺流程中的干气/贫甘醇换热器,贫甘醇/富甘醇换热器的计算与选型。
关键词:干气 贫甘醇 富甘醇 换热器 温度
此三甘醇天然气脱水工艺流程中, 干气/贫甘醇换热器选用固定管板式换热器, 贫/富甘醇换热器选用板式换热器。
干气/贫甘醇换热器
一.设计意义
在油气集输工业过程中的加热、冷却、蒸发和干燥的单元操作中,经常见到食品物料与加热或冷却介质间的热交换,而用于进行热交换的设备称为换热器。换热器还广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业。在众多类型的换热器结构中,管壳式换热器应用最为广泛,因此要根据特定的工艺要求,设计合理的换热器,以满足不同场所的需求。
二、设计计算
1、确定设计方案
两流体温度变化情况:热流体进口温度88℃,出口温度38℃。冷流体进口温度30℃,出口温度40℃。该换热器用贫三甘醇与脱水干气进行换热,热流体为贫三甘醇,冷流体为干气。由此可见,管束和壳体之间的温差不大,热膨胀不大,并且其壳程结垢不严重。所以选取固定管板式换热器。对于环境温差较大的地区,可增添膨胀节。
2、确定物性数据
管程(干气)
进/出口温度/℃:33/37 ; 2 进/出口压力/MPa:2.15/2.0
管程天然气流体的定性温度为 3523733t(℃)
(定性温度:取流体进口与出口温度的平均值。)
壳程(贫甘醇)
进/出口温度/℃:33/37 ;
壳程贫甘醇的定性温度为 6323888T(℃)
3、计算总传热
(1)贫甘醇负荷
贫甘醇进口温度为880C,出口温度为380C
贫甘醇在平均温度为630C时的比热容为)/(34.2kkgkJ,
贫甘醇热负荷为:26.41626)3888(34.278.355Qw
(2)气体温降
由于出吸收塔的干气质量流量远大于贫甘醇质量循环流量,故干气经过气体/贫甘醇换热器后的降温较小,其值可由热量平衡来确定。
干气摩尔流量为:hkmol/2.536924.422.6155.12735.127310214
干气的摩尔热容为)/(.737kkmolkJ,由热量平衡确定干气温降t为:
t.7372.53696.241626 所以,Ct9.92
(3)平均传热温差
天然气与有机溶剂间的传热系数经验值为21200wmk,热负荷考虑10%的裕量,即气体/贫甘醇换热器热负荷为:kw72.21kJ/h 89.57884.1126.41626 3 Ctttttm2.18450ln4-50ln2121
其中, CtTt5038-88211
CtTt43337122
4、计算传热面积
2'44.112.1820026.41626mtKQA
考虑 10%的面积裕度,A=1.1×A′=1.1×11.44=12.58(m2) .
5、工艺结构尺寸
(1)、管径和管内流速
三甘醇体积流量:0.319m/h 质量流量:355.78kg/h
选用ф25×2.5传热管(碳钢),取管内流速u=8.7m/s。
(2)管长 选用管长6m
(3)管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
757.8025.0414.3319.0422udVNπ(根)
按单程管计算,所需的传热管长度为mdNAL14.275025.014.358.12π
(3)平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
16040124030R
40300.076916030P 4 (4)传热管排列和分程方法
采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。
(5)壳体内径
采用多管程结构,取管板利用率η=0.7,则壳体内径为
mmNtD3807.0753505.105.1
圆整可取D=380mm
(6)折流板
采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为h=0.25×380=95(mm),故可取h=90 mm。
取折流板间距B=0.25D,则B=0.25×380=95mm),可取B为100。
折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/100=60(块)
折流板圆缺面水平装配。
干气/贫甘醇换热器数据
名称 干气 贫甘醇
操作温度℃ 33/37 88/38
定性温度℃ 35 63
定压比热容/[kj/(kg•k)] 4.02 2.34
总传热系数错误!未找到引用源。 200
热负荷W 41626.26
平均传热温差℃ 18.2
传热面积m2 12.58
管径mm ф25×2.5传热管(碳钢)
管长m 6
传热管长度m 2.14
传热管数 75
壳体内径mm 380 5
贫/富甘醇换热器(储罐与闪蒸罐间)
贫/富甘醇进口与出口温度:贫甘醇进口温度t℃,出口温度为88℃;富甘醇进口温度为45℃,出口温度为65℃。贫甘醇的比热容为2.86错误!未找到引用源。,富甘醇的比热容为2.6157错误!未找到引用源。。
1.贫/富液换热器热负荷为:错误!未找到引用源。
2.计算贫甘醇进口温度:
由热量平衡确定贫甘醇的进口温度,经迭代计算得
CTT10788-86.278.35541.1924811)(
3.计算对数平均温差:Ctttttm402361ln)2361(ln2121错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
热负荷考虑10%的裕量,即贫/富甘醇换热器热负荷为:
其中取传热系数取经验值为:错误!未找到引用源。
计算传热面积:错误!未找到引用源。
贫/富甘醇换热器(储罐与闪蒸罐间)数据 6 名称 贫甘醇溶液 富甘醇溶液
操作温度错误!未找到引用源。 107/88 45/65
总传热系数K,错误!未找到引用源。 100
热负荷Q,kW 5.88
平均温差错误!未找到引用源。,错误!未找到引用源。 40
贫/富甘醇换热器(闪蒸罐与再生塔间)
贫/富甘醇进口与出口温度:贫甘醇进口温度193℃,出口温度为t℃;富甘醇进口温度为65℃,出口温度为149℃。贫甘醇的比热容为2.86错误!未找到引用源。,富甘醇的比热容为2.6157错误!未找到引用源。
贫/富液换热器热负荷为:错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
计算贫甘醇出口温度:
由热量平衡确定贫甘醇的出口温度,经迭代计算得:
错误!未找到引用源。)
计算对数平均温差:错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。
热负荷考虑10%的裕量,即贫/富甘醇换热器热负荷为:
错误!未找到引用源。 7 传热系数取值为:错误!未找到引用源。
计算传热面积:错误!未找到引用源。
贫/富甘醇换热器(闪蒸罐与再生塔间)数据
名称 贫甘醇溶液 富甘醇溶液
操作温度错误!未找到引用源。 193/113 65/149
总传热系数K,错误!未找到引用源。 100
热负荷Q,kW 24.7
平均温差错误!未找到引用源。,错误!未找到引用源。 76
总结
此次课程设计过程中,大部分数据取自于小组成员和文献数据,其基础值需要量较多,换热器计算的部分数据较为复杂。由于我们小组努力查询计算部分基础数据无果,换热器的部分细节设计便因此省略。
参考文献:
梁平. 《天然气集输集输》. 北京,石油工业出版社 2008
钱颂文. 《换热器设计手册》. 北京,化学工业出版社 2002 8