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 3523733t(℃)

(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 6323888T(℃)

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(34.278.355Qw

(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,Ct9.92

(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 Ctttttm2.18450ln4-50ln2121

其中, CtTt5038-88211

CtTt43337122

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

757.8025.0414.3319.0422udVNπ(根)

按单程管计算,所需的传热管长度为mdNAL14.275025.014.358.12π

(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

CTT10788-86.278.35541.1924811)(

3.计算对数平均温差:Ctttttm402361ln)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