空冷器的工藝設(shè)計(jì)

翟雨萍

(山東恒業(yè)石油新技術(shù)應(yīng)用有限公司,山東東營(yíng) 257067)

空冷器的工藝設(shè)計(jì)

翟雨萍

(山東恒業(yè)石油新技術(shù)應(yīng)用有限公司,山東東營(yíng) 257067)

本文介紹了空冷器的典型工藝設(shè)計(jì)流程和方案,分析了在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要設(shè)計(jì)參數(shù)選取,空冷器在化工生產(chǎn)中占著非常重要的比重,國(guó)內(nèi)外對(duì)空冷器的工藝設(shè)計(jì)有著系統(tǒng)的研究。本論文以甘肅伏龍泉當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件作為數(shù)據(jù)來(lái)源,根據(jù)工藝要求、場(chǎng)地情況、環(huán)境溫度變化資料和環(huán)保要求,確定具體的設(shè)計(jì)參數(shù)、總體方案、空冷器的型式,對(duì)空冷器的設(shè)計(jì)研究具有非常重要的參考價(jià)值和意義。

空冷器 工藝參數(shù) 翅片管 管程數(shù) 管束 風(fēng)機(jī) 總體方案

1 工況條件

1.1 空冷器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下

工作介質(zhì):天然氣。

一級(jí)氣流量:300000Nm3/d工作壓力:2MPa入口溫度: 75℃出口溫度:45℃。

二級(jí)氣流量:300000Nm3/d工作壓力:2.5MPa入口溫度:75℃出口溫度:45℃。

1.2 工藝氣組分如下

甲烷90.71%乙烷2.52%丙烷1.18%異丁烷0.26%正丁烷0.55%異戊烷0.18%

正戊烷0.28%正己烷0.44%氮?dú)?.62%飽和水0.26%

1.3 設(shè)計(jì)要求

環(huán)境設(shè)計(jì)溫度35℃，海拔影響不計(jì)，管內(nèi)壓降20KPa。

2 工藝參數(shù)確定

2.1 空氣設(shè)計(jì)溫度確定

空氣設(shè)計(jì)溫度指設(shè)計(jì)空冷器時(shí)選用的當(dāng)?shù)乜諝馊肟诟汕驕囟?。本次設(shè)計(jì)根據(jù)需方提供氣象數(shù)據(jù)，確定空氣入口溫度為35℃。

2.2 管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度確定

2.2.1 入口溫度確定

理論上熱流入口溫度愈高，采用空冷愈經(jīng)濟(jì)，但入口溫度超過(guò)200℃時(shí)，應(yīng)考慮用其他換熱器進(jìn)行熱量回收。

2.2.2 出口溫度確定

出口溫度的選取直接影響空冷器經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，直接決定空冷器型式的選擇。

2.3 干式、濕式空冷器型式確定

一般條件下，對(duì)于干式空冷器接近溫差一般應(yīng)大于15℃，若熱流體出口溫度不能滿足要求，則考慮采用濕式空冷器。需方給出管程進(jìn)出溫度為75℃/45℃，接近溫度為30℃，本次設(shè)計(jì)使用干式空冷合理。

2.4 管排數(shù)確定

管排數(shù)對(duì)于空冷器經(jīng)濟(jì)性的影響較大，從經(jīng)濟(jì)上考慮，一般希望空氣溫升15-20℃，增加管排數(shù)，空氣溫升增加，但壓降也增加，合理選擇管排數(shù)的意義重大。本次設(shè)計(jì)為天然氣冷卻，確定管排數(shù)為6。

2.5 迎面風(fēng)速確定

迎面風(fēng)速代表了空氣經(jīng)過(guò)翅片管的速度，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致空氣出口溫度過(guò)高，空氣與熱流的溫差低，換熱效率降低，需增大換熱面積，成本增加;受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，迎面風(fēng)速不能設(shè)計(jì)過(guò)高。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)管排數(shù)為6，所以擬設(shè)計(jì)迎面風(fēng)速為2.5-3m/s。

2.6 管程數(shù)的確定

選擇管程數(shù)主要取決于允許管程壓降和流體溫度變化范圍，以上兩者較大時(shí)可以選用多管程，單相流全冷卻時(shí)，在滿足允許壓降的條件下應(yīng)盡量提高流速，管內(nèi)流體處于湍流狀態(tài)對(duì)換熱最有利，因此選用雙管程以上比較合適。本次設(shè)計(jì)根據(jù)壓力降以及管程流速，選用雙管程。

3 總體方案設(shè)計(jì)

3.1 管束尺寸設(shè)計(jì)

3.1.1 翅片管參數(shù)設(shè)計(jì)

常用翅片管尺寸為，基管￠25x2.5mm，翅片類型為DR(雙金屬軋制)，翅片厚度為0.4mm，翅片外徑為57mm，每米翅片數(shù)不少于433片，這是一種常用高翅片管，另外還有許多種類的翅片管，具體選用原則要考慮壓降，內(nèi)外膜傳熱系數(shù)，經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)備尺寸要求等因素，本次選用上述參數(shù)的翅片管，翅片基管材質(zhì)選用20鋼管(GB9948-2006)。

3.1.2 管外條件設(shè)計(jì)

空冷器也是一種換熱器，與其他類型換熱器最大的區(qū)別是管外介質(zhì)一般是空氣，相比其他換熱器來(lái)說(shuō)，環(huán)境因素對(duì)空冷器的影響很大。首先是環(huán)境溫度的影響，直接決定了管外介質(zhì)的溫度，影響傳熱溫差，進(jìn)而影響換熱效率;其次是海拔的影響，直接影響管外介質(zhì)的密度，影響管外介質(zhì)的體積流量。此次設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)溫度由甲方確定為35℃，海拔比較低，暫時(shí)忽略海拔對(duì)管外介質(zhì)的影響。

3.1.3 管內(nèi)條件設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)管內(nèi)介質(zhì)為天然氣，按天然氣主要組分選取管內(nèi)污垢熱阻系數(shù)，另外需要考慮的是管內(nèi)壓降數(shù)值，可以通過(guò)改變管程數(shù)以及改變換熱管內(nèi)徑或者長(zhǎng)度來(lái)滿足允許壓降值。

3.1.4 管束規(guī)格型號(hào)設(shè)計(jì)

通過(guò)改變換熱管數(shù)量和長(zhǎng)度，得出管束的寬度，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)擴(kuò)散為圓形，所以空冷器的長(zhǎng)寬最好趨近于正方形或者正方形的組合。本次設(shè)計(jì)確定空冷器尺寸為5m×2.5m。

3.2 風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)

根據(jù)NB/T47007-2010中7.3.3.3每臺(tái)風(fēng)機(jī)的回轉(zhuǎn)面積至少應(yīng)占該風(fēng)機(jī)所對(duì)應(yīng)管束迎風(fēng)面積的40%。我們可以得出本次設(shè)計(jì)選用直徑為1.8米的風(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為:G-TF18L4-Vs5。實(shí)際空冷器所需的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量為135000m3/h，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量為140000m3/h，大于空冷器所需要的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量，所以選取兩臺(tái)G-TF18L4-Vs5風(fēng)機(jī)滿足工況要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上論證，對(duì)空冷器的主要參數(shù):溫度、管排數(shù)、管程數(shù)、迎面風(fēng)速、干濕空冷器型式、翅片管規(guī)格、管束規(guī)格型號(hào)、風(fēng)機(jī)型號(hào)、風(fēng)量等的方案確認(rèn)，滿足此工況下熱流體冷卻的要求。另外，在化工企業(yè)等生產(chǎn)工藝過(guò)程都有采用空氣冷卻的實(shí)例，隨著設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的進(jìn)步，空冷器得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

[1]GB150-2011《壓力容器》中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版發(fā)行.

[2]GB151-1999《管殼式換熱器》中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版發(fā)行.

[3]NB/T47007-2010《空冷式熱交換器》新華出版社出版發(fā)行.

[3]GB/T13274-1991《一般用途軸流通風(fēng)機(jī)技術(shù)條件》中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版發(fā)行.

翟雨萍(1976—),女,山東青島人,本科,工程師,畢業(yè)于西安石油學(xué)院,化工機(jī)械專業(yè),研究方向:壓力容器、換熱設(shè)備、空冷器。