处理量为51吨每年的煤油冷却器的设计(换热器课程设计)

处理量为51吨每年的煤油冷却器的设计(换热器课程设计)内容摘要：

料技术的发展同时也提高了换热器性能，扩大了其使用场合。 （一） 换热器的材料 材料一般分为金属材料和非金属材料，金属材料又分为黑色金属和有色金属。 1. 黑色金属材料 2. 低合金钢 一般低合金钢分为碳钢和 CrMo 钢。 CrMo 钢主要优点是度较好， 并且具有高温下耐氢腐蚀性能，机械性能较好，无氢脆现象，韧性较好，焊接性能也较好。 3. 低温用钢 一般指设计温度 — 20 的钢材。 高合金钢一般均可用于低温状 态。 低合金钢在低温状态下使用应具有良好的韧性，且金属组织稳定。 4. 高合金钢 高合金钢又分马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。 奥氏体不锈钢有稳定的组织，有良好的耐蚀性，低温性能好，一般适用于 — 50~~— 196 范围使用，用量较大。 吉林化工学院化工原理课程设计 9 （ 1）铜及铜合金 （ 2）铝及合金 （ 3）镍及合金 （二） 换热器的防腐 换热器的使用量大，包括在新建项目、改造项目、更新项目中的使用。 而在更新项目中，主要是对损坏的换热器进行更换。 损坏的原因一般由腐蚀造成，据统计，大概占有 90%以上。 全国每年由于腐蚀更换的换热器投资约 20 亿元，为此防腐成为技术发展的重点。 近年来防腐研究经费投入很大，但技术发展缓慢，效果不明显。 由于石油工业中的原油开采已进入中后期，石油中含酸值逐年增加，腐蚀逐年加重。 再则中东含酸原油进口量猛增，设备防腐的投资业越来越大。 因此，抗腐蚀材料及防腐措施尤为重要。 目前，换热器防腐有如下几种措施。 1. 防腐涂层 一般采用非金属涂层，常用的水冷器有防腐、防垢涂料 847 和 901， 还有 Ni— P 镀，但在油气系统使用较多 的是涂陶瓷，现场证明效果较好。 但由于换热管一般可达 6m 长，在长度上吐均匀很难做到。 如果有一个点状缺陷没涂到腐蚀将会加剧，所以涂均匀是控制质量的重要因素。 2. 金属涂层 一般有镀 Ni、镀 Ti、镀铜等，工艺效果虽好，但造价昂贵是阻碍使用的障碍。 3. 金属堆焊 一般采用碳钢、 CrMo 钢堆焊不锈钢较多，用来抗硫化氧和酸腐蚀。 该方法造价较低，效果很好，一般化肥、乙烯、炼油中加氢、重整、预加氢使用很多。 另外，还有复合板、双向钢管用量也较大，效果很好。 4. 缓蚀剂 目前炼油装置、化工装置多采用一脱四注的方式较多，效果也较明显。 国外也有露点腐蚀处注水的方式，控制露点腐蚀。 虽然采取了很多措施，但多数场合收效不大，目前已趋于使用稀有金属，提高腐蚀技术将是 新世纪的关键课题。 换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。 因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。 在研究投入大、 人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的换热器和强化传热元件诞生。 随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、 T 行翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。 国内各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热器的研究一直非常重视，走过了从引进、吸收、发展到自主开发的历程。 从 20 世纪 50~60 年代的照搬发展到 70 年代消化吸收，进入 80年代以来国内又出现了自主开发传热技术的新趋 势，大量的强化传热原件被推向市场，形成第一次传热开发浪潮。 到 90 年代中期，大量的强化传热技术应用于工业装置中，带来了良好的吉林化工学院化工原理课程设计 10 社会效益和经济效益。 近几年国内应用的强化传热技术基本上是 80 年代中期开发的，由于国内市场较大，使用者多不了解，认为很多技术都是新开发的。 在 90 年代大量应用的基础上，积累了很多经验，预计在 2020 年以后将会再掀起一次传热技术开发的新高潮。 国内 80 年代传热技术高潮时期的代表杰作有折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等一批优良的高 效换热器。 计算机应用的普及大大提高了工作效率，工艺设计技术水平随之提高， HTFS、 HTRI 软件技术的引进，缩短了国际间传热技术水平的差距。 换热流程优化软件和物质模拟软件的引进使得装置的热强度有了飞跃性的提高，已从单套装置的热强度 25000kcal / m h 提高到26000kcal / m h以上，个别已达到 27000kcal / m h 以上。 国内像 SW Lansys 强度软件及新的强化传热技术软件包的开发为上述提供了可靠的保证，目前国内已基本形成自己独特的传热技术软件包并具有开发能力，这些将在未来的十年内使中国步入 HTFS、 HTRI 等具有国际公认水平的技术领域。 换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。 在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的 30%~45%。 近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。 目 前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。 管壳式换热器按用途分为无相变传热的换热器和有相变传热的冷凝器和重沸器。 随着环境保护要求的提高，近年来加氢装置的需求越来越多，如加氢裂化，煤油加氢，汽油、柴油加氢和润滑油加氢装置等建设量增加，所需的高温、高压换热器数量随之加大。 螺纹锁紧环换热器、 Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器、密封盖板式换热器技术发展越来越快、不仅在承温、承压上满足装置运行要求，而且在传热与动力消耗上发展较快，同时亦适用于乙烯裂解。 化肥中合成氨、聚合和天然气等场合。 在这些场合，可满足承压高 达 35MPa，承温达700℃的使用要求。 在这些场合，换热器占有的投资占 50%以上。 在 500~1200℃燃气、合成气、烟气使用的石油、化工、乙烯、原子能、核能、化肥等领域使用的换热器主要是用特殊材料制造的废热锅炉，各种结构和用途的废热锅炉的应用回收了大量的热能。 如温度高达 550~780℃炼油装置燃气系统， 450~1200℃的航天发动机燃气系统，680~1100℃化肥中合成气系统， 650~900℃乙烯裂解气系统都采用具有特殊结构的一种管壳式换热器。 进入 20 世纪 90年代以来，随着装置大型化的发展要求，大型 换热器的使用需求增加，乙烯换热器就是一个例子：换热器直径达 ，重量达 120t，传热面积已达 3300 ㎡ ，高度达 30m。 如何提高传热效率，减少振动损失，是两项十分重要的课题。 大型化使得换热面积要达到 5000㎡ ，国外已达到 8000 ㎡ ，这样大面积的换热器制造难度大，使用要求高，安装难度更大。 如何解决大型化的难题，经过 20 年的努力，在传热技术上国内已研制成功的双壳程换热器、大型板壳式换热器，具有强化传热的高效换热器，有效地解决了传热效率低的问题；折流杆换热器的应用有效地克服了管束的振动，延长了管子的寿命，解决了 振动损坏，提高了工艺性能，降低了能力消耗，且宜用于较脏的场合。 板翅式换热器的发展，使换热器的效率提高到新的水平，结构更紧凑。 这种换热器的采用，吉林化工学院化工原理课程设计 11 满足了飞机发动机中间冷却和内燃机车发动机、汽车发动机冷却的需要。 由于具有体积小、重量轻、效率高、可处理两种以上介质的优点，这种换热器迅速在石油化工、乙烯装置中得到推广应用。 在低温场合（ 185℃的氮气冷却、 177℃液态空气冷却、 130~150℃的乙烯冷却、 165℃的天然气冷却和空分装置的冷却），采用板翅式换热器可减少体积 5~15 倍，节约重量 20~30 倍以上。 随着铝及铝合金钎焊技术的日趋发展，应用场合及范围将越来越广泛。 新型高效、紧凑式换热器的另一个结构形式 —— 板式换热器及板壳式换热器的应用亦不断得到拓展，由于城市集中供热的需求，节约了金属耗量。 随着城市中集中供热规模越来越大，面积小于 1000 2m 、使用温度小于 200℃、压力小于 的板式换热器已不能适应工况的需要。 如山西某城市供热系统 200MW 的场合，换热面积单台需要 3600 2m ，这无疑需要大型板壳式换热器，单板面积可达 212m （板式换热器单板面积国外 2m ，国内 2m ），单台传热面积可达 5000 2m ，板壳式换热器承温可达 700℃，承压可达 20MPa。 用板壳式换热器取代管壳式换热器 ，重量可节省 1倍左右，占地面积可节省 60%，多回收热量可达总热负荷 10%以上，节省设备长度近 2倍，节约投资 10%左右。 单套 60万吨 /年重整装置的立式换热器采用管壳式换热器，换热面积约需 3350 2m ，重量 125t，高度 30m。 而采用板壳式换热器，换热面积约需 1800 2m ，重量 55t，高度 13m，每年可节省燃料油 600t，节省操作费用 125万元。 国产第一台 350 2m 板壳式换热器，已在中国石油克拉玛依分公司运行 1 年零 2个月；国产 3000 2m 板壳式换热器亦即将在中国石油乌鲁木齐石化分公司 40万吨 /年重整装置中应用，结束了我国大型板壳式换热器依赖进口的局面，这一领域技术已达到国际先进水平。 螺旋板式换热器目前在石油、化工、冶金、电力中的应用较普遍，结构上已开发出可拆和不可拆两种。 作为紧凑式换热器品种之一，它的主要优点是：占地面积较小，安装方 便。 材料主要有碳钢、不锈钢、钛及其合金，主要用于设计压力小于 ，温度小于 300℃的中、低温位的冷却，化工装置中采用较多，食品、医药中较干净的介质多使用这种换热器。 如山东铝厂使用 6台 90 2m 的螺旋板换热器取代列管式换热器，节省传热面积 390 2m ，节省钢材 55t，节省占地面积 2倍，使用温度小于 200℃。 但螺旋板换热器在有应力腐蚀的场合应慎重使用。 某厂使用的不锈钢螺 旋板用于有 45181。 L/L 氯离子含量的介质中，使用 20 多天即腐蚀开裂，主要是螺旋板焊缝比例大，无法进行整体固熔处理。 另外，在介质较脏的场合亦应慎重使用不可拆式螺旋板换热器。 随着人民生活水平的提高，牛奶、果汁、明胶用量越来越大，大型多效板式蒸发器的开发适应了食品加工业的发展。 板式蒸发器国内技术已达到国际先进水平，板间大量蒸发降温既要满足杀菌作用，同时要达到浓缩和保证蛋白质的营养。 它的板片形状较为特殊，结构上与普通板式换热器不同，带有很大的蒸发空间，单台按面积可达 50 2m ，可处理 20t/h 的牛奶、果汁等介质。 吉林化工学院化工原理课程设计 12 在化肥、天然气液化、乙烯、煤气化装置中，螺旋管式换热器开发于 70 年代，应用于制氧等低温过程中。 螺纹绕管式换热器结构式芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，属盘管换热器之列。 相邻两层螺旋状产热的螺旋防线相反，一般分为单层和多层，可同时处理两种以上介质。 传热管管程一般采用Φ 8~Φ 12 的传热管，所以传热面积相对较大，结构紧凑，可达 100~170 2m / 3m。 该换热器承压 ≤ ，有自行补偿热膨胀性能，单台传热面积可达 25000 2m .由于管径较小，在用于结垢较重的场合易发生堵塞现象，而且无法机械清洗。 在氯碱行业及化工行业中强酸、强碱的强腐蚀场合较多，为了有效解决强腐蚀的问题，近年来研制成功的列管式石墨换热器、板式石墨换热器、玻璃钢换热器、氟塑料换热器、陶瓷纤维复合换热器等非金属换热器已在耐温、耐压上有所突破， 在上述工业装置中得到推广使用。 可处理的介质有盐酸、硫酸、醋酸和磷酸等强腐蚀介质，其传热面积最大可达 1000 2m ，使用温度可达 800℃以内，重量节约 2倍，耐压可达 占地面积节省189。 ~188。 在低温余热回收系统，热管的应用带来了巨大的社会效率，在烟气余热回收系统，国内普遍采用热管来回收低温热源，达到节能的目的。 目前开发的无机热管不仅在工业装置中应用，而且适用于家庭热水系统，既方便有节约能源。 热管主要是利用小的表面积来传递较大的热量，是 20 世纪 60 年代中期发展起来的传热元件。 国外 50 年代进入民用工业，具有效率高、压降低、结构紧凑等优点。 如某厂在一座 190104kcal/h 的加热炉回收余热，烟气从 399℃降到 168℃，使空气温度提高 230℃，每小时回收余热 104kcal/h，使加热炉燃料减少 15%，获得显著的经济效益。 由于我国目前油田多进入中、后期开采，原油中盐、硫含量升高，常减压装置常压塔顶及减压塔顶的腐蚀越来越严重。 在这些场合，碳钢换热器的寿命仅为 4~18 个月左右，防腐已从单纯的图层发展到采用钛材料的防腐，使钛换热器 已从原来的化工装置的应用发展到炼油装置。 国内早期用于炼油常压塔顶的是齐鲁石化公司炼油厂，目前国内多数炼厂已在此场合应用钛换热器来提高换热器的寿命，。