换热器课程设计.docx

课程实训任务书课程石油装备设”综合实训题目炼油厂柴油换热器的选用和设计主要内容：1 .液化气工艺概述；2 .换热器的工艺计算；3 .换热器的结构设计；4 .换热器的强度校核；5 .换热器的结果汇总。设计条件：炼油厂用原油将柴油从175冷却至130,柴油流量为12500kgh;原油初温为70。经换热后升温到110。换热器的热损失可忽略。操作压力为60KPa管、壳程阻力压降均不大于30KPa0污垢热阻均取0.0003Pas.主要参考资料：lGB150-2011,压力容器S.郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计M.北京：化学工业出版社,2010.3JB4731-2005,钢制卧式容器S.4JB4712-2007,容器支座S.5JB4715-1992,固定管板式换热器型式与基本参数S.完成期限2013年3月24Fl指导教师专业负责人2013年2月25日第1章液化气工艺及流程图概述1液化石油-V工艺概述11.LI液化石油气的特点11.1.2液化石油气的来源1LL3液化石油气的提取2第2章列管式换热器的选用与工艺设计42.1 列管式换热器的概述42.2 初算换热器的传热面积42.3 主要工艺及结构基本参数的计算62.4 管、壳程压强降的校验92.5 总传热系数的校验122.6 列出所涉及换热器的结构基本参数14第3章换热器的结构设计153.1 筒体部分计算153.2 椭圆封头厚度163.3 管板选取173.4 JX173.5 鞍式支座193.6 接管19第4章换热器的强度校核214.1 计算容器重量载荷的支座反力214.2 筒体轴向应力验算214.3 鞍座处的切向剪应力校核234.4 鞍座处筒体周向应力验算24第5章设计结果汇总26参考文献27第1章液化气工艺及流程图概述1.1 液化石油气工艺概述液化气又叫液化石油气，是以丙烷、丁烷、丙烯、丁烯为主要成分的妙类混合物。英文名称为L.P.G（LiquifiedPetroleumGas）。1.1.1 液化石油气的特点（1）液化石油气的主要成分丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等在常温常压下呈气态。但适当升高或降低温度容易转变为液态。临界温度为92-162,临界压力为3.53-4.45MPa（绝）。（2）从气态转变为液态，体积可缩小250-300倍，使得液化气较其他燃气便于运输、贮存和输配。通常采用常温加压条件使液化气保持液态，因此用于运输、贮存和输配容器设备均为压力容器。在大规模液化气贮存中（贮存量超过10000t）,可考虑采用低温降压或低温常压法,以减少投资。（3）与其他城市燃气相比，液化气热值最高，低热值为45.1.45.91'41/1<8（液态）或87.8-108.7MJn（气态）。考虑到燃烧的完全性，通常采用降压法。（4）液化气从贮罐等容器或管道中泄漏后将迅速气化，需吸收充足的热量。这将导致漏孔附近材料及周围大气温度急剧降低，与人体皮肤接触甚至会造成冻伤。这也对容器的选材及制造提出了严格的要求。（5）气态浓化气重度较空气大1.82.0倍。泄漏后易在低洼、沟槽处聚积。而液化气爆炸下限很低（爆炸极限为空气中体积的1.7%10%）,极易与周围空气混合形成爆炸气体，遇到明火将引起火灾和爆炸事故。一旦遇火爆炸，其事故特点是对人员、设备及设施危害大，波及范围广，难以控制。所以在液化气供应中，必须保证运行安全、设备完好、操作正确、防火防爆。（6）液态液化气比水轻（一般为水重的50%60%）。在容器或管道中，通常呈饱和状态，其饱和蒸气压力随温度的升高（降低）而升高（降低）。其液态密度随温度的升高（降低）而减少（增加）。1.1.2 液化石油气的来源液化石油气有两种来源:一种是在油田或气田开采中获得的，称为天然石油气;另一种来源于炼油厂在石油炼制加工过程中所获得的副产品，称为炼厂石油气。天然石油气中不含有烯燃，炼厂石油气中则含有相当数量的烯燃，这是原油在二次加工时的裂解产物。1.1.3 液化石油气的提取液化石油气的提取主要有压缩法、吸收法、吸附法。1.1.3.1 压缩法从烧类的气一液相平衡关系可知，在一定温度下，不同烧类的饱和蒸汽压不同，含碳越高的烧类饱和蒸汽压越低，当温度高于某种炫的临界温度时，无论多高压力都不能使其液化。同时，在一定压力下，不同烧类的冷凝温度不同，含碳越高的妙类冷凝温度越高。因而若将一定温度下的气态混合短压缩，或者在一定压力下将其冷却，那么含碳高的煌类会成为液体。可从气态中分离出来，这就是压缩法提取液化石油气的基本原理。气体在压缩过程中温度将升高，其中烯燃在高温下易形成聚合物，影响压缩机运行。为此通常采用分级压缩的方法，使每级压缩后气体温度控制在140C左右，然后将其冷却。1.1.3.2 吸收法吸收法是利用吸收液对于不同气态燃具有选择吸收的能力而分离烧类的一种方法。汽油是常用的吸收刘，愈重的烧类在汽油中溶解度愈大。提高压力和降低温度有利于吸收过程，所以吸收塔通常在加压、低温或常温下操作。此外，吸收剂中待吸收组分浓度愈低。吸收效率愈高。为了提取液化石油气，一般先用吸收法把混合烧分离成C3以上的重储分和C2以下的轻储分及氢，然后再经过精储I,分离出C3、C4组分。1.3.3吸附法吸附法是利用吸附剂具有选择性吸附和解吸的能力来分离混合煌中不同组分的方法。作为吸附剂的有活性炭、硅胶和分子筛等多孔材料。其中分子筛的吸附能力强，选择性好，但是价格昂贵。工业上通常采用活性炭作吸附剂。当气态混合燃与吸附剂接触时，不饱和烧比饱和燃容易被吸附；在同类炫中高分子嫌容易被吸附。吸附法适用于分离含重燃很少的气态混合燃。1.2ARGG装置工艺流程概述1.2.1 ARGG装置ARGG装置包括反应-再生、分储、吸收塔、气压机、能量回收及余热锅炉、产品精制几部分租成，ARGG工艺以常压渣油等重油质油为原料，采用重油转化和抗金属能力强，选择性好的ARG催化剂，以生产富含丙烯、异丁烯、异丁烷的液化气、并生产高辛烷只汽油。其中，催化裂化是炼油工业中最重要的二次加工过程，是重油轻质化的重要手段。它是使原料油在适宜的温度、压力和催化剂存在的条件下，进行分解、异构化、氢转移、芳构化、缩和等一系列化学反应，原料油转化为气体、汽油、柴油等主要产品及油浆、焦炭的生产过程。催化裂化的原料油来源广泛，主要是常减压的储分油、常压渣油、减压渣油及丙烷脱沥青油、蜡膏、蜡下油等。随着石油资源的短缺和原油的日趋变重，重油催化裂化有了较快发展，处理的原料可以是全常渣甚至是全减渣。在硫含量较高时，则需用加氢脱硫装置进行处理，提供催化原料。催化裂化过程具有轻质油收率高、汽油辛烷值较高、气体产品中烯燃含量高等特点。1.2.2 部分工艺流程叙述吸收塔顶操作压力1.3MPa（绝）,从D-10301来的压缩富气进入吸收塔CJ0301自下而上逆流与来自D-10201来的粗汽油和补充吸收剂泵P-10304/1、2送来的稳定汽油（补充吸收剂）逆相接触。气体中的及以上的更重要组分大部分被吸收，剩下含有少量吸收剂（贫气）去再吸收塔C-10303,为了取走吸收时放出的热量，在吸收塔用P-10302/14分别抽出四个中段回流，经中段回流冷却器E-10307/18冷却后再返回吸收塔。在D-10301中平衡汽化得到的凝缩油由凝缩油P-10301/K2抽出后，经脱吸塔进料稳定汽油换热器E-10302/1-2换热至55进入脱吸塔C-IO302顶部。脱吸塔顶操作压力L4MPa（绝），温度50,脱吸塔底部由脱吸塔底重沸器E-10301/1.2提供热量。用分储部分中段回流作为热载体，以脱出凝缩油中的组分。塔底抽出的脱乙烷汽油送至汽油稳定系统。贫气从吸收塔顶出来进入再吸收塔C-10303,操作压力1.25MPa（绝）。与从分储部分来的贫吸收油（轻柴油）逆流接触，已脱除气体中夹带的轻汽油组分，经吸收后的气体（干气）送至脱硫装置，富吸收油则靠再吸收塔的压力自流至E-10205/1-2,与贫吸收油换热后再返回分储塔。第2章列管式换热器的选用与工艺设计2.1 列管式换热器的概述列管式换热器是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用途广泛、清洗方便、适应性强等优点，在化工、石油、轻工、冶金、制药等行业中得到了广泛应用。根据列管式换热器的结构特点主要分为固定管板式换热器、U型管式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器。2.1.1 类型的选定换热器类型的选定，主要可按流体压强，管壁与壳壁的温差及其污垢的清洗等方面来考虑。其中，固定管板式换热器主要由壳体、管束、封矢、管板、节流挡板、接管等部件组成。其结构特点是管束以焊接或胀接在两块管板上，管板分别焊接在壳体两端并在其上与封头连接，封头与壳体上装有流体进出口管。与其他形式换热器相比，其结构简单、紧凑、制造成本较低、管内不易积垢，及时产生了污垢也便于清洗。但它仅适用于壳程流体压强小雨0.6MPa,管、壳程壁温温差小于70,且关键只能通过清洁流体的场合。综合考虑，我们选定固定管板式换热器。2.1.2 流动路径的确定冷热流体在换热器内的流动路径，需进行合理安排，通常可依一系列原则确定。原则：不洁净和易结垢的流体走易于清洗的一侧。被冷却的流体宜走管程。流量小而粘度大的液体一般以走壳程为宜。故根据以上原则我们确定原油走管程，柴油走壳程。2.2 初算换热器的传热面积列管式换热器可根据生产任务要求，由热量衡算大致估算出换热器的传热面积。2.2.1热负荷及冷却介质消耗量的计算在热损失可以忽略不计的条件下，两流体均无相变的情况下，热负荷可由下式计算：Q=WeM区Y)=Wq47)(2-1)式中Q热负荷,w叱、叱.热、冷流体的质量流量，kg/sCP力、CPC热、冷流体的定压比热容，kJ(kgK).T2热流体的进、出口温度，rpt2冷流体的进、出口温度，C热负荷：Q=叱G(Tz)=I25X104X248XIO,X(175730)/3600=387500W原油消耗量:lzQ387500×3600W产=C2(r2-r1)2.2×103×(110-70)1.585×104kgh=4.4kg/s2.2.2计算平均温度差加小并确定管程数选取逆流流向，先按单壳程单管程考虑，计算出平均温差加.2Z=Z1r2、In八(2-2)式中进、出口两端流体温差中较低一侧的温差;z2进、出口两端流体温差中较高一侧的温差;a.r,-r1(175-110)-(130-70)"'1M165In-Inr160按下式计算因数R和P值：热流体的温降雪-72=冷流体的温降-:J故:175-130110-70八110-70P=Ed冷流体的温升二，2-4一两流体最初温度差一彳，=1.125=0.38(2-4)根据R、P值，查温度校正系数可读得，温度校正系数为=0.92>0.8°可见用单壳程单管程