计算管壳式换热器的新方法_HTRI法

第 8 期 石 油 炼 制 计算管壳式换热器的新方法—H TR I法 高 一 菱 (中国石油化工总公司北京 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院 ) 本文以无相变管壳式换热器设计计算为例 , 对K er n 法与 且T R I 法 , 从传热系数、 管 内外流速 、 压降等方面进行了比较 。 阐明K er n 法尽管成熟 、 可靠 , 但偏于保守; 而 H跟 I 法正弥补了它的不足。 为了提高换热器的设计水平 , 必须重视其计算方法, 用新的计算方法取代旧的计 算 方法势在必行 。 一 、 概 述 管壳式换热器 计 算 方 法 于 1 9 4 9 年 由 D o n o h u e 〔‘’提 出 , 该 计 算 方 法 是在修正 C o lb u r n 关联式的基础上提出 的 , 而 K er n 又 在 D o 几。 h u e 的基础上发展和总结了前人 的工作 , 于 1 9 5 0年发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 了他的著作 “卫ro ce ss H e a t T r a n Sle r ” (过程传热) 。在 该 书中 , 他把过程传热更加系统完整化 , 在传热计算 中 , 不但考虑 了管壳程流体 流 动、 温 度 分 布 、 污垢等对传热和阻力 一计算的影响 , 同时 还包括了冷凝及沸腾等多种类 型 的 传 热计 算 。 1 9 63年 K . J . B el l总结了前人的工 作 , 在利 用 T in k er 〔2 , 的多流路管壳式换热器流 动的物理模型的基础上 , 经过多人的实践开 发 , 最后由 B eu 执笔完成 “D el a w ar e 一B eij Met h od ” 报 告 。 B e u 法 的特点是尽量模拟 换热器流动的实际过程 , 利用大量实验数据 , 用五种流路校正系数进行关联 , 其传热计算 更接近于实际 , 其数学模型在 目前来看是较 先进的 。 蛇屹溯阅( 淘叼二目哈二目叮加叼二 (哈二淘喉加例(为呛二演司二闰呛二习心加咱C冲‘《刃 ‘《功‘《加 ‘O二淘呛二阅叼二淘尤( 刀‘《加代心闰吃〔刀优 C力幻公口‘心二刀叼二 0 ‘《二0 叫( 为司二加闷 ( 翔 ‘O : 心幻C刀哈匕淘 日义加哈二扣心二闰叼二扣心: 沁 导致大量空气漏入炉内 , 增加过剩空气量 , 降低热效率 。 过剩空气量增加 7一8% , 加热 炉的热效率约降低1 % 。故应重点检查炉体的 堵漏 , 如防爆门 、看火孔 、人孔 门 、管子的进出 口套管、对流室管板的缝隙处等 , 做到及时堵 漏处理 , 杜绝空气窜进炉内 , 为了降低烟气中 的氧含量和提高加热炉热效率创造了条件。 三 、 结束语 几年来 , 我厂的常减压蒸馏装置采用了 许多技术 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 , 并有效地提高了加热炉的热 效率 。 尽管如此 , 随着炼油厂节能工作的深 入开展 , 生产中所消耗的燃料 、 蒸汽等主要 能源 , 越来越引起人们的关注 J 应该看到炼 厂气除作燃料使用外 , 它又是宝贵的化工原 料 。 因此 , 应在减少能耗又能有效地提高加 热炉热效率的前提下 , 不断采取对策进行技 术改造 , 向更先进的水平努力 。 · 4 0 · 石 油 炼 制 19 8 7年 美国传热研究公司(H T R D 又进一步 以 B ell 的思路 、 T in k er 的流动模型 、 D el a w ar e 大学的实验数据 , 于 1 9 6 9年提出了 “液流分 析法 ” 。 又经几年的研究及改 进 , 提 出一套 完整的 , 应用于工程的设计方法和电子计算 机的程序。 该方法以工程设计应用为 目的 , 它一方面吸收了各研究者工作成 果 中 的 精 华 , 另一方面又尽可能考虑实际情况和工程 设计的特点 , 并通过实践工作补偿和校正了 模型与实际数据之间的误差 , 因此该方法是 实用于工程设计 , 并可以解 决 有 相 变 (沸 腾 , 冷凝) 和无相变换热器的 设 计 计 算问 题 。 把换热器设计计算提高到新的水平 。 二 、 我国换热器设计计算的现状 1 . 换热器是炼油装置节能必不可 少 的 设备 , 换热器大小 的选取 , 换热流程的组成 都直接影响投资及运行费用 , 用不同的方法 设计换热器 , 其技术经济效果将有明显的差 异 。 我国目前仍沿用五十年代由K e二 提 出 的方法 ((( 冷换设备工艺计算》中无相变换热 器是采用K er n 方法) 经 30 多年的实践证明 , K er 外 法 虽 然简单实用 , 但方法中的若干部 分都很保守 , 计算出的总传热系数值普遍偏 低 , 选取的传热面积偏大 , 目前无论是手算 、 电子计算机还是用最优化网络计算的数学模 型 , 基本都是采用 K er ll 法 , 这样必然导致 计算结果保守。 2 . 在压降计算方面 , 除 了 继 续 沿 用 K e二 的 摩 擦因数法外 , 用 ” 流 路 分 析 ” 法〔3 〕计算壳程压降已逐步推广 。 3 。 设计者对单台换热器不够 重 视 , 很 少进行单台优化选型 , 计算总是追求安全 、 保险、 加之换热器产品的系列品种所限 , 安 全系数过大 , 造成换热器选用的传热面积过 大 , 投资又高 , 而不能真正发挥其效益 。 三 、 K e rn 法与H T R I法对比 用两种计算方法 , 对同一例题 , 相同的 工艺条件 , 分别用两套无相变换热器计算机 程序 , 一个用 K e 1’n 法数学模型川 ; 另者用 H T R 工的数学摸型‘5 , , 其计算结果见表1 。 由表 1 的四个例题可看出H T 又工方法远 远优于 K eT n 法 , 主要表现在 : 1 . 管内、 外膜传热系数均比K er n 法为 高。 在同样的污垢条件下 , 在热负荷及平均 温差一定时 , 其总传热系数 用 H T R I法 比 K e1’ll 法要大得多 。 2 . H T R I 法 管内、 外介质流速均大于 K er n 法 , 这对抑制污垢沉积是有利的 , 对 于某些流体 (如粘度较大) 必须保证有一定 的流速 , 以便起到去污垢作用 , 这对传热显 然是有利 的。 3 . 用 H T R 工法计算的管内、 外压力降 能够最大限度地利用给定的压力降值 , 虽然 压力降值较大 , 但都在给定的允 许 范 围之 内 , 由表 1 看出H T R I法计算的△p ‘及 △P。 值均接近工艺条件 中给定 的允许压 降 , 亦即 H T R 工法把允许的压降尽量用以提高流速 、 加大雷诺数 , 使管内外的膜传热系数增加 , 对传热大为有利 , 相反 , 保守的压降计算 , 不 但不能提高传热系数 , 反而把泵所提供的输 送能量 (泵压头) 都白白地消耗到调节阀及 管路中的手阀 上 , 表 2 列 出 了 K e二 法 和 H T R I法对总传热系数 的影响。 H T R 工法几乎将全部 的压降用于传热 , 而 K er n 法的管壳程压降均有富余 , 因此两 种方法计算出的总传热系数相差很大 , 由表 2 可见 H T R I法比K e二 法提高了 2 . 18 倍 , 而 传热面积却下降了 2 . 77 倍 。 如果把这种经济 效益推广到换热网络中 , 则技术经济效果将 十分明显 , 例如据文献 〔6 , 介绍 , 美 国帕斯卡 古拉炼油厂 2 号常减压蒸馏的换热网络平均 传热系数已达 5 1 6 . 4W / (m Z ·K ) 〔4 4 4 k e a z/ (m “· h · ℃)〕是国外的先进水平 , 国内常减 压蒸馏的换热网络平均传热系数一般 为 175 W / (m ’· K )左右 ; 国内较高水平的传热系数 为3 3 3 , sw /( m ’· K ) 是南京炼油厂二套常减 第 8 期 石 油 惊 制 · 4 1 · 表 I K。。法与H T R 三法计算结果对比 器一热一石刀、.尹一六U料刃一35进(一从由一柴一轻一毛一稳器一00收却)一钊吸冷皿一g化某(一崔一换一10中亚一比由一器 原一一却)一10冷工’朋线‘一l常一芡瓶、”b ‘醛、一k \一量、一目流\一程 结垢热阻( m , ·K / k w )〕 壳程 管程 允许压力降 ( k pa) 壳程 0 。 3 4 39 2 0 . 5 15 8 8 0 。 5 ] 5 88 0 。 3 4 3 92 。 1 7 1 9 6 。 17 1 9 6 0 . 2 5 7 9 4 0 。 5 15 8 8 n†n” 管程 ::: 19 6 。 l 49 。 0 9 , 8 9 8 。 0 9 8 49 。 0 算方法 K el n 法 } H r狄 I 法 } K o n 法 } H T R I 法 K e r n 法 { H T R I 法 { K ‘r “法 1 rI T R I 法计 热负荷 ( k w ) 总传热系数〔W /( m Z · K 〕〕 5 1 1 。 3 25 7 。 D 2 74 3 。 2 34 9 。 4 27 5 1 。 0 48 2 。 3 4 16 6 。 0 37 9 。 4 4 2 7 7 。 8 8 3 0 。 4 2 2 0 7 。 9 3 9 4 。 0 2 2 0 4 。 0 5 3 5 。 7 管内膜传热系数〔W / ( m , ·K )〕 56 8 1 . 3 1 40 8 。 0 3 15 5 。 5 3 6 9 7 。 8 9 0弓7 。 8 4 6 6 6 . 9 4 3 7 0 。 4 管外膜传热系数 〔叼 ( In Z ·K )〕 对数平均温差 (℃ ) 温差校正系数 计算的换热面积 ( m 勺 选用的换热面积 ( m Z ) 压力降( k J孑a ) 壳程 管程 雷诺数 壳程 管程 流速 ( m / s ) 壳程 管程 安全系数 3 7 3 . 8 8 6 3 。 2 1 12 9 。 4 5 1 7 。 8 15 16 . 8 7 2 8 。 3 14 5 5 。 2 3 3 。 2 0 。 8 8 6 4 0 。 6 3 8 。 2 10 6 。 0 0 。 9 6 9 7 4 。 0 9 9 7 。 0 1 0 6 . 0 0 。 9 69 4 9 。 0 4 9 。 0 5 6 。 9 0 。 9 7 1 1 9 2 。 9 6 2 8 5 , 0 56 。 9 0 。 9 7 1 69 。 5 1 03 。 2 3 9 。 3 0 。 9 2 6 1 42 。 4 1 82 。 0 3 9 。 3 0 。 9 2 6 7 3 。 7 69 。 3 3 。 9 6 。 4 42 。 2 17 7 。 5 3 6 。 3 18 4 。 4 4 6 。 l 2 0 。 2 0 。 8 9 8 . 1 58 。 3 17 一 4 9 8 。 1 6 。 9 6 6 0 15 7 9 0 2 4 85 4 3 17 4 1 3 8 9 50 59 1 3 2 98 2 3 0 42 0 9 5 8 6 15 6 7 4 5 5 1 4 8 5 9 6 8 3 3 7 3 0 3 1 4 4 6 1 39 7 0 4 32 5 9 0 。 4 1 。 6 一 0 。 0 6 2 。 8 2 。 4 0 。 00 0 。 9 2 。 4 ::; 。 2 2 . 2 4 ;::: 。3 ;: 0 。 7 O 。 2 2 0 。 9 一 0 。 0 6 1人n†n甘n甘 lesesesesl、.,es....了...1卫⋯ 表 Z K。。法和H T RI 法对总传热系数的影晌 ~ ~ 、~ _ 石 自一 ~ 、~ ~ ~计算方法 ~ ~ ~ 一、}子署准竺奢{, ~岁署留气-⋯⋯: : ⋯:: : ⋯: : ⋯;:⋯: ⋯ 总传热系数 〔W / ( m , · K )〕 换热面积 ( m , ) K e r n 法 H T R 工法 3 7 9 。 4 19 2 。 9 6 8 3 0 。 4 6 9 扩5 · 嫂2 · 石 油 炼 制 1 9 8 7年 1 9 86 年度N PR A 技术问答会概要 陈宜馄 (中国石化国际事业公司) 张庆年 (锦州石油化工公司) 美国石油炼制者协会举办的 1 9 8 6年度炼 油和石油化工技术间答会于10 月 14 日一 17 日 在亚特兰大市举行。 这个问答会是美国炼油 企业交流生产技术经验 、 促进技术转让和科 技合作的一种重要方式 。 由于它面向炼油企 业生产技术上遇到的实际问题 , 不仅受到美 国炼油企业的重视 , 对各国炼油界亦有很大 吸引力。 参加会议的有来自世界各地的炼油 专家和技术转让经理人员 , 旨在交流经验的 同时促进技术转让和技术合作 。 从该会议可 以看到美 国炼油工业生产技术发展的动 向。 这次会议预先 由筛选委员会从收集到的 83 7个问题中选出25 8个问题 , 归纳为五大部 分 : ( 1 )加氢过程 ; (2 )环境保护与节能 ; ( 3 ) 轻油催化过程 ; ( 4 )重油加工过程 , ( 5 )一般过程及其它 。 从 问 题 和讨论情 况 看 , 在竞争激烈的形势下 , 为 了适应 日益提 高 的油品质量要求 , 优化产品结构 , 追求最 大的经济效益 , 美国炼油企业普遍对加氢工 艺、 提高汽油辛烷值 、 增加汽油收率给予极 大的关注 。 对环保方面 的问题探 讨 也 受 到 了重视 。 尽管因原油降价使发展重油加工工 艺的积极性受到一定的影响 , 但重油加工技 术仍然是与会代表最为关心的问题 , 讨论也 压蒸馏 的换热网络 , 两者差距之大的主要的 原因除设计水平之外两者的设计计算方法不 一样 , 前者外国的换热器计算是采用美国传 热研究公司推荐的最优壳程结构 及计 算 方 法 , 后者国内换热器计算基本 上 还 是 采用 K er n 的 方法计算 , 两者很难相比 , 以往发 表过国外换热器 , 换热网络如何如何高于国 内 , 国内又如何如何赶不上国外 , 多是无稽 之谈。 计算基准不一样 , 是无法相比的 , 此 外 , H T R I设计换热器是采用T E MA 标准 〔了, (美 国换热器制造商协会标准) 与我国的换 热器标准 JB 一1 1 6 8 一8 0 相 比 , 其系列规格 、 结构参数 、 壳体类型 、 管径 、 管子排列 、 折 流板型式及间距等都有较大的差别 , 其系列 品种远远少于T E M A 标准 , 仅用H T R I算法 , 不用T E M A系列 , 则计算结果将出入很大 , 甚至不能 满足设计夏求。 综上所述 , 为了提高换热器的设计水平 , 无论是对单台换热器或者是装置 的换热流程 必须重视其计算方法 , 用新的计算方法取代 旧的计算方法势在必行。 参考文献 〔1 〕 〔2 〕 〔3 〕 〔4 〕 〔5 〕 〔6 〕 〔7 〕 D o 立。五此 , D . A . , I ”d ·五”g ·C 几e书 . , 4 1 (11 ) , 1 9 4 9 , 2 4 9 9 ; 2 5 1 1二 , ,T in ke r , T . , A SM五 P a P 己犷 , N o 4 7 一A 一1 3 0 ,N e w Y o r k , 1 9 4 7 .黄鸿鼎、 冯亚云 , 《化工学报》, ( 1 ) , 1 9 79,9 1 0 石油化工 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 设计院 , 《冷换设备工艺计算)}, 石油化学工业出版社 , 1 9 7 4 , 25 一46 . 北京石油设计院 , “H T R 工系统 , 通用换热器 最优化计算” , (内部 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 ), 1 9 7 7 , 32 一47 . 华责 , 《石油炼制》, ( s ) , 了9 名4 , 3 3一5 4 . 兰州石油机械研究所 , “T E MA 管 壳式换热器 标 、尸 , 第 5 版 , 1 , 8 3 ,