一種改善再沸器換熱性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改善再沸器換熱性能的方法，包括以下步驟：a、選取金屬燒結(jié)型高通量換熱管，根據(jù)材質(zhì)和直徑確定過熱度ΔT；b、確定所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管的沸騰傳熱系數(shù)h；c、根據(jù)上述過熱度ΔT和沸騰傳熱系數(shù)h計算換熱面積A；d、根據(jù)換熱面積A選取步驟b中金屬燒結(jié)型高通量換熱管對再沸器的換熱管進行更換。采用上述技術(shù)方案后，用適宜面積的金屬燒結(jié)型高通量換熱管保證再沸器換熱性能，節(jié)約了設(shè)備成本，達到節(jié)能減排的要求。
【專利說明】
一種改善再沸器換熱性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別涉及一種改善再沸器換熱性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 再沸器是放置于精餾塔底部的換熱器，是一種廣泛應用于石油化工及其它工業(yè)領(lǐng) 域的通用設(shè)備?，F(xiàn)有的對再沸器進行內(nèi)部強化主要是通過增大換熱面積來進行的，但換熱 器的傳熱面積不可能無限制地增大，否則投資費用會大大增加，并且隨著工業(yè)化的進展，設(shè) 備緊湊化是必然趨勢。
[0003] 本發(fā)明人經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，提高傳熱系數(shù)對于改善再沸器的換熱性能具有很大 的影響。再沸器通常采用蒸汽作為加熱介質(zhì)，以冷凝的形式放出熱量，被加熱介質(zhì)受熱后以 沸騰的形式汽化。
[0004] 通過長期研究，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，再沸器冷凝側(cè)和沸騰側(cè)的傳熱系數(shù)的函數(shù)關(guān)系符 合公式：
[0006] 其中K為總傳熱系數(shù)，kb為沸騰側(cè)傳熱系數(shù)，k。為冷凝側(cè)傳熱系數(shù)，kw為管壁傳熱系 數(shù)，可根據(jù)材料性質(zhì)查表獲得。傳熱系數(shù)的單位為W/(m 2 · K)。冷凝側(cè)傳熱系數(shù)和管壁傳熱 系數(shù)都大于沸騰側(cè)傳熱系數(shù)，因此沸騰側(cè)的傳熱系數(shù)為控制因素，也就是說提高kb是提高 總傳熱系數(shù)的關(guān)鍵。
[0007] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改善再沸器換熱性 能的方法，實現(xiàn)在換熱面積有限的前提下對再沸器進行內(nèi)部強化。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于，提供一種改善再沸器換熱性能的方法，保證再沸器的換 熱性能達標的情況下節(jié)約換熱管數(shù)量，降低成本。
[0010] 本發(fā)明人在研究中偶有發(fā)現(xiàn)，沸騰傳熱系數(shù)主要由傳熱壁面上核化點的數(shù)量決 定，單位傳熱面積上的核化點數(shù)量越多則傳熱系數(shù)越大。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人進行了進一步 研究，又發(fā)現(xiàn)在上述沸騰傳熱系數(shù)公式的擬合中，核化點的形態(tài)也是非常重要的，對于兩個 不同的傳熱壁面而言，即使單位傳熱面積上的核化點數(shù)量一致，如果核化點形態(tài)差別較大， 沸騰傳熱系數(shù)也會出現(xiàn)較大差異。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：
[0012] -種改善再沸器換熱性能的方法，包括以下步驟：
[0013] a、選取金屬燒結(jié)型高通量換熱管，根據(jù)材質(zhì)和直徑確定過熱度Δ T;
[0014] b、確定所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管的沸騰傳熱系數(shù)h;
[0015] c、根據(jù)上述過熱度δ τ和沸騰傳熱系數(shù)h計算換熱面積A;
[0016] d、根據(jù)換熱面積A選取步驟b中金屬燒結(jié)型高通量換熱管對再沸器的換熱管進行 更換；
[0017] 上述步驟a和步驟b的順序可任意調(diào)換。
[0018] 上述改善再沸器換熱性能的方法，步驟b包括如下子步驟：
[0019] b-Ι、根據(jù)再沸器內(nèi)需要被加熱液體的氣化率和物性參數(shù)，計算馬特內(nèi)里數(shù)：
[0021] 其中，xtt為馬特內(nèi)里數(shù)，無量綱；
[0022] X為氣化率；
[0023] pg和pi分別為被加熱的液體物質(zhì)在氣體狀態(tài)和液體狀態(tài)下的密度，單位為kg/m3;
[0024] μ^Ρμι分別為被加熱的液體物質(zhì)在氣體狀態(tài)和液體狀態(tài)下的動力粘度，單位為 Pa · s ；
[0025] 上述1、08、01^4叫1均通過液體的參數(shù)表格查得；
[0026] b_2、根據(jù)上述馬特內(nèi)里數(shù)和以下公式，計算沸騰傳熱系數(shù)h:
[0031]其中，Pr為普朗特數(shù)，Re為雷諾數(shù)，
[0032] ho為對流換熱系數(shù)，單位為W/(m2 · K);
[0033] λ為液體導熱系數(shù)，單位為W/(m · K);
[0034] cU為所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管內(nèi)流體的當量直徑，單位為m;
[0035] μ為粘度，單位為Pa · s;
[0036] u為液體流速，單位為m/s;
[0037] Cp為熱容，單位為J/(kg*K)。
[0038] 上述改善再沸器換熱性能的方法，步驟c中計算換熱面積A的公式：
[0040] A為換熱面積，單位為m2;
[0041 ] m為單位時間流經(jīng)再沸器的液體流量，單位為kg/s;
[0042] X為氣化率，根據(jù)液體的物性表獲??；
[0043] △ Η為汽化焓，根據(jù)液體的物性表獲?。?br>[0044] h為傳熱系數(shù)；
[0045] ΔΤ為過熱度。
[0046] 上述改善再沸器換熱性能的方法，所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管是基底為不銹鋼 的金屬燒結(jié)型高通量換熱管。
[0047] 上述改善再沸器換熱性能的方法，不銹鋼的所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管的直徑 為19mm或25mm，并由此確定過熱度Δ T為20K。
[0048] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0049] 1、本發(fā)明采用金屬燒結(jié)型高通量換熱管改善再沸器的換熱性能，金屬燒結(jié)型高通 量換熱管采用金屬粒子燒結(jié)技術(shù)，將金屬粒子堆集在光滑管表面，形成大量的微孔，這些微 孔的數(shù)量遠遠大于光滑管本身所具有的核化點數(shù)量，使該換熱管具有很好的強化沸騰的作 用。同時，由于所用的金屬粒子顆粒大小一致，因此在光滑管表面形成的燒結(jié)層孔隙均勻， 便于擬合沸騰傳熱系數(shù)公式，便于確定傳熱系數(shù)；
[0050] 2、采用本發(fā)明的方法根據(jù)傳熱系數(shù)和過熱度對金屬燒結(jié)型高通量換熱管換熱面 積進行選取，用適宜面積的金屬燒結(jié)型高通量換熱管保證再沸器換熱性能，節(jié)約了設(shè)備成 本，達到節(jié)能減排的要求；
[0051] 3、金屬燒結(jié)型高通量換熱管采用不銹鋼基底，更加擬合沸騰傳熱系數(shù)公式。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明，以助于理解本發(fā)明的內(nèi)容。
[0053] 實施例
[0054]某精餾塔塔底物料為水，壓力0.1 MPa，流量為100t/h，其中20 %再沸，汽化溫度為 100 °C，再沸器使用不銹鋼304材質(zhì)，原使用0.5MPa水蒸汽(約150 °C)加熱，換熱面積約80m2。 [0055]現(xiàn)采用本發(fā)明的改善再沸器換熱性能的方法對該再沸器進行內(nèi)部強化，改用以不 銹鋼為基底的金屬燒結(jié)型高通量換熱管，對加熱介質(zhì)和換熱面積進行優(yōu)化。
[0056] 具體步驟如下：
[0057]步驟100:根據(jù)被加熱液體(本實施例中為水)的氣化率和物性參數(shù)，以下列公式計 算馬特內(nèi)里數(shù)：
[0059] Xtt為馬特內(nèi)里數(shù)，無量綱；
[0060] X為氣化率，取值0.2;
[0061 ] 在0 · IMPa壓力，100°C條件下，水的各項參數(shù)為，
[0062] pg = 0.58kg/m3 ；
[0063] pi = 958.8kg/m3 ；
[0064] yg=1.25X10-5Pa · s
[0065] yi = 2.838X10-4Pa · s
[0066] 計算求得 xtt = 0.117。
[0067] 步驟110:根據(jù)液體物性參數(shù)，以下列公式計算沸騰側(cè)(管內(nèi)）換熱系數(shù)：
[0070] ho為對流換熱系數(shù)，單位為W/(m2 · K);
[0071] λ為導熱系數(shù)，查表得到數(shù)值為〇.683W/(m · K);
[0072] di為金屬燒結(jié)型高通量換熱管內(nèi)徑，采用DN19(也可采用DN25)的不銹鋼為基底的 金屬燒結(jié)型高通量換熱管，內(nèi)徑為〇.〇16m;
[0073] Re為雷諾數(shù)，本身為無量綱數(shù)，取值2000;
[0074] Pr為普朗特數(shù)，查表取值為1.75;
[0075] 計算求得h〇 = 537W/(m2 · K)，h=17319W/(m2 · K)。
[0076] 步驟120:根據(jù)再沸器的額定換熱管的直徑徑確定加熱介質(zhì)所需過熱度，在本實施 例中，再沸器使用DN19型換熱管，20K過熱度即可滿足需求，故將加熱介質(zhì)調(diào)整為0.3MPa加 熱蒸汽(約130攝氏度）。
[0077] 步驟130:按照以下公式計算換熱面積。
[0079] A為換熱面積，單位為m2;
[0080] m為流經(jīng)再沸器的液體流量，100t/h;
[0081] X為氣化率，根據(jù)水的參數(shù)取值0.2;
[0082] △ Η為汽化焓，可查相關(guān)液體的物性表獲取，數(shù)值為2256kJ/kg;
[0083] △ T為過熱度，取值20K(加熱蒸汽非飽和，需去掉部分過熱度）。
[0084] 則有
[0086] 采用步驟100中的以不銹鋼為基底的金屬燒結(jié)型高通量換熱管安裝于再沸器，以 代替該再沸器中原定采用的換熱管，實現(xiàn)再沸器的換熱功能強化。
[0087] 強化后的再沸器能夠使用低品位的0.3MPa蒸汽取代較高品味的0.5MPa蒸汽，提高 了換熱性能，并且換熱面積減少40%，提高了設(shè)備緊湊性，并且上述兩點均能夠降低能耗， 符合節(jié)能減排的要求。
[0088] 在本實施例中，采用不銹鋼基底的金屬燒結(jié)型高通量換熱管改善再沸器的換熱性 能，由于內(nèi)壁為金屬燒結(jié)形態(tài)，基底為不銹鋼，更加擬合沸騰傳熱系數(shù)公式，金屬燒結(jié)型高 通量換熱管采用金屬粒子燒結(jié)技術(shù)，將金屬粒子堆集在光滑管表面，形成大量的微孔，這些 微孔的數(shù)量遠遠大于光滑管本身所具有的核化點數(shù)量，使該換熱管具有很好的強化沸騰的 作用。同時，由于所用的金屬粒子顆粒大小一致，因此在光滑管表面形成的燒結(jié)層孔隙均 勻，便于擬合沸騰傳熱系數(shù)公式，便于確定傳熱系數(shù)。
[0089] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，包括W下步驟： a、 選取金屬燒結(jié)型高通量換熱管，根據(jù)其材質(zhì)和直徑確定過熱度AT; b、 確定所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管的沸騰傳熱系數(shù)h; C、根據(jù)上述過熱度Δ T和沸騰傳熱系數(shù)h計算換熱面積A; d、根據(jù)換熱面積A選取步驟b中金屬燒結(jié)型高通量換熱管對再沸器的換熱管進行更換； 上述步驟a和步驟b的順序可任意調(diào)換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，步驟b包括如下子 步驟： b-1、根據(jù)再沸器內(nèi)需要被加熱液體的氣化率和物性參數(shù)，計算馬特內(nèi)里數(shù)：其中， Xtt為馬特內(nèi)里數(shù)，無量綱； X為氣化率； 化和P1分別為被加熱的液體物質(zhì)在氣體狀態(tài)和液體狀態(tài)下的密度，單位為kg/m3; Wg和μι分別為被加熱的液體物質(zhì)在氣體狀態(tài)和液體狀態(tài)下的動力粘度，單位為化· S; 上述X、化、Pi、yg和μι均通過液體的參數(shù)表格查得； b-2、根據(jù)上述馬特內(nèi)里數(shù)和W下公式，計算沸騰傳熱系數(shù)h:其中，化為普朗特數(shù)，Re為雷諾數(shù)， ho為對流換熱系數(shù)，單位為W/(m2 · K); λ為液體導熱系數(shù)，單位為W/(m · K); di為所述金屬燒結(jié)型高通量換熱管內(nèi)流體的當量直徑，單位為m; μ為粘度，單位為化· S; U為液體流速，單位為m/s; Cp為熱容，單位為J/化g-K)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，步驟C中計算換熱 面積A的公式：A為換熱面積，單位為m2; m為單位時間流經(jīng)再沸器的液體流量，單位為kg/s; X為氣化率，根據(jù)液體的物性表獲??； A Η為汽化洽，根據(jù)液體的物性表獲?。?h為傳熱系數(shù)； AT為過熱度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，所述金屬燒結(jié)型高 通量換熱管是基底為不誘鋼的金屬燒結(jié)型高通量換熱管。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，不誘鋼的所述金屬 燒結(jié)型高通量換熱管的直徑為19mm或25mm，并由此確定過熱度Δ T為20K。
【文檔編號】G06F19/00GK106096264SQ201610403456
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王甦, 王新劍, 陳曉文, 于春健, 劉霽斌
【申請人】大連凱信石化科技有限公司