低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究与开发.pdf

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时间:2020-03-22

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1、第41卷第6期化工机械705低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究与开发+张周卫料1汪雅红1‘2薛佳幸1李跃1’2(1.兰州交通大学环境与市政工程学院;2.甘肃中远能源动力工程有限公司)摘要针对煤制甲醇等煤化工领域内的低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述;举例说明甲醇一甲醇冷却器、低温循环甲醇冷却器、未变换气冷却器、变换热气冷却器及原料气冷却器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用缠绕管式换热设备的基本设计方法和内部多股流换热工艺流程;对不同介质、不同用途的低温甲醇用缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及其工作原理进行阐述;为低温甲醇领域内缠绕管

2、式换热器的设计计算提供参考;展望低温甲醇用系列缠绕管式换热器的重要研究方向和需要进一步解决的关键科学问题。关键词缠绕管式换热器低温循环甲醇冷却器未变换气冷智器变换气冷却器原料气冷却器中图分类号TQ051.5文献标识码A文章编号0254_6094(2014)06-0705-07低温甲醇用缠绕管式换热器主要应用于煤制甲醇等煤化工领域⋯,是以一70℃低温甲醇吸收CH。、CO—CH。气体中酸性气体,同时回收H:S及CO:等杂质气体,应用多个螺旋缠绕管式换热器进行低温换热为主要特征的工艺流程旧1。主换热设备包括甲醇一甲醇冷却器H1、低温循环甲醇冷却器H1、未变换气冷却器∞1

3、、变换热气冷却器Mo及原料气冷却器¨1等缠绕管式换热器,属带相变多股流低温高压换热器。低温甲醇用系列缠绕管式换热器是换热管道经层层缠绕后形成的多管束螺旋盘管型热交换设备,采用逆流换热形式,主要由壳体、多股流管束及芯筒等部件构成,因换热介质和换热工艺的不同,其外型设计也会有较大的差别,属缠绕管式换热器中三股流以下的系列化多股流换热器,主要用于管程存在较大温差变换热气、未变换气、原料气及尾气的换热过程。由于低温甲醇用缠绕管式换热器具有结构紧凑、单位容积传热面积较大,传热管的热膨胀可自行补偿、容易实现大型化及可减少设备台数等优点,成为低温甲醇洗旧。等低温净化、液化工艺中

4、的重要设备。低温甲醇用缠绕管式体积较大,一般以传热塔的形式出现,内部管道缠绕复杂,没有通用设计标准,也没有统一的换热工艺设计计算方法,随着工艺流程或物性参数特点不同而存在较大差别,难以标准化。此外,由于管柬缠绕方法较多,没有统一的管道缠绕模型和理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程,给低温甲醇用缠绕管式换热器的科学计算过程带来了障碍。近20年来,国外主要有德国Linde公司等开发,主要应用于低温甲醇洗等工艺中,可进行低温工况下的多股流低温高压多股流回热换热。具有换热效率高、集约化程度高及需要换热设备数量少等特点。国内在石油化工、低温制冷等行业内对缠绕管式换热器已有

5、较广泛应用,一般随整体工艺成套进口。在换热工艺计算方面,目前流行的缠绕管换热器管外传热膜数计算主要基于Gilli公式、管内传热膜数基于Schmidt公式,优点是计算过程简便,带有不同的管道修正系数,便于单股流常温换热器设计计算。缺点是不能用于低温工况、多相流、多股流计算过程,没有考虑多相流相}中国博士后基金项目(2012M521814)和国家中小企业创新基金项目(12C26216207017,13C26216205878)。}·张周卫,男,1974年10月生,副教授。甘肃省兰州市,730070。706化工机械2014钲变制冷过程等,尤其应用于大型多股流带回热换热的

6、多股流、多相流、大温差混合制冷剂相变制冷过程,计算误差较大等。此外,低温甲醇用缠绕管式换热器管束缠绕过程复杂,如何确定管道参数、缠绕参数、材料参数,并将整个设计参数代入换热工艺计算过程,需要嵌套大量迭代计算,同时考虑强度计算过程及管内流速限定等,需要编制复杂的设计计算软件进行计算。兰州交通大学与甘肃中远能源动力工程有限公司曾对一70'12低温甲醇用系列缠绕管式换热器‘3。1、一163℃LNG专用系列缠绕管式换热器。8“纠及一197。C低温液氮用系列缠绕管式换热器¨“”1等系列缠绕管式换热器进行了系统的研究开发,根据不同温度和换热领域,研究不同种类的缠绕管式换热器旧

7、0’“。,开发了适用于低温多股流多相流计算的缠绕管式换热器设计计算软件旧“。针对一70"12低温甲醇用系列缠绕管式换热器换热特点、结构特点,以甲醇一甲醇缠绕管式换热器为基础研究开发未变换气冷却器、变换气冷却器、原料气冷却器等多股流、多相流、低温缠绕管式换热器,目前已具备产业化设计及加工制造能力。1甲醇一甲醇缠绕管式换热器1.1技术解决方案甲醇一甲醇缠绕管式换热器为单股流换热器(图1)¨1,用管侧甲醇与壳侧甲醇进行换热。按传统的设计方法设计单股流缠绕管式换热器,一般采用两块大管板与简体直接焊接的方法固定管板和管束,一旦换热器管束出现破裂,由于管束、管板和简体焊为一体

8、,往往需要

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