|
Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
Глава X
Теплообменные аппараты
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
В процессах нефте- и газопереработки требуется подводить или отводить тепло, чтобы обеспечить необходимые температуры в соответствующих аппаратах. Для этого служат специальные аппараты, называемые теплообменными или теплообменниками. В теплообменниках один поток отдает тепло, а другой его воспри нимает, т. е. один поток нагревается, а другой охлаждается.
В зависимости от назначения теплообменные аппараты можно разделить на следующие основные группы: нагреватели, испари тели и кипятильники; холодильники и конденсаторы; кристал лизаторы; регенеративные теплообменники.
В нагревателях, испарителях и кипятильниках нагрел или ис парение осуществляются с использованием специальных тепло носителей (водяного пара, дифенилоксида, масла ВМТ-300 н др.). Целевым назначением этих аппаратов является нагрев или испа рение соответствующего технологического потока, тогда как охлаждение или изменение агрегатного состояния теплоносителя (конденсация) определяются передачей тепла нагреваемому потоку.
Холодильники и конценсаторы служат для охлаждения потока или конденсации паров с применением специальных хладоагентов (воды, воздуха, испаряющегося аммиака, пропана, хлористого метила, фреонов и т. д.). Происходящие при этом нагрев и изме нение агрегатного состояния (испарение) охлаждающего агента являются побочными процессами. Окончательное охлаждение продуктов до температур, обеспечивающих их безопасное хране ние и транспортировку, происходит в холодильниках.
Кристаллизаторы предназначены для охлаждения жидких потоков до температур, обеспечивающих образование кристаллов некоторых составляющих смесь веществ (например, при депара финизации масел, разделении ксилолов и т. д.).
Регенеративные теплообменники используют для утилизации тепла одного потока, подвергаемого охлаждению, для нагревания другого потока. Эти теплообменники позволяют сократить подвод тепла (холода) при помощи специальных теплоносителей (хладо агентов) и улучшить экономические показатели работы техноло гических установок.
По способу передачи тепла различают теплообменные аппараты поверхностные и смешения. В поверхностных теилообменных аппаратах тепло передается через твердую поверхность, разде ляющую тенлообменивающпеся среды. В теилообменных аппара тах смешения тепло от одного потока к. дну том у передается при их контактировании.
На пефте- и газоперерабатывающих заводах в основном при меняют поверхностные теплообмешшс аппараты, так как смешение теплообменпвающпхсн потоков, как правило, должно быть исклю чено. Однако в тех случаях, когда горячил и холодный потоки имеют одинаковые составы или допустимо их смешение , применяют аппараты второго типа. В этой связи можно упомянуть такие устройства, как барометрический конденсатор, тарелки цирку ляционного орошения и горячей струп в ректификационных колоннах, конденсаторы для охлаждения воздуха, достигаемого впрыском воды.
Поверхностные теплаобмеиныс аппараты можно разделить на следующие типы по конструктивным признакам: а) кожухо трубчатые теплообменники: жесткого типа; с линзовым компен сатором па корпусе; с плавающей головкой; с U-образными труб ками; б) теплообменники тина «труба в трубе»; в) подогреватели с паровым пространством (рпбонлеры); г) погружные конденса торы-холодильники; д) конденсаторы воздушного охлаждения.
КОЖУХОТРУБЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ
Теплообменники жесткого пиит (рис. Х-Г) имеют цилиндри ческий корпус /, в котором услано плен трубный пучок 2, закреп ленный в трубных решетках 4, в которых трубки закреплены развальцовкой или сваркой. Корпус аппарата закрыт крышками 5 и 6. Внутри корпуса установлены перегородки 3, создающие опре деленное направление движения потока и увеличивающие его скорость в корпусе.
Одна из теплообмещшлющпхгя сред движется по трубкам, а другая — внутри корпуса между трубками. В трубки пускают бол-' с загрязненную спеду, а также среду с меньшим коэффициен том теплоотдачи, так как очистка наружной поверхности трубок затруднена, а скорости юшжеопн среды в межтрубпом простран стве меньше, чем в срубках.
Поскольку температуры теплообмен ивающпхея сред разли чаются, корпус н трубки получают различные удлинения, что при водит к возникновению дополнительных напряжении в элементах теплообменника. При большой разности температур это может привести к деформации н даже разрушению трубок л корпуса, нарушению плотности развалин тки и т. п. Поэтому теплообмен ники жесткого тина применяют при разности температур тенло- обменпнающихся сред не более 51) С.
Теплообменники с линзовым компенсатором на корпусе (рис. Х-2) применяют для уменьшения температурных напряжении в аппа ратах жесткого типа. Такие теплообменники имеют на корпусе линзовый компенсатор, на счет деформации которого снижаются температурные усилия в корпусе п трубках. Это снижение тем больше, нем больше число ли из у компенсатора.
Тсп.ыобменники с плавающей головка Л (рис. Х-3) нашли наи более широкое применение. В этих аппаратах один конец трубного пучка закреплен в трубной решетке, связанной с корпусом (на рис. слева), а второй может свободно перемещаться относительно корпуса при температурных изменениях длины трубок. Это устраняет температурные наир я жен и я в конструкции и позволяет работать с большими разностями температур теплообмениваю- щпхея сред. Кроме того, возможна чистка трубного пучка п кор пуса аппарата, облегчается замена труб пучка. Однако конструк ция теплообменников с плавающей головкой более сложна, а плавающая головка недоступна для осмотра при работе аппарата.
Перегородки, устанавливаемые в распределительной' камере п в плавающей головке, увеличивают число ходов в трубном пучке. Это позволяет увеличить скорость движения потока н коэффициент геплоогд.ачп ко внутренней стенке труб.
Межтрубпое пространство аппаратов с плавающей' головкой" обычно выполняется одноходовым. Мри двух ходах в корпусе устанавливают продольную перегородку. Однако в этом случае требуется специальное уплотнение между перегородкой п кор пусом. Поверхность теплообмена кожухотрубчатых теплообмен ников может составлять 1200 м‘- при длине труб от 3 до 9 м; условное давление достигает 6,4 МПа.
Рис. Х-1. Кожухотрубчатый теплообменник жесткого типа:
/ -- кожух (корпус); 2 -трубка; .7 - поперечная перегородка; 7 трубная решетка;
5 — крышка; (> - крышка (рас предел птсл ьпа я коробка); <г продолкп ые перегородки
соответственно и распределительной коробке и в корпусе.
Рис. Х-2. Кожухогрубчлтый теплообменник с лимювым компенсатором на корпусе.
Теплообмен i iki с U-оорхтымл трубками (рис. Х-4) имею трубный пучок, трубки которого изогнуты в виде латпнеко Г буквы U, и оба копна закреплены в трубной решетке, что обеспе чивает свободное удлинение трубок независимо от корпуса. Такие теплообменники применяют пр.п повышенных давлениях.. Среда, направляемая в трубки, должна быть достаточно чисть Г, так как очистка внутренней поверхности труб затруднена.
В зависимости от числа продольных перегородок в корпусе и распределительных коробках теплообменные кожухотрубчатые аппараты делятся на одно-, двух- и многоходовые как в трубном, так и в межтрубном пространстве. Так, на рис. Х-1 теплообмен ник является двухходовым как по трубному, так и по межтруб ному пространству, что достигается установкой продольных пере-
Рис. Х'З. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой.
Рис. Х-4. Кожухотрубчатый теплообменник с U-обраэными трубками.
городок 7 и 8. Поперечные перегородки <3 увеличивают скорость движения в межтрубном пространстве и создают более благоприят ные условия обтекания трубного пучка, что повышает эффектив ность работы теплообменных аппаратов.
ТЕПЛООБМЕННИКИ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»
В теплообменниках этой конструкции одна из теплообмени- вающихся сред движется внутри труб малого диаметра, а другая по кольцевому зазору, образованному трубами малого и большого
I
Рис. Х-в. Теплообменник типа «труба в трубе» разборный.
диаметров. Это позволяет создать высокие скорости движения сред и интенсифицировать теплообмен.
Применяют теплообменники типа «труба в трубе» жесткой конструкции (рис. Х-5) и разборные (рис, Х-б). Теплообменники жесткой конструкции используют при разности температур не более 70 °С. Длина труб неразборных теплообменников состав
ляет от 3 до 12 м, а наружный диаметр от 48 до 219 мм при давле нии 6,4 МПа.
Теплообменники разборной конструкции компонуются из труб длиной от 3 до 9 м диаметром 89 мм для наружных труб и 48 мм для внутренних. Поверхность теплообмена предусмотрена от 3 до 66 м2. Аппараты изготовляют на условное давление до 4 МПа.
Рис. Х-7. Оребренные труды:
а
В теплообменниках разборной конструкции внутренние трубы с наружной стороны могут иметь оребрение для повышения эффек тивности теплопередачи.
Разборные теплообменники позволяют осуществлять чистку наружных и внутренних поверхностей труб, а также применять оребренные внутренние трубы. Это дает возможность значительно увеличить количество переданного тепла. На рис Х-7 показаны оребренные трубы,
ПОДОГРЕВАТЕЛИ С ПАРОВЫМ ПРОСТРАНСТВОМ (РИБОЙЛЕРЫ)
Аппараты этого типа применяют для нагрева и частичного испарения нефтепродуктов, например при подводе тепла в нижнюю часть колонны, когда нет необходимости в трубчатых печах вслед ствие относительно невысоких температур. В качестве теплоно сителя обычно используют насыщенный водяной пар, который конденсируется в трубном пучке.
Подогреватель с паровым пространством (рис. Х-8) имеет цилиндрический корпус, в нижней части которого размещеныодин—три трубных пучка. Уровень жидкость н аппарате обеспе чивает! сливкой . с i, j е i ч ■■■- х; у; • м' i , гя ircvra кол (spoil налначаолся таким образом, чтобы трубный пучок полностью находился и слое жидко сти. Нагреваемая жидкость поступает через нижний штуцер в корпус аппарата, обтекает трубный пучок и сливается через перегородку в пространство за пей. Отсюда нагретая жидкость
Рис. Х-8. Подогреватель с паровым простран ством:
/ -- насыщенный водяной пар; II кон денсат; III -- нагреваемый продукт; IV нагретый продукту V' — 1г<фы при'.'укт'г,
I корпус, 2 -- сливп'ая перегородки; 'Л -- трубный пучок; -I козырек; 5 р;,снре-
де.ч ит е.п вп и я коробка.
выводится из аппарата через пнжлнй штуцер, а пары уходят через верхний штуцер. Над зеркалом жидкости имеется паровое про странство высотой не менее D!3. Трубный пучок 3 может быть выполнен с плавающей головкой пли с U-образными трубками. Он опирается на поперечные балки, к которым сверху крепятся прогоны из уголка, по которым скользит пучок при его -монтаже п демонтаже.
Поверхность теплообмена стандартных испарителей может достигать 350 мд стандартные испарители рассчитаны на условное давление в корпусе до 2,5 МПа и в трубном пучке до 4 МПа.
В тех случаях, когда не требуется испарять часть продукта, а необходимо только повысить его температуру, применяют тепло- обмеппые аппараты обычной конструкции, обогреваемые водяным паром.
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
В последние годы в связи с необходимостью экономии потреб ления воды, уменьшения количества сточных вод и по другим причинам широкое распространение получили аппараты воздуш ного охлаждения (АВО), которые применяют в качестве конден саторов п холодильников. Хладоагейтом в этих аппаратах служит окружающий воздух, продуваемый вентилятором снаружи труб ного пучка, по которому проходит охлаждаемы й продукт (рис. Х-У). Трубные пучки могут быт., расположены горизонтально, наклонно плн вертикально — в зависимости от величины поверхности, на значения и компоновочной схемы аппарата.
Для повышения эффективности теплоотдачи к потоку воздуха трубы сна стают поперечным оребрением (см. рис. Х-7), а для предохранения от коррозии их оцинковывают снаружи. При высокой температуре окружающего воздуха его охлаждают,
|
|
|
Скачать 2.36 Mb.