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空冷器的設計參考

日期:2022-01-11 01:31:52點擊:190

空冷器的設計參考
4. 2-4. 4節主要講述了空冷器的設計方法,從計算例可知,傳熱系數的計算是設計 的關鍵環節,也是最復雜的步驟,尤其是對于石油化工中的換熱介質,由于影響其物性數 據的因素很多,難以精確地選取,給傳熱計算帶來很大困難。為此,本節推薦一組空冷器 傳熱系數的經驗數據,借助推薦的經驗數據,可以大大簡化空冷器的設計。應當指出,這 些推薦數據是在特定的條件下給出的,因此,在選取和應用時要特別細心,應選取較大的 設計余量,為此,本節提出了選用經驗數據的注意事項,并給出了利用經驗數據的設計 實例。

4.5.1空冷器傳熱系數的經驗數據
推薦的傳熱系數的經驗數據見表4. 5. 1 -4. 5. 30各表中的傳熱系數是以光管(基 管)外表面為基準的。

表4. 5.1液體冷卻空冷器
液體名稱 運行條件及說明 傳熱系數/(W • m 2 - ℃-')
重油 8 ~ 14 °C API
150 r(平均溫度)
200勾(平均溫度)
  35 ~58
58 ~93
油品 20 °C API
93 r (平均溫度)
150 T (平均溫度)
200 X.(平均溫度)
管內流速>0.5 m/s 50 ?90
70-120
170-220
油品 30 °C API
93勾(平均溫度)
150 r (平均溫度) 200 r (平均溫度)
管內流速>0.5 m/s 140 ~190
250 ~ 300
280 ~330
柴油   250 ?300
煤油   300 -330
汽油   380-400
輕燈類   400 ?450
  500-600
質量分數為25%的鹽水(水占75% ) 管內流速>0.5 m/s 500 ~600
管內流速>0.5 m/s 600 ?700
     
表4. 5.2管內凝結空冷器(1)
流體名稱 運行條件和說明 傳熱系數/(W - m-2 --')
水蒸氣   700 ?800
含10%不凝氣的蒸汽   500 -600
含20%不凝氣的蒸汽   400-500
含40%不凝氣的蒸汽   300 ?400
純的輕炷   440 ?480
混合的輕煙   350 ?400
汽油   340 ?400
汽油-蒸汽混合物   400 -430
中等組分姪類   250 ?280
 

中等組分炷類-水蒸氣   300 ~350
純有機溶劑   400 ?450
  500-600
原油分餡塔頂氣體   300 ?400
輕汽油-水蒸氣-不凝氣 含不凝氣30%以下 300 ?400
煉廠富氣冷凝 含不凝氣50%以上 200 ~ 280
輕碳氫化合物的冷凝 c2 »CC5,。6 500 ?400
輕汽油   400
煤油   350 ?400
芳煙   400 ?450
加氫裂解 100 - 200(表壓) 420
加氫精制(汽油) 80(表壓) 380
加氫精制(柴油) 65(表壓) 300
柴油   200 ?300
燃料油   110
潤滑油(低黏度)   100 ?140
工業過程水   500-600
 
 
4. 5.3氣體或蒸汽的冷卻

氣體名程 氣體壓力(表壓)xlO5/Pa
0.7 3.5 7.0 21 35
傳熱系數/(w - m-2 - r-')
輕姪類 80-110 160 ~190 250 -280 360 ~ 380 390 ~ 420
中等組分煙類 80-110 190 -210 250 ~280 360 ~380 390 ~420
空氣 40 ~50 80-110 140 ~170 220-250 250 ~280
50 ~80 80 ?110 170 ~180 250 ?280 280 ~ 300
水蒸氣 50-80 80 ~ 110 140 ~170 250 -280 300 ~350
氫氣,體積分數為100% 110 ~160 250 ~280 360 ~ 380 470-500 540 -580
氫氣,體積分數為75% 90 ?140 220 ~250 330 ?350 440 - 470 480-520
氫氣,體積分數為50% 80 ?130 190 ~220 300 ~330 410-450 470 ~500
氫氣,體積分數為25% 60 ~ 120 160 ?180 240-320 350 -380 450 ~480
 
 
應當注意,在選用上述表格中的經驗數據時,除了要保證管外空氣質量流速在3.0~

5.0 kg/(m2 - s)之外,還應保證管內流體的流速在一定的范圍之內。例如,當管內是水或 其他液體的冷卻時,管內流速應大于0. 2-0. 5 m/s,當管內是氣體介質的冷卻時,管內流 速應大于5~10 m/so同時,還要考慮污垢熱阻的大小。一般,為了設計安全,應選取經 驗數據中的最小值<
在第2. 6節列出了管內單相流體換熱系數的計算方法,以水為例的一組計算結果見 表4.5.4,可以看出,當管內流速低于0.2 m/s時,管內換熱系數值很低,而傳熱系數永遠 低于最小的換熱系數值,因而導致傳熱系數的下降,甚至可能低于經驗數據。

表 4. 5.4 以水為例的計算結果
管內流速。/(m • s ') 0. 05 0. 1 0.2 0.5 1.0
管內Re數 5 258 10 516 21 033 52 584 105 169
hi/(W • m-2. ℃-1 600 1 045 1 820 3 788 6 595
 
 
由表4.5.4中的計算結果可知,為了保證管內有足夠高的換熱系數,管內水的流速應 大于0. 2 ~0.5 m/s,在空冷器結構設計中,如果選取的單管程的管子數目太多,就會導致 管內換熱系數和傳熱系數過低的情況。
幾個設計例與經驗數據的比較如下:
(1) 在例4. 2. 1中,空冷器管內是水的冷卻,計算的傳熱系數值為435 W/(
m2 • ℃), 而由表4.5. 1查取的數據是600 -700 W/(m2 • ℃),大于計算值,可能的原因是計算值 對應的管內流速較低,僅為0.205 m/s;
(2) 在例4.3. 1中,空冷器管內是水蒸氣的凝結和凝結水的冷卻,計算結果是:凝結 段的傳熱系數為667. 5 W/( 
m2 .),而在表4. 5. 2中推薦的數值為700 ~ 800 W/(m2 • );在水冷卻段,傳熱系數的計算值為100.3 W/(m2 •),比在表4. 5. 1 査取的數據600 ~ 700 W/(m2 •)要小得多,主要原因是蒸汽凝結后的液量的體積變 小,導致管內水的流速過低所致”
由此可見,由于設計條件差別很大,如有可能,空冷器的傳熱系數還是應以計算為主, 而以上述經驗數據作為參考。

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