1、大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文揚(yáng)子30萬t/年乙烯裝置丙烯精餾塔再沸器設(shè)計(jì)Design of Propylene Rectifying Column Reboiler in Yangzi Ethylene Plant學(xué)部學(xué)院： 化工機(jī)械學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 大連理工大學(xué)Dalian University of Technology摘 要該設(shè)計(jì)為揚(yáng)子30萬t/年乙烯裝置丙烯精餾塔設(shè)計(jì)了再沸器。論文首先收集了國內(nèi)外諸多近期關(guān)于再沸器的文獻(xiàn)，指出了現(xiàn)階段再沸器存在的問題與解決方法，并展望了未來的開展方向。論

2、文從選型方面，對各種再沸器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析與比擬，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，確定使用釜式再沸器。在工藝設(shè)計(jì)方面，使用管內(nèi)無相變傳熱公式和莫斯廷斯基管外傳熱公式，確定了適宜的尺寸，防止再沸器尺寸過大，且裕度適宜。設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度設(shè)計(jì)依照GB150-1998和GB151-1999，按照TEMA-1998設(shè)計(jì)了浮頭管板，并校核了振動(dòng)失效。經(jīng)計(jì)算，所有設(shè)計(jì)均平安。此外，文中還對新舊設(shè)計(jì)進(jìn)行比擬，從經(jīng)濟(jì)性，可靠性與維護(hù)方面進(jìn)行分析。經(jīng)濟(jì)性方面，本錢費(fèi)與加工費(fèi)合計(jì)約為80萬人民幣。相比擬，原設(shè)計(jì)的設(shè)備本錢比新設(shè)計(jì)要低。可靠性和維護(hù)性方面，由于釜式再沸器有著相當(dāng)?shù)木彌_能力，而且不存在熱應(yīng)力，其可靠性好。另外由

3、于殼程是可拆結(jié)構(gòu)，有利于殼程的清洗，對設(shè)備的持續(xù)工作有利。所以，新設(shè)計(jì)在可靠性與維護(hù)性方面有優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：工藝設(shè)計(jì)；強(qiáng)度設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)性分析Design of Propylene Rectifying Column Reboiler in Yangzi Ethylene PlantAbstract The reboiler of propylene rectifying column in Yangzi ethylene plant is designed in this work. Firstly, the literatures about reboiler both at home and

4、abroad are collected in this work, point out the exiting problem of rebioler and the possible solutions. It also prospects the future direction of its development. In the part of model selection, this designation has made a fully comparison and analysis of all kinds of reboiler. And after serious co

5、nsideration of the reality, designer decides to use kettle reboiler. In process design part, designer uses no-phase-change Heat Transfer Tube Formula and Mosdingski Heat Transfer Tube Formula. The result is pretty appropriate because it avoid the oversize of the reboiler. In the strength design part

6、, this designation fully obeys the standard of GB150-1998 and GB151-1999. TEMA-1998 standard is also used in the designation of floating head tube sheet. After that, designer checks the possibility of vibration failure, which shows a total safety of all the designation. Whats more, the comparison be

7、tween the new reboiler and the old one is made. In economy part, the material cost and manufacturing cost is nearly 800,000RMB. It is shown that the old designation is cheaper than the new one. In reliability and maintenance part, because kettle rebioler has a considerable buffering capacity and has

8、 no thermal stress, its reliability is better. Whats more, the kettle rebioler is detachable which could convenient the wash and fix job. So the new designation has more advantage in reliability and maintenance.Key Words：Process Design；Strength Design；Economy Analyze目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _

9、Toc294010073 摘 要 PAGEREF _Toc294010073 h I HYPERLINK l _Toc294010074 Abstract PAGEREF _Toc294010074 h II HYPERLINK l _Toc294010075 1 文獻(xiàn)綜述 PAGEREF _Toc294010075 h 1 HYPERLINK l _Toc294010076 1.1 再沸器的主要種類、特點(diǎn)及其應(yīng)用場合 PAGEREF _Toc294010076 h 1 HYPERLINK l _Toc294010077 1.1.1 釜式再沸器 PAGEREF _Toc294010077 h

10、1 HYPERLINK l _Toc294010078 1.1.2 塔內(nèi)置式再沸器 PAGEREF _Toc294010078 h 1 HYPERLINK l _Toc294010079 1.1.3 水平熱虹吸再沸器 PAGEREF _Toc294010079 h 2 HYPERLINK l _Toc294010080 1.1.4 立式管側(cè)熱虹吸再沸器 PAGEREF _Toc294010080 h 3 HYPERLINK l _Toc294010081 立式殼側(cè)熱虹吸再沸器 PAGEREF _Toc294010081 h 3 HYPERLINK l _Toc294010082 1.1.6 強(qiáng)

11、制流動(dòng)再沸器 PAGEREF _Toc294010082 h 4 HYPERLINK l _Toc294010083 1.2 再沸器存在的問題及其解決 PAGEREF _Toc294010083 h 6 HYPERLINK l _Toc294010084 1.2.1 腐蝕泄漏問題 PAGEREF _Toc294010084 h 6 HYPERLINK l _Toc294010085 1.2.2 振動(dòng)失效問題 PAGEREF _Toc294010085 h 8 HYPERLINK l _Toc294010086 1.2.3 焊接問題 PAGEREF _Toc294010086 h 9 HYPER

12、LINK l _Toc294010087 1.3 再沸器優(yōu)化設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294010087 h 10 HYPERLINK l _Toc294010088 1.4 論文結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc294010088 h 13 HYPERLINK l _Toc294010089 2 再沸器工藝設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294010089 h 14 HYPERLINK l _Toc294010090 2.1 設(shè)計(jì)背景 PAGEREF _Toc294010090 h 14 HYPERLINK l _Toc294010091 2.2 再沸器選型 PAGEREF _Toc29401

13、0091 h 16 HYPERLINK l _Toc294010092 2.3 工藝設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294010092 h 17 HYPERLINK l _Toc294010093 2.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)條件 PAGEREF _Toc294010093 h 17 HYPERLINK l _Toc294010094 2.3.2 估算設(shè)備尺寸 PAGEREF _Toc294010094 h 17 HYPERLINK l _Toc294010095 2.3.3 傳熱系數(shù)的校核 PAGEREF _Toc294010095 h 20 HYPERLINK l _Toc294010096

14、2.3.4 阻力校核 PAGEREF _Toc294010096 h 22 HYPERLINK l _Toc294010097 2.4 工藝設(shè)計(jì)結(jié)果 PAGEREF _Toc294010097 h 25 HYPERLINK l _Toc294010098 3 再沸器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294010098 h 27 HYPERLINK l _Toc294010099 3.1 筒體 PAGEREF _Toc294010099 h 27 HYPERLINK l _Toc294010100 3.1.1 大端壁厚 PAGEREF _Toc294010100 h 27 HYPERLIN

15、K l _Toc294010101 3.1.2 錐殼壁厚 PAGEREF _Toc294010101 h 27 HYPERLINK l _Toc294010102 3.1.3 封頭 PAGEREF _Toc294010102 h 28 HYPERLINK l _Toc294010103 3.2 管箱 PAGEREF _Toc294010103 h 28 HYPERLINK l _Toc294010104 3.2.1 短節(jié) PAGEREF _Toc294010104 h 28 HYPERLINK l _Toc294010105 3.2.2 封頭 PAGEREF _Toc294010105 h 2

16、8 HYPERLINK l _Toc294010106 3.2.3 結(jié)構(gòu)尺寸 PAGEREF _Toc294010106 h 30 HYPERLINK l _Toc294010107 3.3 補(bǔ)強(qiáng) PAGEREF _Toc294010107 h 30 HYPERLINK l _Toc294010108 3.3.1 管箱接管 PAGEREF _Toc294010108 h 30 HYPERLINK l _Toc294010109 3.3.2 殼體進(jìn)料接管 PAGEREF _Toc294010109 h 31 HYPERLINK l _Toc294010110 3.3.3 殼體氣相出口接管 PAG

17、EREF _Toc294010110 h 32 HYPERLINK l _Toc294010111 3.3.4 殼體液相出口接管 PAGEREF _Toc294010111 h 32 HYPERLINK l _Toc294010112 3.4 固定管板 PAGEREF _Toc294010112 h 33 HYPERLINK l _Toc294010113 3.4.1 計(jì)算各參數(shù) PAGEREF _Toc294010113 h 33 HYPERLINK l _Toc294010114 3.4.2 確定管板設(shè)計(jì)壓力 PAGEREF _Toc294010114 h 33 HYPERLINK l _

18、Toc294010115 3.4.3 計(jì)算無量綱數(shù) PAGEREF _Toc294010115 h 34 HYPERLINK l _Toc294010116 3.4.4 計(jì)算管板厚度 PAGEREF _Toc294010116 h 34 HYPERLINK l _Toc294010117 3.4.5 校核軸向應(yīng)力 PAGEREF _Toc294010117 h 35 HYPERLINK l _Toc294010118 3.4.6 校核拉脫力 PAGEREF _Toc294010118 h 36 HYPERLINK l _Toc294010119 3.5 浮頭 PAGEREF _Toc29401

19、0119 h 36 HYPERLINK l _Toc294010120 3.5.1 浮動(dòng)管板計(jì)算 PAGEREF _Toc294010120 h 36 HYPERLINK l _Toc294010121 3.5.2 浮頭蓋計(jì)算 PAGEREF _Toc294010121 h 38 HYPERLINK l _Toc294010122 3.5.3 浮頭計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc294010122 h 41 HYPERLINK l _Toc294010123 3.6 折流板，拉桿，滑道 PAGEREF _Toc294010123 h 42 HYPERLINK l _Toc294010124

20、3.7 振動(dòng) PAGEREF _Toc294010124 h 42 HYPERLINK l _Toc294010125 3.8 支座 PAGEREF _Toc294010125 h 44 HYPERLINK l _Toc294010126 3.9 強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果 PAGEREF _Toc294010126 h 45 HYPERLINK l _Toc294010127 4 個(gè)人重點(diǎn)設(shè)備費(fèi)用與經(jīng)濟(jì)性分析 PAGEREF _Toc294010127 h 46 HYPERLINK l _Toc294010128 4.1 設(shè)備費(fèi)用估算 PAGEREF _Toc294010128 h 46 HYPERLIN

21、K l _Toc294010129 4.2 操作費(fèi)用評估 PAGEREF _Toc294010129 h 48 HYPERLINK l _Toc294010130 4.3 可靠性評估 PAGEREF _Toc294010130 h 48 HYPERLINK l _Toc294010131 4.4 設(shè)備維護(hù) PAGEREF _Toc294010131 h 49 HYPERLINK l _Toc294010132 結(jié) 論 PAGEREF _Toc294010132 h 50 HYPERLINK l _Toc294010133 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc294010133 h 51 H

22、YPERLINK l _Toc294010134 附錄A 符號說明 PAGEREF _Toc294010134 h 52 HYPERLINK l _Toc294010135 致 謝 PAGEREF _Toc294010135 h 541 文獻(xiàn)綜述 再沸器的主要種類、特點(diǎn)及其應(yīng)用場合再沸器是精餾工藝中的核心裝備之一，屬于換熱器的范疇，但是由于在其中發(fā)生了相變，其設(shè)計(jì)、施工、維修和管理方面也與日常的無相變換熱器有所不同。再沸器就其形式而言，可分為交叉流和軸向流兩種類型。在交叉流類型中，相變過程全部發(fā)生在殼程。最常用交叉流再沸器的有釜式再沸器、內(nèi)置式再沸器和水平熱虹吸再沸器。在軸向流類型中，沸騰流體

23、沿軸向流動(dòng)，在管程完成汽化過程。最常用的軸向流再沸器為立式熱虹吸再沸器。當(dāng)熱虹吸再沸器的循環(huán)量不夠時(shí)，那么使用泵來增加循環(huán)量，這時(shí)，稱之為強(qiáng)制流動(dòng)再沸器。強(qiáng)制流動(dòng)再沸器既可以為立式結(jié)構(gòu)，也可以為水平結(jié)構(gòu)。通常，立式熱虹吸再沸器和強(qiáng)制流動(dòng)再沸器的沸騰過程均發(fā)生在管程，但在特殊的應(yīng)用場合，沸騰過程也可發(fā)生在殼程。下面就各種類型再沸器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用作一較詳細(xì)的分析1。 釜式再沸器釜式再沸器圖1.1殼體為大小端圓柱形殼體結(jié)構(gòu)，通過錐形殼連接。其汽液別離過程在殼程中進(jìn)行。為保證管束完全浸沒在液體中，通常在管束的外側(cè)設(shè)一擋板，維持殼程液位。換熱管束通常為雙管程的U 形管結(jié)構(gòu)，當(dāng)殼程液體較臟，為了方便清洗也

24、可以使用浮頭式換熱管。釜式再沸器非常適合應(yīng)用在汽化量大，沸點(diǎn)范圍寬的場合。圖1.1 釜式再沸器示意圖 塔內(nèi)置式再沸器塔內(nèi)置式再沸器圖1.2的特點(diǎn)是將管束直接插入蒸餾塔的塔底液池中，其他同釜式再沸器一樣。其應(yīng)用場合類似于釜式再沸器，但是也有相當(dāng)?shù)南拗?，即塔或塔釜直徑大，釜液潔凈不易結(jié)垢的工況。圖1.2 塔內(nèi)置式再沸器示意圖 水平熱虹吸再沸器熱虹吸，顧名思義，是利用塔底液再沸過程密度變小主要是局部汽化的緣故，從而和塔內(nèi)液體產(chǎn)生密度差，進(jìn)而獲得穩(wěn)定而持續(xù)的推動(dòng)力，使得再沸過程得以持續(xù)。熱虹吸再沸器是自然循環(huán)式，不需要外加能源，易于控制，所以幾乎可以用于任何精餾裝置中。其局限性是不宜用于粘性大、有特殊

25、結(jié)垢傾向的介質(zhì)這主要是因?yàn)闊岷缥俜衅饔捎诮Y(jié)構(gòu)原因，一般都設(shè)計(jì)成固定管板式，其殼程的清洗是相當(dāng)困難的以及熱源溫度不穩(wěn)定、或再沸器前后過程不穩(wěn)定的場合，另外熱虹吸再沸器的汽化率要控制在一個(gè)較小的10%20%范圍內(nèi)。而且，對于管內(nèi)外流體溫差較大的情況下，需要增設(shè)膨脹節(jié)?？傊?，熱虹吸式再沸器是目前最廣泛應(yīng)用，使用經(jīng)驗(yàn)最豐富的再沸器形式。圖1.3 水平熱虹吸再沸器示意圖 水平熱虹吸再沸器圖1.3，其加熱介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，管程即可以是單流程，也可以是多流程。在設(shè)計(jì)時(shí)，對于沸點(diǎn)范圍較寬的流體，應(yīng)設(shè)水平折流板，以防止輕組分在進(jìn)口處閃蒸及重組分在出口處濃縮。為了防止流動(dòng)阻塞，流動(dòng)不穩(wěn)定，應(yīng)對最大熱流密度加以限制

26、。該型再沸器適用于中等壓力、中等溫差及低靜壓頭的場合。 立式管側(cè)熱虹吸再沸器即立式熱虹吸再沸器圖1.4，是應(yīng)用范圍最廣泛的再沸器形式。沸騰過程可以發(fā)生在管程，也可以在殼程。立式管側(cè)熱虹吸再沸器的沸騰過程發(fā)生在管程，加熱介質(zhì)在殼程，兩相流混合物以較高的流速由排出管流向塔內(nèi)。出口管的流通截面應(yīng)與管束總的過流面積一樣大，出口管的壓降應(yīng)小于總壓降的30%。出口管既可由沿軸向的大直徑彎管和塔連接，也可采用管箱側(cè)面開口。試驗(yàn)說明，出口管的結(jié)構(gòu)對再沸器的性能影響很小，但出口管過流面積過小對再沸器的性能影響很大3。流動(dòng)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)壓頭由塔釜的液面壓頭提供。通常，塔釜液面和再沸器的上管板在一個(gè)水平面上。對于真空條

27、件，塔內(nèi)液面高度可為管束長度的0.50.8 倍，這樣可減少再沸器的過冷長度。為消除在低壓頭和高熱流條件下發(fā)生的流動(dòng)不穩(wěn)定性，應(yīng)在供液管路上安裝閥門或孔板。對于碳?xì)浠衔?，最正確的出口干度應(yīng)在0.10.35，而對于水和水溶液，出口干度應(yīng)在0.020.1。管徑和管長的選擇應(yīng)保證有足夠的循環(huán)量，防止發(fā)生干涸。圖1.4 立式管側(cè)熱虹吸再沸器示意圖立式熱虹吸式再沸器仍然屬于固定管板式換熱器，是無法對熱應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。因此對于溫差較大的工況，只能通過采取加膨脹節(jié)的方法，這對控制本錢是不利的。所以，其最正確適用條件為純組分、中等壓力、中等溫差、中等熱流及易結(jié)垢的場合。 立式殼側(cè)熱虹吸再沸器立式殼側(cè)熱虹吸再沸

28、器圖1.5沸騰過程發(fā)生在殼側(cè)。殼側(cè)裝有折流板，以使流體縱向流動(dòng)。垂直殼側(cè)再沸器適用于加熱介質(zhì)不適宜放在殼側(cè)的場合。例如，對于廢熱鍋爐，由于加熱流體的腐蝕性，因而要節(jié)省特殊的金屬材料，加熱介質(zhì)走管程較為適宜。圖1.5 立式殼側(cè)熱虹吸再沸器示意圖該類再沸器的設(shè)計(jì)，應(yīng)使沸騰側(cè)的流動(dòng)均勻分布，以防止死區(qū)的出現(xiàn)，防止汽態(tài)和高沸點(diǎn)組分的積聚，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使兩相混合物以均勻的高流速流經(jīng)管板。該類型再沸器的最正確應(yīng)用場合為中等壓力、中等溫差條件下的純組分的蒸發(fā)，且加熱介質(zhì)必須放在管內(nèi)側(cè)的工況，例如加熱介質(zhì)壓力很大的情況。 強(qiáng)制流動(dòng)再沸器強(qiáng)制流動(dòng)再沸器圖1.6沸騰過程發(fā)生在管內(nèi)側(cè)，臥式立式均可以。流體循環(huán)的動(dòng)力由大

29、容量泵提供。強(qiáng)制流動(dòng)再沸器的最正確應(yīng)用場合為有嚴(yán)重結(jié)垢傾向和有極高粘性的流體。因?yàn)榭梢员每梢允沽黧w保持很高的流速和非常低的蒸發(fā)率，使結(jié)垢的速率大大減小。但泵的造價(jià)和能源消耗都很高，故而使用受到一定限制，適用場合不甚廣泛1，2。圖1.6 強(qiáng)制流動(dòng)再沸器示意圖表1.1 各型再沸器優(yōu)缺點(diǎn)一覽表種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)釜式再沸器1對操作條件的變化不敏感，可到達(dá)很高的汽化率，很低的溫差。2在真空下或接近臨界壓力下操作時(shí)，設(shè)計(jì)比擬可靠。3無熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)可靠，清洗方便。1殼程液體在再沸器內(nèi)停留時(shí)間長，湍流度低，是所有再沸器中最容易結(jié)垢的。2. 占地面積大，消耗金屬多，造價(jià)高。內(nèi)置式再沸器1.受水力環(huán)境的影響很小，可使用

30、低品位熱源。2省去了殼體及連接管路等附件，是所有類型再沸器中造價(jià)最低的。3. 無熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)可靠。1比擬容易結(jié)垢。2對塔釜設(shè)計(jì)不利，往往使塔釜過大，不利于操作和開停車。3不適宜經(jīng)常拆洗維護(hù)。水平熱虹吸再沸器1不需要外加能源，易于控制，幾乎可以用于任何精餾裝置中。2有較高的循環(huán)率，較高的流速和較低的出口干度，從而防止了高沸點(diǎn)組分的積聚和降低了結(jié)垢的速率。3管束為水平方向布置，且流動(dòng)面積易于控制，因而需要的靜壓頭較低，這就降低了塔釜的高度，對精餾塔的設(shè)計(jì)有利。1不宜用于粘性大、有特殊結(jié)垢傾向的介質(zhì)。2由于無法進(jìn)行很大的熱補(bǔ)償，不適宜溫差大，熱應(yīng)力大的場合。3殼程結(jié)垢后很難清洗。4由于折流板及支撐板

31、的影響，在高熱流條件下，有可能發(fā)生局部的干涸現(xiàn)象。對于大型熱虹吸再沸器，為了使流動(dòng)分布均勻，往往需設(shè)多個(gè)管口和連接管件，這也勢必增加了再沸器的造價(jià)。5水平熱虹吸再沸器相對于立式再沸器，其占地面積大。立式熱虹吸再沸器1應(yīng)用最為廣泛，使用經(jīng)驗(yàn)最為豐富。2循環(huán)速度高，不僅傳熱膜系數(shù)高于水平式，而且有很好的防垢作用，特別適用于高分子材料。1垂直管不易拆卸、清洗及維修,尤其是管程結(jié)垢不易清洗。2塔底液面高度大約與再沸器上部管板在同一水平面上，這就提高了塔底的高度，使塔體造價(jià)增大，尤其是高大的塔。3. 立式熱虹吸再沸器對操作條件要求高，對于高真空和高壓力(近臨界壓力)及高粘度的寬沸點(diǎn)的條件，設(shè)計(jì)的難度很大

32、。4由于無法進(jìn)行很大的熱補(bǔ)償，不適宜溫差大，熱應(yīng)力大的場合。強(qiáng)制流動(dòng)換熱器1由于油泵提供能量，管內(nèi)流體流速快，不易結(jié)垢，適合嚴(yán)重結(jié)垢和極高粘性的流體1泵的造價(jià)和能源的消耗都很高。應(yīng)用不很廣泛 再沸器存在的問題及其解決再沸器在現(xiàn)代化工中有廣泛的應(yīng)用，其所在的精餾裝置往往是化工，紡織企業(yè)的核心與根底。所以，再沸器的可靠工作關(guān)乎企業(yè)的工作業(yè)績和平安管理。不過，由于種種原因，再沸器在服役過程中往往會(huì)出現(xiàn)實(shí)際中意想不到的問題。這些問題輕那么造成再沸器工作能力下降，不能正常位精餾塔提供能量；重那么造成物料污染，裝置泄漏或損壞，造成極大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)估計(jì)，一臺再沸器意外損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失幾十萬，但造成的間接經(jīng)

33、濟(jì)損失每天都以千萬計(jì)！所以，一些重要的精餾裝置往往設(shè)雙再沸器，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作。據(jù)近期文獻(xiàn)4、5、6所示，再沸器的存在的最主要問題就是腐蝕泄漏問題，其次就是振動(dòng)，再有就是焊接問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由腐蝕造成的再沸器腐蝕泄漏失效占再沸器總失效事件的65%以上。而且其原因也是多種多樣，十分復(fù)雜。國內(nèi)外近年來對此作了大量研究。而振動(dòng)造成的失效也占二成左右，其特征是往往伴隨著腐蝕現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生，危害很大，容易造成管束和殼體出現(xiàn)疲勞裂紋，必須得到重視。而焊接質(zhì)量問題主要是由于設(shè)計(jì)失誤，質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，發(fā)生幾率不高，但是一旦出現(xiàn)此類問題，必將造成大面積泄漏，經(jīng)濟(jì)損失也最大。下面就將對這些問題進(jìn)行一一介紹： 腐蝕

34、泄漏問題 腐蝕泄漏問題是再沸器故障中最為常見的一種，雖原因不盡相同，但在現(xiàn)象，解決方法上也有共性。在此限于篇幅，僅選出最有代表性的幾篇文獻(xiàn)進(jìn)行討論：王華明，李玲等4 對低變再沸器斷裂試樣進(jìn)行了斷口分析，對設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝操作原因進(jìn)行分析。文中指出，電化學(xué)腐蝕在低變再沸器中十分普遍。解決問題的核心在于盡量防止管子成為陽極。而對于低變再沸器中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕發(fā)生在電化學(xué)腐蝕之后，主要是由于管束與折流板的材質(zhì)不一樣，形成了原電池，而由于折流板不耐腐蝕，其開孔受到腐蝕變大，在其中的管束失去支撐，上外表的拉應(yīng)力變大，發(fā)生應(yīng)力腐蝕。解決方法主要有：(1) 防止管子與折流板間產(chǎn)生電位差，誘發(fā)電化學(xué)腐蝕。(2)

35、折流板合理布置，防止散熱不暢，形成流動(dòng)死區(qū)。(3) 入口處應(yīng)設(shè)置防沖裝置，盡量防止氣蝕。 此外，文章還對根本解決低變再沸器腐蝕的方法作了討論。認(rèn)為在材料使用方面，傳統(tǒng)的304號不銹鋼0Cr18Ni9防腐蝕能力最強(qiáng)；20號鋼滲鋁最經(jīng)濟(jì)。在焊接方面，管束與管板的連接最好采用強(qiáng)度焊與脹接相結(jié)合，先焊后脹。必要時(shí)采取犧牲陽極防腐蝕。這些措施在實(shí)踐中都得到了極好的效果。 張德勝5 針對甲醇精餾主塔再沸器嚴(yán)重內(nèi)漏現(xiàn)象及其危害，從工藝、設(shè)備兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析探討。文中介紹廠區(qū)內(nèi)某甲醇精餾主塔再沸器有十幾根換熱管內(nèi)漏殼程與管程之間的泄漏嚴(yán)重。主要集中在塔底液入口正對管板處，呈圓形分布；另有三十多根存在不

36、同程度的泄漏。這些泄漏的管束存在不同程度的減薄和斷裂現(xiàn)象，殼程入口也有明顯的沖刷腐蝕。究其原因，主要有設(shè)備方面原因和質(zhì)量方面的缺失。改良措施具體為：(1) 在下封頭內(nèi)側(cè) (塔底液入口處) 水平加一擋板 (見圖1.7)，以防止塔底液對管束與管板焊道的直接沖蝕。(2) 對再沸器管程進(jìn)行鎳磷鍍等預(yù)膜防腐處理。(3) 采用對稱施焊，以減小熱應(yīng)力。圖1.7 甲醇精餾主塔再沸器內(nèi)漏示意圖與解決方案示意圖 馬紅杰，黃新泉等6 分析了該廠乙二醇裝置500蒸發(fā)單元五效再沸器的腐蝕原因及過程。并指出該再沸器pH值的工藝操作指標(biāo)應(yīng)定為79，因?yàn)槿鯄A性的工作環(huán)境有利于金屬形成致密氧化膜，提高防腐性能。其次，對該再沸器

37、的管程也進(jìn)行了整體更換，新管束的材質(zhì)為Cr5Mo；考慮到經(jīng)濟(jì)本錢與生產(chǎn)平安，作者建議對腐蝕較輕的再沸器彎頭和封頭部位進(jìn)行鋼板與原材質(zhì)一致貼補(bǔ)，并對焊縫及熱影響區(qū)作探傷檢測，保證貼補(bǔ)質(zhì)量。最后，涂料防護(hù)。該再沸器采用德富康涂料進(jìn)行過防護(hù)，有效的延長了沖刷腐蝕的破壞周期，故應(yīng)該繼續(xù)使用。 林猛等人7 針對每次設(shè)備檢修后向塔底再沸器都會(huì)發(fā)生浮頭泄漏的問題，對再沸器的螺栓法蘭連接系統(tǒng)進(jìn)行了分析。文中指出，在換熱器內(nèi)導(dǎo)熱油逐漸升溫過程中，墊片的回彈性能會(huì)隨溫度的增加而逐漸下降，即墊片的彈性系數(shù)減小，相應(yīng)的回彈力也會(huì)減少。而回彈力的減少，會(huì)減少密封面比壓，引起泄露。作者給出了十分巧妙地解決方法，即利用彈性

38、墊圈圖1.8對法蘭進(jìn)行補(bǔ)償。彈性墊圈是一種新型的彈性補(bǔ)償元件，一般可以根據(jù)密封墊片的形狀、材料、預(yù)緊比壓、密封介質(zhì)壓力、密封介質(zhì)溫度、密封法蘭尺寸以及螺栓材質(zhì)等參數(shù)設(shè)計(jì)出彈性墊圈的具體尺寸。將其直接安裝在螺母下方，就會(huì)使螺栓的彈性系數(shù)極大降低。當(dāng)介質(zhì)溫度升高時(shí)，密封面壓緊應(yīng)力受到的影響會(huì)大為減小，從而減少泄漏。圖1.8 彈性墊圈使用示意圖 總體來說，再沸器的腐蝕泄漏問題主要都是因?yàn)椋苁c管板的連接處處理不當(dāng)，殼程、管程防沖措施不到位，再沸器選材不當(dāng)，防腐措施不到位或不適宜。不過，由于大局部再沸器都是難以拆卸的立式熱虹吸再沸器，對其腐蝕泄漏的處理往往十分復(fù)雜費(fèi)事。故而，能夠在設(shè)計(jì)層面上從嚴(yán)從難

39、，多方考慮，往往要比勤維修，勤維護(hù)來得經(jīng)濟(jì)，也省時(shí)省力。這是設(shè)計(jì)者們不能不引起注意的。 振動(dòng)失效問題 再沸器在設(shè)計(jì)過程中，往往要考慮振動(dòng)問題。因?yàn)樵俜衅鞑煌谄胀〒Q熱器，內(nèi)部存在相變，而無論是蒸汽冷凝，還是液體沸騰汽化都會(huì)造成因提及變化引起的振動(dòng)。而這種振動(dòng)如果不加限制與校核，就會(huì)引起管束的疲勞損壞。而這種疲勞損壞帶有突然性，危害很大。鑒于此，再沸器的機(jī)械設(shè)計(jì)中就利用折流板間距等幾何手段限制管束的振動(dòng)。不過，在實(shí)際操作中，往往會(huì)發(fā)生許多意想不到的因素，使管束的振動(dòng)超過預(yù)期，造成損失。國內(nèi)外有諸多文獻(xiàn)對再沸器振動(dòng)問題做了研究，取得了不小的成果：任軍平、張克鋒8等對本廠加壓塔再沸器失效做了分析。經(jīng)

40、分析，加壓塔再沸器換熱管斷裂的主要原因有換熱管的制造缺陷以及換熱管振動(dòng)與折流板之間的摩擦。文章對換熱管間存在的振動(dòng)作了討論，并詳加計(jì)算。計(jì)算了卡門渦街旋律fv，紊流抖振主頻率ft，聲頻fa與換熱管固有頻率，管束振動(dòng)判斷的依據(jù)根據(jù)GB151-1999。作者認(rèn)為認(rèn)為此再沸器在設(shè)計(jì)時(shí)對換熱管束與折流板之間的摩擦估計(jì)過小，造成折流板與換熱管束接觸處磨損嚴(yán)重，根本喪失支撐作用。這就使換熱管束相鄰的特征長度成倍增加，振動(dòng)頻率逐步下降直至接近蒸汽流動(dòng)的頻率，造成共振，最終泄漏。據(jù)此，作者提出了相應(yīng)的整改方案：首先，改變蒸汽流速。即減少殼程流量 Q，以分流殼程代替單殼程，以雙弓形折流板代替單弓形折流板，都能降

41、低橫流速度V，防止振動(dòng)。但此舉對傳熱效率有不利影響。其次，改變換熱管的固有頻率。如減少換熱管的跨距、在不影響橫流速度的情況下，折流板之間增設(shè)支承板、在換熱管二階振型的節(jié)點(diǎn)位置處增設(shè)支承板。最后，在殼程沿平行于氣流的方向插入縱向隔板消聲板，以減小公式中的特性長度，此舉可提高聲頻，防止聲振動(dòng)。當(dāng)然，在工藝條件與資金允許的情況下，還可以設(shè)置防沖板和導(dǎo)流筒，他們的方振降噪能力更強(qiáng)，還可以防止蒸汽入口處的管束腐蝕過快。劉儉國9對場內(nèi)鈦制再沸器管板接頭焊縫腐蝕開裂的原因做了分析，并提出了改良措施。作者認(rèn)為，再沸器出現(xiàn)管板接頭焊縫腐蝕開裂的原因是應(yīng)力。由于介質(zhì)本身極具腐蝕性。另外再沸器經(jīng)過改良，增加換熱面積

42、，但是蒸汽流量不增加，這就要延長了介質(zhì)加熱時(shí)間。由于蒸汽冷凝為水時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，使設(shè)備工作在過大的交變載荷下。所以，較大的交變應(yīng)力使管板接頭疲勞開裂，引起腐蝕開裂。文章中還根據(jù)實(shí)際情況提出了幾點(diǎn)改良：第一，可以將管板光孔脹接加焊接改為管板孔內(nèi)開槽脹接加焊接的方式連接。第二，雖然鈦制再沸器在沸騰的濃醋酸中使用時(shí), 工藝上應(yīng)保證其含水量足以使鈦鈍化，但在含有醋酸酐和甲酸等成分的沸騰濃醋酸中使用鈦時(shí), 設(shè)備材料應(yīng)盡量選用 TA9, TA10 合金。姜海一、賈國棟、孫亮等10對某再沸器出現(xiàn)疲勞裂紋失效做了研究，采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測定、宏微觀檢驗(yàn)、有限元應(yīng)力計(jì)算及振動(dòng)測試等方法對再沸器的材料、

43、加工工藝和工作狀況進(jìn)行了綜合分析。指出由于管板材料性能較差，在制造該再沸器過程中受焊接熱循環(huán)和較高應(yīng)力水平的影響，造成在熱影響區(qū)形成微裂紋，進(jìn)而又在工作介質(zhì)和應(yīng)力的作用下在該區(qū)域發(fā)生振動(dòng)疲勞損傷而形成宏微觀裂紋致蒸氣泄漏。最后還提出了利用彈性支座減震的新方法。 焊接問題 焊接問題在之前兩個(gè)問題中也都有穿插涉及，比方文獻(xiàn)5、9、10都指出其再沸器存在焊接問題，也指出提高焊接質(zhì)量，改良焊接工藝是提高再沸器質(zhì)量與服役壽命的重要一環(huán)。黃石嶺11就著重對氯化苯再沸器的焊接技術(shù)作了整理，有很強(qiáng)的借鑒應(yīng)用意義。作者認(rèn)為焊接的工藝簡單，但存在很大的局限：首先，力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理。列管與管板之間存在裝配間隙，殼體蒸

44、汽流動(dòng)誘導(dǎo)列管振動(dòng)，增大了列管與管板之間的拉脫力。其次，焊接工藝不合理。焊接接頭根部間隙較大，接頭抗疲勞強(qiáng)度較低，容易在焊縫根部發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞。 鑒于此，往往要采用脹焊結(jié)合(圖1.9)的方法。文章就介紹了脹焊結(jié)合的工藝特點(diǎn)及其選擇：對于先焊后脹即強(qiáng)度焊+密封脹的優(yōu)點(diǎn)主要有：可以防止因施焊受熱對脹接嚴(yán)密性的破壞；焊接前不需要對列管、管板孔做嚴(yán)格的清理，節(jié)約工時(shí)，降低人工本錢；不需要專門的清理設(shè)備，節(jié)約設(shè)備投資本錢；可以有效防止因先脹時(shí)殘留的油、水等物質(zhì)在焊接時(shí)揮發(fā)形成氣孔，保證焊接接頭質(zhì)量。 而先脹后焊即強(qiáng)度脹+密封焊的優(yōu)點(diǎn)也很明顯：先脹保證了脹接的均勻性，防止因施脹不均勻而造成脹接嚴(yán)密性降低

45、；保證焊接質(zhì)量，防止焊縫裂紋的產(chǎn)生。不過先脹后焊也存在缺點(diǎn)：即對管端的加工精度要求較高，增加了加工的難度及制造費(fèi)用；焊接時(shí)接近焊縫區(qū)的高溫使脹接局部應(yīng)力松脫，影響原脹效果；脹接剩余的油污、水等，由于焊接時(shí)不能從反面沖出，只能從熔池內(nèi)沖出，造成熔池內(nèi)流體金屬翻騰，形成氣孔；清理脹接殘留的油污、水困難，清理數(shù)以千計(jì)的列管需要專門設(shè)備，增加設(shè)備投入，提高了制造本錢。圖1.9 焊接與脹焊結(jié)合工藝示意圖1.3 再沸器優(yōu)化設(shè)計(jì)再沸器是精餾裝置的核心，為精餾過程提供能量。由于其工作環(huán)境特殊，常工作在強(qiáng)腐蝕，易結(jié)垢環(huán)境中。所以，新形式，新材料的再沸器成為研究的重點(diǎn)。此外，現(xiàn)在世界能源短缺，降低再沸器能耗，使用

46、較低品位熱源也是建設(shè)低碳工業(yè)，節(jié)能減排的必然要求。 錢鼎興12就對鈦材在再沸器上的應(yīng)用作了研究。對于局部強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，使用鈦材制造再沸器是最經(jīng)濟(jì)且最可行的方案。但是鈦材本身有許多問題，為其使用帶來了困難與局限。因此，對于鈦制再沸器，在不與腐蝕介質(zhì)接觸的部位，應(yīng)盡量不用鈦材，只在存在腐蝕介質(zhì)的管程和管箱使用鈦材。管板那么最好使用復(fù)合板，先貼張?jiān)俸蛷?fù)合鈦板焊接。防止使用昂貴且難以制造的鈦制膨脹節(jié)。 談沖13介紹提高立式熱虹吸再沸器管內(nèi)傳熱系數(shù)的計(jì)算方法，提出此傳熱系數(shù)與汽化率的關(guān)系，并對其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。文章采用 Chen 氏簡化公式： 。其中：，當(dāng)時(shí)，。當(dāng) 時(shí)，。計(jì)算得出結(jié)論：(1) 在出口汽化量要

47、求固定的情況下，再沸器列管內(nèi)側(cè)傳熱系數(shù)值隨出口汽化率的下調(diào)而增大，即再沸器傳熱面積將減小，有利于設(shè)計(jì)。(2) 兩相流體傳熱系數(shù)不存在極值，但再沸器汽化率低于5 %時(shí)不可能產(chǎn)生熱虹吸，故也不能單純?yōu)樘岣邆鳠嵯禂?shù)使汽化率無限小。因此為了平安，工程設(shè)計(jì)中常規(guī)的做法是將釜內(nèi)液面調(diào)至稍低于出口管與列管上管數(shù)差不多的高度上。(3) 過低下調(diào)出口汽化率使連接管尺寸過大亦非良好的設(shè)計(jì)。工程經(jīng)驗(yàn)一般推薦出口汽化率不低于 0.1，不大于 0.4。陸恩錫，李小玲等14介紹了蒸餾過程中間再沸器和中間冷凝器統(tǒng)稱中間換熱器，見圖1.10的節(jié)能原理以及相關(guān)工藝參數(shù)確實(shí)定原那么。指出使用中間換熱器的條件主要是有無可供匹配的冷

48、源或熱源。他們雖不能減少整體熱負(fù)荷，卻無須采用如同塔頂冷凝器和塔釜再沸器那樣高品位的冷劑和加熱介質(zhì)，從而有可能使用品位和價(jià)格較低的冷劑和熱源，節(jié)省了操作費(fèi)用。通常，別離相對較純的混合物時(shí)輕組分摩爾分?jǐn)?shù)小于0.1或大于0.9，蒸餾塔的熱力學(xué)效率是十分低下的。此時(shí)，假設(shè)輕組分摩爾分?jǐn)?shù)大于0.9，那么中間再沸器在提高蒸餾塔效率方面是十分顯著的；假設(shè)重組分摩爾分?jǐn)?shù)大于0.9，在中間冷凝器在提高蒸餾塔效率方面是十分顯著的。而對于富含輕組分的飽和液相進(jìn)料輕組分摩爾分?jǐn)?shù)大于0.5,中間冷凝器僅有不大的效率改善，而中間再沸器可較大地改良蒸餾效率；但是對于富含重組分的飽和氣相進(jìn)料重組分摩爾分?jǐn)?shù)大于0.5，中間再

49、沸器僅有不大的效率改善，而中間冷凝器可較大地改良蒸餾效率。中間再沸器的熱負(fù)荷可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，該熱負(fù)荷愈大,那么塔釜再沸器的熱負(fù)荷愈小。采用多大的熱負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)通過塔的逐板模擬計(jì)算進(jìn)行權(quán)衡，使得相關(guān)工藝參數(shù)能夠獲得較好的匹配。一般的，中間再沸器可以到達(dá)根本工況塔釜再沸器熱負(fù)荷的70%以上，如果使用廢熱來加熱中間再沸器的話,其節(jié)能幅度無疑是十分顯著的。圖1.10 中間再沸器與中間冷凝器功能示意圖劍橋大學(xué)化學(xué)技術(shù)公司的Hagan和Kruglov15對再沸器的熱流量作了深入研究，指出任何再沸器都有一個(gè)最大熱流量即熱負(fù)荷與傳熱面積之比。這一最大熱流量發(fā)生在管束外表由膜狀沸騰向過渡區(qū)過渡的臨界點(diǎn)上，這

50、一臨界點(diǎn)對應(yīng)的溫差稱為臨界溫差。作者認(rèn)為，最大熱流量即對應(yīng)著最大傳熱系數(shù)，此時(shí)的傳熱效果是最好的。所以，再沸器最好都設(shè)計(jì)在核狀沸騰區(qū)，這一來可以獲得最大的傳熱系數(shù)；二來也可以獲得更好的可控性。此外，本文還對不同加熱介質(zhì)的再沸器提出了不同的設(shè)計(jì)和控制方案。對于敏感加熱介質(zhì)熱油，應(yīng)用節(jié)流閥調(diào)整其流量，進(jìn)而控制再沸器熱負(fù)荷和平均傳熱溫差；蒸汽加熱那么可以用蒸汽控制閥控制蒸汽流量，也可以最再沸器內(nèi)的冷凝水液面高度進(jìn)行控制，增加減少換熱面積，最終到達(dá)控制再沸器熱負(fù)荷與平均傳熱溫差的目的。Xuenong Gao和Huibin Yin 16等人對燒結(jié)型外表多孔管在提高沸騰傳熱系數(shù)的作用做了分析。指出纏繞多孔

51、管T-MPS可以顯著提升沸騰外表傳熱系數(shù)，最高可達(dá)光管的4.4倍。而且實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)對于臥式換熱管，下部的換熱管比上部的傳熱系數(shù)大；立式的換熱管，上部比下部傳熱系數(shù)大。David A. McNeil和Khalid Bamardouf17等人對釜式再沸器內(nèi)部流動(dòng)作了研究。談們通過一臺透明殼體并帶有攝像頭的實(shí)驗(yàn)釜式再沸器，分別記錄了不同熱通量下的沸騰狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)指出，在熱通量小于10kW/時(shí)，各行間的壓降為一常數(shù)；在熱通量大于10kW/時(shí)，各行間壓降不斷下降。總之，這些文獻(xiàn)對于本次的再沸器設(shè)計(jì)是很有幫助的。從選型方面，應(yīng)當(dāng)綜合考慮場地，氣化率，介質(zhì)，溫差等方面進(jìn)行選擇。并且，應(yīng)當(dāng)綜合考慮之前文獻(xiàn)所述的問

52、題，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督管理，改良焊接制造，防腐減震，安裝維護(hù)的工藝，爭取將再沸器設(shè)計(jì)的更加平安可靠。1.4 論文結(jié)構(gòu) 本論文首先通過對近期再沸器有關(guān)文獻(xiàn)的分析，并結(jié)合實(shí)際工況，對再沸器的形式進(jìn)行分析，并確定了再沸器的形式與工況。其次，本論文將對再沸器進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)，主要是計(jì)算換熱面積和傳熱系數(shù)，并對再沸器的殼程和管程阻力進(jìn)行計(jì)算。第三，本論文將對再沸器進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，主要設(shè)計(jì)了包括筒體，封頭，管板，浮頭等局部，并對開孔補(bǔ)強(qiáng)和振動(dòng)進(jìn)行校核。最后，本論文將對新舊設(shè)計(jì)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性，可靠性和維護(hù)性方面的比擬。2 再沸器工藝設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)背景本次設(shè)計(jì)的再沸器是南京揚(yáng)子30萬噸乙烯裝置中丙烯精餾塔的再沸器。揚(yáng)子

53、30萬噸乙烯裝置，是95年建設(shè)投產(chǎn)的老廠。當(dāng)時(shí)與魯化等大廠聯(lián)合引進(jìn)了美國魯姆斯技術(shù)，利用裂解輕柴油，石腦油等原料生產(chǎn)乙烯。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)是從大慶油田獲得穩(wěn)定的石腦油供給。之后由于市場原因改用石腦油，輕柴油混合生產(chǎn)乙烯，但是凸顯出了裝置彈性缺乏，生產(chǎn)能力有限的短板。后對老設(shè)備進(jìn)行改裝，使得乙烯裝置在大量使用外來石腦油原料的同時(shí)，還可以使用該公司的直餾石腦油，常壓柴油，尤里卡加氫柴油，加氫裂化尾油等多種原料，有效擴(kuò)大了原材料的來源，增強(qiáng)了企業(yè)抗原材料供給波動(dòng)的能力，提升了競爭力。揚(yáng)子30萬噸乙烯裝置的主要工藝流程，見圖2.1，具體如下。原料經(jīng)過一對STR-1裂解爐后裂解氣化，經(jīng)過一系列的過濾，脫酸，脫水

54、加壓后，進(jìn)入冷箱冷凍。冷箱將混合氣體大局部液化，剩下的低沸點(diǎn)氣體均是甲烷。之后，混合液體進(jìn)入脫甲烷塔。脫甲烷塔是一種精餾塔，其輕組分絕大局部是甲烷，并重新送回冷箱。塔底餾分進(jìn)入脫乙烷塔，其中塔頂餾分為乙烯乙烷含少量乙炔共沸物，經(jīng)過乙炔化將乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯、乙烷，枯燥乙炔化過程產(chǎn)生水后送至乙烯精餾塔繼續(xù)精餾。塔底餾分送至脫丙烷塔，其中塔頂餾分為丙烯丙烷含少量丙二烯共沸物，經(jīng)過丙二烯轉(zhuǎn)化器將丙二烯轉(zhuǎn)化為丙烯丙烷，脫甲烷塔丙二烯轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生甲烷后送至丙烯精餾塔繼續(xù)精餾，其中塔頂產(chǎn)出丙烯，塔底重組分主要是丙烷經(jīng)過再精餾，在無塔底餾分的工藝操作下，于塔頂生產(chǎn)出液化石油氣。脫丙烷塔的塔底餾分為較重的碳四組分

55、，被送至脫丁烷塔，塔頂產(chǎn)出較純的丁烷，塔底那么是裂解汽油。該再沸器位于C3車間，丙烯工段，設(shè)計(jì)為丙烯丙烷精餾塔提供能量。該組再沸器理論熱負(fù)荷為22200000 kcal/h，約合25800 kW，總C3流量為337000 kg/h，汽化量約為7300 kmol/h，氣化率90%左右。不過，鑒于汽化量、熱負(fù)荷極大，設(shè)計(jì)者采用了雙再沸器的設(shè)計(jì)模式。所以，該組再沸器組單臺實(shí)際的熱負(fù)荷為12900 kW，C3流量168500 kg/h，氣化率仍為90%。該再沸器利用熱水進(jìn)行加熱。來自裂解爐的高溫高壓蒸汽在經(jīng)過透平做功后，仍有相當(dāng)?shù)臒崃?。該廠本著能量逐級利用的原那么，將這局部冷凝水作為各個(gè)精餾塔再沸器的

56、加熱能源。丙烯精餾塔再沸器的加熱能源，就是局部脫丁烷塔再沸器的出水與透平冷凝水的混合水。該混合水經(jīng)過軟化過濾，是比擬潔凈不易結(jié)垢的，故設(shè)計(jì)的時(shí)候熱垢阻力可以設(shè)計(jì)得較小。圖2.1 乙烯裝置工藝流程圖以上就是丙烯再沸器的工藝背景與操作條件。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，就是對這組再沸器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。2.2 再沸器選型再沸器最常見的形式是立式管側(cè)熱虹吸再沸器。但是，在這一工程實(shí)踐中不宜應(yīng)用。因?yàn)?，丙烷塔再沸器設(shè)計(jì)氣化率為90%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)立式管側(cè)熱虹吸再沸器的最正確氣化率10%-20%。如果采用立式管側(cè)熱虹吸式再沸器，那么必然由于上部管束干度過大，造成局部的氣液換熱。眾所周知，氣液換熱的效果遠(yuǎn)不及液液換

57、熱。這樣，想到達(dá)相同的換熱效果，就需要更大的換熱面積，這勢必增大換熱器的尺寸，給設(shè)計(jì)和安裝帶來困難。所以，該工況下，立式管側(cè)熱虹吸再沸器不適合。 另一種設(shè)計(jì)方法就是立式殼側(cè)熱虹吸再沸器。該型再沸器也是利用了熱虹吸原理，只不過沸騰流體走殼程，管程走加熱介質(zhì)。該類型再沸器的最正確應(yīng)用場合為中等壓力、中等溫差條件下的純組分的蒸發(fā)，且加熱介質(zhì)必須放在管內(nèi)側(cè)的工況，而且對出口氣化率限制不大。所以，立式殼側(cè)熱虹吸再沸器是可以應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中的。 但是，不得不說，在丙烯塔底利用立式殼側(cè)熱虹吸再沸器也有缺陷。雖然該型立式再沸器占地空間少，但是如果算上安裝，清洗，維護(hù)留下的空間裕量，其占地面積也比擬可觀。另外，據(jù)

58、資料顯示，該丙烷塔再沸器蒸發(fā)量巨大，僅管長就有6米，這就增加了塔釜的高度。丙烯丙烷共沸物的別離難度大，該塔有153塊塔板，塔高60余米，是整個(gè)乙烯裝置中最為高大的塔器。塔器在設(shè)計(jì)中，要考慮內(nèi)壓，自重，地震載荷和風(fēng)載荷，其中風(fēng)載荷影響甚巨，尤其是高塔。這是因?yàn)?，離地面越高，風(fēng)壓的修正系數(shù)就越高。換句話說，就是離地面越遠(yuǎn)，風(fēng)越大。而風(fēng)載荷等于計(jì)算塔節(jié)的風(fēng)壓與計(jì)算基準(zhǔn)面距離的乘積，塔高一旦增高，風(fēng)載荷是呈平方增長的，而且塔越高，這種增量就越明顯。在塔底安裝如此巨大的立式再沸器，勢必使本來已經(jīng)很高的精餾塔進(jìn)一步增高，為了保證平安，塔的壁厚也肯定要相應(yīng)增厚，塔的制造本錢增長不容無視。 另外，立式殼側(cè)熱虹

59、吸再沸器仍屬于固定管板式換熱器，不能提供熱補(bǔ)償。雖然該再沸器的平均溫差為22左右，并不算大，但是其熱應(yīng)力也是不容無視的。許多文獻(xiàn)都指出，熱應(yīng)力造成的管束根部腐蝕對再沸器的正常工作有很大危害。而且，固定管板式再沸器的拆卸維修是很費(fèi)力的，如果要將殼程也設(shè)計(jì)成可拆的，那么管板的制造費(fèi)用也會(huì)提高殼程壓力有2MPa，可拆結(jié)構(gòu)需要很厚的法蘭與昂貴的金屬墊片。所以說，增加塔高，不易拆洗，不易熱補(bǔ)償是立式殼側(cè)熱虹吸再沸器設(shè)計(jì)的缺陷。 所以，本設(shè)計(jì)決定使用臥式再沸器，可以選用臥式熱虹吸再沸器和釜式再沸器。該廠的原始設(shè)計(jì)就是臥式熱虹吸再沸器。這兩型再沸器一來可以很好的解決塔高增加的問題；二來，也可以突破立式再沸器

60、氣化率的限制。由于原設(shè)計(jì)選用臥式熱虹吸再沸器，為防止重復(fù)，決定設(shè)計(jì)一臺釜式再沸器。首先，釜式再沸器外徑最大不超過2.5米，對塔高影響有限。另外，釜式再沸器管束不存在熱應(yīng)力問題，可以再內(nèi)部自由伸縮，而且方便抽出，對殼程進(jìn)行清洗。所以說，釜式再沸器很好的解決了立式殼側(cè)熱虹吸再沸器的缺陷。 不過，釜式再沸器也不是沒有缺陷。該型再沸器是所有再沸器中占地面積最大，殼程最易結(jié)垢，造價(jià)最高的再沸器。但是，就該設(shè)計(jì)環(huán)境而言，殼程內(nèi)部是以丙烷為主的輕有機(jī)組分，不易結(jié)垢。而且相對于節(jié)省下的塔的制造費(fèi)用，再沸器設(shè)備費(fèi)用的上升也不明顯。 所以，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)將為丙烷塔設(shè)計(jì)一組釜式再沸器。2.3 工藝設(shè)計(jì)本次工藝設(shè)