天然氣凈化工藝中MDEA貧富液換熱器的設(shè)計(jì)與校核案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2516天然氣凈化工藝中MDEA貧富液換熱器的設(shè)計(jì)與校核案例 1100091.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1198701.2換熱器熱量衡算 17031.3換熱器初步選型 2159301.4換熱器尺寸核算 4154541.4.1阻力損失校核 4114311.4.2傳熱面積校核 71.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1)MDEA富液進(jìn)口溫度t1=67.5℃，組成和流量與閃蒸液相同，出口溫度取t2=95℃。(2)MDEA貧液進(jìn)口溫度等于重沸器出口溫度，T1=120℃，組成與再生塔底相同，出口溫度設(shè)為T2℃。1.2換熱器熱量衡算取換熱器的進(jìn)出口溫度的平均值作為定性溫度，則：富液溫度81.5℃貧液溫度℃由公式得，貧富液的定壓比熱容分別為：3.4745＋1.475×10-3T23.5379J/(g·K)貧液放出熱量：富液吸收的熱量：kJ/h該設(shè)計(jì)中熱損失按5%計(jì)算，則由能量守恒可得：帶入解得：T2=89.24℃1.3換熱器初步選型⑴設(shè)計(jì)方案由于富MDEA溶液具有腐蝕性強(qiáng)，易于結(jié)垢的特點(diǎn)，直徑25×2.5mm的碳鋼管正方形斜轉(zhuǎn)45°排列。對(duì)于MDEA溶液，所有溶液管線內(nèi)流速應(yīng)低于1m/s，吸收塔至貧富液換熱器管程的流速宜為0.6~0.8m/s，故取管內(nèi)流速為0.7m/s。⑵換熱器的熱負(fù)荷取熱損失為5%，則換熱器的熱負(fù)荷：1.8562×108kJ/h⑶逆流平均傳熱溫差熱流體熱流體冷流體T1T2t2t1圖8-1冷、熱流體逆流示意圖由圖8-1可知：25℃℃℃⑷有效平均傳熱溫差為了滿足經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)使校正系數(shù)，故該設(shè)計(jì)采用殼側(cè)2程，管側(cè)大于2程的換熱器如圖8-2所示，查圖8-3可得：0.95。故℃圖8-2殼側(cè)2程，管側(cè)大于2程圖8-3多程換熱器的溫差校正系數(shù)⑸傳熱面積MDEA貧富液互相換熱時(shí)的K值大約為400~600W·m-2·℃-1，K=500W·m-2·K-1，1W=3.6kJ/h。則所需傳熱面積為：⑹初選換熱器的型號(hào)設(shè)所需的單管程管數(shù)為n1，的管內(nèi)徑為0.02m。由圖3-3可查81.5℃50%MDEA溶液的密度1.6lb/gal=1030.5073kg/m3；體積流量：m3/h由154.31，解得n1=195。取管程數(shù)為4，則總管數(shù)。由傳熱面積：，得單程管長(zhǎng)：l=3.5m。初選換熱器型號(hào)為：AES，具體參數(shù)見下表：表8-1初選換熱器相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)1600mm管尺寸管程數(shù)NP(N)4管長(zhǎng)L3.5m管數(shù)n776管心距t32mm中心排管數(shù)Nc16管排列方式正方形斜轉(zhuǎn)45°管程流通面積Si0.0224m2傳熱面積A465.25m21.4換熱器尺寸核算1.4.1阻力損失校核⑴管程阻力損失△Pt①基礎(chǔ)參數(shù)管程流速：m/s忽略MDEA溶液中H2S、CO2影響，則有：粘度：由圖8-4[2]可得81.5℃時(shí)50%MDEA溶液的粘度：1.18cp=1.18×10-3pa·s圖8-450%及100%MDEA溶液的動(dòng)力粘度雷諾數(shù)：摩擦系數(shù)：取鋼管絕對(duì)粗糙度mm，則相對(duì)粗糙度，根據(jù)相對(duì)粗糙度及雷諾數(shù)查莫狄圖可得0.033。②每程直管的壓降kPa③每程局部阻力引起的壓降由公式得：式中—管程結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)于mm×2.5mm的管，1.4；—?dú)こ虜?shù)；—每殼程的管程數(shù)。⑵殼程阻力損失△PS①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由于該設(shè)計(jì)管束采用正方形斜轉(zhuǎn)45°排列，故管束中心線上的管束：取折流擋板間距0.2m，則殼程最大截面積：m2密度：由圖3-3可查的104.82℃（219.95℉）時(shí)50%MDEA溶液的密度1.30lb/gal=994.559kg/m3；體積流量：m3/h流速：m/s粘度：由圖8-5可得104.82℃（219.95℉）時(shí)50%MDEA溶液的粘度：0.87cp=1.7×10-4pa·s雷諾數(shù)：摩擦系數(shù)：折流擋板數(shù)：②流體橫向通過管束的阻力損失管束采用正方形斜轉(zhuǎn)45°排列，故管排列方式校正系數(shù)F=0.4。kPa③流體通過折流擋板缺口的阻力損失kPa由公式得：式中FS—?dú)こ探Y(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)于液體取1.15。kPa⑶換熱管中的阻力損失滿足液體流經(jīng)換熱器的阻力損失為10~100kPa的要求，故選型合理可用。1.4.2傳熱面積校核⑴管程傳熱系數(shù)αi忽略MDEA溶液中H2S、CO2影響，則由公式81.5℃（171.98℉）時(shí)50%MDEA溶液的的比熱容3.5382kJ/(kg·K)。1Btu/(h·ft·℉)=1.730735W/(m·K)圖8-550%及100%MDEA溶液的給熱系數(shù)由圖8-5[2]知：81.6℃（171.88℉）時(shí)50%MDEA溶液的的給熱系數(shù)0.22Btu/(h·ft·℉)=0.22×1.730735=0.3808W/(m·K)。普朗特?cái)?shù)：11.4979由于>10000，且，故努塞爾數(shù)：又[13]，故：W/(m2·K)⑵殼程傳熱系數(shù)αo由公式103.85℃（211.93℉）時(shí)50%MDEA溶液的的比熱容3.6039kJ/(kg·K)。由圖9-6可知：103.85℃（211.93℉）時(shí)50%MDEA溶液的的給熱系數(shù)：0.222Btu/(h·ft·℉)=0.222×1.730735=0.3842W/(m·K)因?yàn)?305.7458在2×（103~106）之間，所以有公式：在液體加熱時(shí)取為1.05，冷卻時(shí)取為0.95。帶入數(shù)據(jù)解得：1446.1385W/(m2·K