天然氣處理裝置MDEA貧富液換熱器的設(shè)計(jì)與校核目錄TOC\o"1-3"\h\u1034天然氣處理裝置MDEA貧富液換熱器的設(shè)計(jì)與校核 1240181.1MDEA貧富液換熱器的工藝設(shè)計(jì) 152211.1.1確定設(shè)計(jì)方案 1237091.1.2流動(dòng)空間以及流速的確定 2227991.2換熱器尺寸核算 5229351.2.1阻力損失校核 5222311.2.2傳熱面積校核 81.1MDEA貧富液換熱器的工藝設(shè)計(jì)1.1.1確定設(shè)計(jì)方案1）選擇換熱器的類(lèi)型熱流體（貧MDEA）進(jìn)口溫度121℃，出口溫度T2℃；冷流體（富MDEA）進(jìn)口溫度67.2℃，出口溫度96℃。由于富MDEA溶液具有腐蝕性強(qiáng)，易于結(jié)垢的特點(diǎn)，為了便于清洗殼層污垢和檢修，因此選用浮動(dòng)式換熱器。Q放=Q吸Q放、Q吸—分別為熱流體單位時(shí)間內(nèi)放出的熱量和冷流體單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量，W;m1,m2—分別為熱流體和冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；t熱1、t熱2—分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃；t冷1、t冷2—分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃；Cp1、Cp2—分別為熱流體和冷流體的比定壓熱容，J/(kg.℃)。富液溫度81.6℃貧液溫度由公式得，貧富液的定壓比熱容分別為：3.4760＋1.475×10-3T23.5382J/(g·K)貧液放出熱量：富液吸收的熱量：kJ/h換熱器的熱負(fù)荷是指單位時(shí)間內(nèi)換熱器中冷熱兩流體之間所交換的熱量。在不計(jì)換熱器的熱損失的情況下，換熱器的熱負(fù)荷等于單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量或冷流體吸收的熱量。如果換熱器的殼體外表面溫度與環(huán)境溫度相差較大，則需要考慮換熱器的熱（冷）損失。關(guān)于熱損失的計(jì)算，可近似取為工藝物流所需熱量的3%~5%該設(shè)計(jì)中熱損失按5%計(jì)算。則由能量守恒可得：帶入數(shù)值整理的：解得：T2=87℃1.1.2流動(dòng)空間以及流速的確定由于富MDEA溶液較易結(jié)垢，并且具有腐蝕性，所以富液走管程，同時(shí)由于富液壓力較高，走管程可以避免殼體受壓。管內(nèi)的流速范圍為0.5～2m/s，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。選用直徑25mm的碳鋼管。換熱器的熱負(fù)荷是指單位時(shí)間內(nèi)換熱器中冷熱兩流體之間所交換的熱量。在不計(jì)換熱器的熱損失的情況下，換熱器的熱負(fù)荷等于單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量或冷流體吸收的熱量。如果換熱器的殼體外表面溫度與環(huán)境溫度相差較大，則需要考慮換熱器的熱(冷損失)。關(guān)于熱損失的計(jì)算，可近似取為工藝物流所需熱量的3%~5%，在該設(shè)計(jì)中由于殼程程貧液溫度與環(huán)境溫度相差較大，故需考慮熱損失，取熱損失為5%，則有換熱器的熱負(fù)荷：1.7336×107kJ/h逆流平均傳熱溫差熱流體熱流體冷流體T1T2t2t1圖8-2冷、熱流體逆流示意圖由圖8-2可知：25℃℃℃平均傳熱溫差校正0.54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8-3所示，溫度校正系數(shù)此時(shí)查圖8-4[12]可得：0.913。故平均傳熱溫差：℃圖8-4多程換熱器的溫差校正系數(shù)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，取K=400W·m-2·K-1，1W=3.6kJ/h。則所需傳熱面積為：通常應(yīng)保留15~20%的安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)取20%傳熱面積：S=1.2A=1.2×189.68=227.617m2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。由圖文獻(xiàn)可查的81.6℃（171.88℉）時(shí)50%MDEA溶液的密度1.4lb/gal=1006.5420kg/m3；體積流量：m3/h由160.564，解得n1=203。取管程數(shù)為4，則總管數(shù)。由傳熱面積：，得單程管長(zhǎng)：m。初選換熱器型號(hào)為：AES，具體參數(shù)見(jiàn)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)L3m管數(shù)n812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Si0.0223m2傳熱面積A189.68m21.2換熱器尺寸核算1.2.1阻力損失校核1）管程阻力損失△Pt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9-5[2]可得81.6℃（171.88℉）時(shí)50%MDEA溶液的粘度：1.2cp=1.2×10-3pa·s圖8-550%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0.004，根據(jù)相對(duì)粗糙度及雷諾數(shù)查莫狄圖[13]可得0.029。每程直管的壓降kPa每程局部阻力引起的壓降由公式得[13]：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)。2）殼程阻力損失△PS（1）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4-3可查的103.85℃（211.93℉）時(shí)50%MDEA溶液的密度1.28lb/gal=992.1628kg/m3；體積流量：m3/h流速：m/s粘度：由圖8-5可得103.85℃（211.93℉）時(shí)50%MDEA溶液的粘度：0.9cp=9×10-4pa·s雷諾數(shù)：摩擦系數(shù)：折流擋板數(shù)：（2）流體橫向通過(guò)管束的阻力損失由于該設(shè)計(jì)管束采用正方形斜轉(zhuǎn)45°排列，故管子排列方式校正系數(shù)F=0.4。kPa流體通過(guò)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。kPa（3）換熱管中的阻力損失kPa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。1.2.2傳熱面積校核1）管程傳熱系數(shù)αi忽略MDEA溶液中H2S、CO2影響，則有：由公式81.6℃（171.88℉）時(shí)50%MDEA溶液的的比熱容3.5382kJ/(kg·K)。由圖9-6[2]可知：1Btu/(h·ft·℉)=1.730735W/(m·K)圖8-650%及100%MDEA溶液的給熱系數(shù)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)2）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：其中為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，在液體加熱時(shí)取為1.05，