換熱器傳熱效率計(jì)算在化工廠粗苯系統(tǒng)的應(yīng)用

陳 淼

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司化工廠,山東濟(jì)南 250101)

換熱器傳熱效率計(jì)算在化工廠粗苯系統(tǒng)的應(yīng)用

陳 淼

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司化工廠,山東濟(jì)南 250101)

在粗苯生產(chǎn)中需要定期進(jìn)行測(cè)算評(píng)估換熱器的換熱效率,再適時(shí)決定需要停換熱器清洗維護(hù)的時(shí)間。通過(guò)研究換熱器傳熱效率核算方法來(lái)評(píng)估換熱器的熱交換能力,為換熱器的清洗維護(hù)提供理論評(píng)判依據(jù)。

換熱器熱效率;計(jì)算;清洗

1 引言

在粗苯生產(chǎn)中,換熱器富油溫度的高低,直接決定著粗苯工序的能耗指標(biāo)。當(dāng)換熱器熱效能降低到一定程度時(shí),能耗將明顯增高,不能滿足實(shí)際工況的需要。此時(shí)就需要對(duì)換熱器進(jìn)行除垢清洗維護(hù)。然而,化工生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程,每一次的開(kāi)停換熱器能量和原料損失很大。所以要定期進(jìn)行測(cè)算評(píng)估換熱器的換熱效率,再?zèng)Q定需要維護(hù)的時(shí)間。以下討論了如何正確核算換熱器傳熱效率,評(píng)估換熱器能力,為換熱器的清洗維護(hù)提供依據(jù)。

目前尚未有統(tǒng)一嚴(yán)格計(jì)算換熱器熱效率的計(jì)算公式。理論上計(jì)算換熱器的熱效能,通常采用輸出熱量與輸入熱量之比,見(jiàn)公式(1):

但該公式表達(dá)的僅僅是換熱器的熱效率的基本概念,僅反映出該換熱器外殼絕熱性能的優(yōu)劣,不能反映換熱器結(jié)構(gòu)本身的影響和介質(zhì)之間傳熱效率的高低。而實(shí)際上,不同的換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)不同,流體流向、流體類(lèi)型也都有差別,導(dǎo)致?lián)Q熱效率也各不相同,需要綜合換熱器的各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn),尋找出最合適的傳熱效率表達(dá)式。

2 基礎(chǔ)研究

理想換熱器有一個(gè)最大可傳遞熱量的概念,下面以化工廠一系統(tǒng)粗苯貧富油螺旋板換熱器為例進(jìn)行說(shuō)明。換熱器的換熱基本方程式:

其中:G1、G2—貧油、富油流量;

T1、T2—貧油進(jìn)出換熱器的溫度;

t1、t2—富油進(jìn)出換熱器的溫度;

C—油的比熱;

K、F—換熱器的傳熱系數(shù)和傳熱面積;

△tp—加熱與被加熱介質(zhì)之間的對(duì)數(shù)平均溫度差。

要使加熱介質(zhì)的熱量100%地傳給被加熱介質(zhì),需要△tp→0,t2=T1,即換熱器完成熱傳遞后的一端的溫度差為零,稱為理想換熱器,它實(shí)際上不可能。

由此,換熱器的熱效率表達(dá)式應(yīng)為:

由式(2)知,理想換熱器最大可傳遞熱量:

被加熱介質(zhì)吸收的真實(shí)熱量:

將上述公式代入換熱器介質(zhì)之間傳熱效率公式為:

3 實(shí)際舉例

根據(jù)目前化工廠一系統(tǒng)粗苯的生產(chǎn)模式,貧油從塔底出來(lái),與富油在一級(jí)、二級(jí)貧富油換熱器里面需要進(jìn)行換熱,換熱器類(lèi)型有螺旋板式和板框式,實(shí)際測(cè)量溫度見(jiàn)表1。

表1 某化工廠一系統(tǒng)粗苯貧富油換熱器測(cè)量數(shù)據(jù)

下面分別以一段5#貧富油換熱器來(lái)計(jì)算該換熱器的熱效率和介質(zhì)之間的傳熱效率。其中貧油流量90 t/h,富油流量70 t/h

(1)利用式(1)基本概念的熱效率公式計(jì)算出換熱器熱效率:

(2)利用式(7)基本概念的熱效率公式計(jì)算出換熱器熱效率:

4 結(jié)論

(1)采用基本概念的熱效率公式(1),計(jì)算所得換熱器的熱效率為73.7%,這個(gè)數(shù)據(jù)只能反映換熱器外表面絕熱性能的好壞和熱量損失的高低,而不能反映換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)介質(zhì)之間換熱性能的影響。

(2)采用熱效率表達(dá)式(7)所得的結(jié)果62.9%,真實(shí)體現(xiàn)了實(shí)際的換熱器內(nèi)部介質(zhì)之間傳熱效率的高低,以及換熱器內(nèi)部結(jié)垢的嚴(yán)重程度,為清洗換熱器提供參照。

(3)根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果,定期測(cè)算換熱器進(jìn)出口溫度,再對(duì)比生產(chǎn)的工藝數(shù)據(jù),依此評(píng)判換熱器是否需要停換熱器維護(hù)清洗,這種評(píng)估方法簡(jiǎn)單易行。

(4)考慮到換熱器本身結(jié)構(gòu)以及散熱等因素,參照相關(guān)文獻(xiàn),換熱器效率達(dá)到90%以上就是很好的操作水平。

(5)在兩相介質(zhì)接觸的時(shí)候,介質(zhì)的溫度越高,換熱效率越好,這是由于溫度越高,流體之間接觸越劇烈,反之溫度越低,熱輻射以及熱傳導(dǎo)明顯下降。

(6)被加熱流體的溫差小于5℃時(shí),熱流體的冷卻很大程度上是自身在換熱器內(nèi)部散熱帶來(lái)的溫降。此換熱器即使?jié)M足工藝要求也存在較大的管理漏洞。

以上換熱器換熱效能和內(nèi)部介質(zhì)之間熱傳遞效率的計(jì)算方法是一種監(jiān)測(cè)評(píng)估方法。通過(guò)這種方法來(lái)評(píng)估確認(rèn)換熱器換熱能力,確定換熱器是否需要維護(hù)清洗簡(jiǎn)單有效,對(duì)化工廠換熱器維護(hù)管理有指導(dǎo)意義。

The Application of Heat Transfer Efficiency Calculation for Crude Benzene Heat Exchanger System of Chemical Plant

CHEN Miao
(Shandong Iron&Steel Co.,Ltd.,Jinan Branch,Chemical plant,Ji’nan 250101,Shandong,China)

In the production of raw benzene,the heat exchanger efficiency needs to be calculated and evaluated frequently,then the time to replace and wash the translator is decided.Studied in the essay is a calculation method to evaluate the heat capacity of heat exchanger.It provides a theoretical reference for heat exchanger wash and maintenance.

heat exchanger efficiency,calculation,wash

TQ520.5

A

1001-5108(2017)01-0059-02

陳淼,男,助理工程師,主要從事化產(chǎn)回收工藝研究以及循環(huán)水系統(tǒng)處理工作。