Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:теплообменное_оборудование

Это старая версия документа.


Теплообменное оборудование

В большинстве процессов нефтегазопереработки используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению методов их расчета необходимо уделять особое внимание.

Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. 1)

Простейший теплообменник

Нагревающие/охлаждающие рубашки являются простейшим видом теплообменных аппаратов. Такие рубашки окружают корпус аппарата и образуют кольцевое пространство, где перемещается необходимый теплоноситель (пар или вода). Данные аппараты оснащаются механическими мешалками для интенсификации процессов теплообмена.


Простейший теплообменник (аппарат с теплообменными рубашками) 2)

Классификация теплообменников

В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы:

  1. Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит путем их соприкосновения. 3) Примером может служить конденсатор смешения (скруббер), заполненный насадкой. Жидкость стекает сверху вниз, пары или газ двигаются противотоком к ней. 4) Для изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкосновения потоков. 5)
  2. Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды.

По процессу передачи тепла поверхностные аппараты подразделяются на следующие виды:

  • Рекуперативные

Рекуперативные теплообменники передают тепло посредством разделяющей стены со специальной теплообменной поверхностью (или нагревательной поверхностью).

  • Регенеративные

Регенеративные теплообменники также оснащены нагревающейся стенкой, но процесс передачи тепла отличается от рекуперативного теплообменника. В аппаратах данного типа оба теплоносителя по очереди контактируют с одной и той же стенкой, которая аккумулирует тепло по мере прохождения горячего потока и отдает тепло при прохождении холодного потока. Регенераторы способны функционировать только в периодическом режиме. Рекуператоры способны работать в обоих режимах: непрерывном и периодическом.6)

По конструктивному оформлению поверхностные теплообменники делятся на различные типы, наиболее распространенные из которых спиральные, пластинчатые, типа «труба в трубе» и кожухотрубчатые (с неподвижными трубными решетками, с U-образными трубками и с плавающей головкой). 7)

1. Пластинчатые теплообменники

1.1 Пластинчатые разборные (состоят из отдельных пластин, разграниченных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и крепежных болтов)


1.2 Пластинчатые паяные (состоит из набора металлических гофрированных пластин, изготовленных из нержавеющей стали, которые соединены между собой посредством пайки в вакууме с использованием медного или никелевого припоя)


1.3 Пластинчатые сварные

Сварные пластинчатые теплообменники предназначены для использования в условиях экстремально высоких температурах и давлениях на установках, параметры которых не позволяют использовать уплотнения. Эти теплообменники отличаются высокой эффективностью, малыми габаритами и требуют минимального обслуживания. Материал пластин – нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы.


Рабочие среды – высокотемпературный пар, газы и жидкости, в том числе агрессивные, а также их смеси. Сварные теплообменники отличаются от разборных пластинчатых теплообменников опять же методом герметизации пластин, в сварных аппаратах пластины свариваются сталью, образованные сварные кассеты компонуются внутри стальных плит. Применяются в технологических процессах с агрессивными средами, газовыми средами, на больших давлениях.

1.4 Пластинчатые полусварные

Аналогично, как и в сварных аппаратах, пластины свариваются в кассеты, а кассеты между собой соединены посредством паронитовых соединений. Область применения – технологические процессы с агрессивными средами. Пластинчатый полусварной теплообменник сделан в виде конструкции из небольшого количества сварных модулей. А они, в свою очередь, соединены при помощи лазерной сварки в виде пары пластин. Вся эта конструкция собрана между торцевыми плитами при помощи болтов. Между каждым сварным модулем проложен резиновый уплотнитель.


Такие теплообменники применяются в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будет использовано вещество с очень высокой температурой, высоким давлением либо просто опасное вещество. В этом случае оно будет перемещаться в заваренных каналах по теплообменным пластинам. 8)

2. Кожухотрубные (кожухотрубчатые) теплообменники

Трубчатые теплообменные аппараты характеризуются простой конструкцией, малыми габаритами, высоким уровнем теплопередающей мощности и адекватной ценой. Такой тип теплообменников получил широкое применение в области химического производства. Конструкция трубчатого теплообменника состоит из резервуара, выполненного в форме цилиндра, в который встроена трубная секция. Трубная секция представляет собой блок из параллельно проложенных трубок, которые закреплены в трубных решетках или досках. Трубчатый теплообменник оснащен двумя камерами (полостями): трубной полостью (трубное пространство) и полостью корпуса (межтрубное пространство). В трубной секции течет одно вещество, а в межтрубном пространстве корпуса – другое.


В теплообменном аппарате, оснащенном двумя трубными решетками, среды могут течь в двух режимах:

  • Перекрестно-противоточном;
  • Перекрестно-прямоточном.

В данной конструкции, доступ к трубкам снаружи затруднен, поэтому среда, находящаяся внутри корпуса, не должна способствовать образованию отложений. Трубки в таких аппаратах можно очистить только предварительно удалив боковые обечайки.


Кожухотрубчатые теплообменники могут располагаться в вертикальном или горизонтальном положении в зависимости от местных условий. Такие аппараты могут соединяться последовательно, если есть необходимость удлинить пути теплоносителей. Параллельное соединение используется в случаях, если размещение необходимого числа труб в одном корпусе невозможно. 9)

Кожухотрубчатые теплообменники — наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН — с неподвижными трубными решетками; ТК — с температурным компенсатором на кожухе; ТП — с плавающей головкой; ТУ — с U-образными трубами; ТПК — с плавающей головкой и компенсатором на ней (см. рисунок ниже).


Особенностью аппаратов типа ТН является то, что трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки с корпусом. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений труб и кожуха; поэтому аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции. 10)

11)

В теплообменных аппаратах типа ТК температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением компенсатора. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применяют при небольших температурных деформациях и невысоких давлениях в межтрубном пространстве.

Наиболее часто в аппаратах типа ТК используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы, изготовляемые обкаткой из коротких цилиндрических обечаек. Одна линза компенсирует небольшие температурные деформации (4 – 5 мм), набор линз (не более четырех) позволяет компенсировать деформации до 15 мм. 12)

13)

14)

Конструкция теплообменного аппарата с U-образными трубками представляет собой одну трубную решетку, в которую вварены U-образные трубки. Округленная часть трубки свободно опирается на направляющие щитки в полости корпуса.

15)

Преимуществом конструкции такого аппарата является возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа ТУ практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное пространство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и др.). 16)

Теплообменные аппараты с плавающей головкой типа ТП (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом поверхностных аппаратов. Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса. В аппаратах этой конструкции температурные напряжения могут возникать лишь при существенном различии температур трубок.



Горизонтальный двухходовой конденсатор типа ТП состоит из кожуха 10 и трубного пучка. Левая трубная решетка 1 соединена фланцевым соединением с кожухом и распределительной камерой 2, снабженной перегородкой 4. Камера закрыта плоской крышкой 3. Правая, подвижная, трубная решетка установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной к ней крышкой 8 «плавающую головку». Со стороны плавающей головки аппарат закрыт крышкой 7. При нагревании и удлинении трубок плавающая головка перемещается внутри кожуха.

Для обеспечения свободного перемещения трубного пучка внутри кожуха в аппаратах диаметром 800 мм и более трубный пучок снабжают опорной платформой 6. Верхний штуцер 9 предназначен для ввода пара и поэтому имеет большое проходное сечение; нижний штуцер 5 предназначен для вывода конденсата и имеет меньшие размеры. 17)

3. Теплообменник типа «труба в трубе»

Чаще всего такой теплообменник состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Чертеж теплообменника труба в трубе приводится ниже.


Каждое звено такого теплообменника представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.

Наружная труба имеет больший диаметр и соединена с наружными трубами других звеньев, проложенные внутри нее трубы меньшего диаметра также последовательно соединяются между собой.

Небольшое поперечное сечение теплообменника позволят добиться высокой скорости движения теплоносителя в трубах, и в межтрубном пространстве.

Если теплообмена требует значительное количество теплоносителя, в конструкцию теплообменника включается несколько секций, которые объединяются между собой общими коллекторами.


Многосекционный теплообменник 18)

4. Спиральные теплообменники

Поверхность нагрева в таких теплообменниках образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделителю (керну) и свернутыми в виде спирали. В спиральном теплообменнике, в отличие от разборного пластинчатого теплообменника используются всего две пластины, свернутые вокруг керна в спираль и «упакованные» в сваренный кожух. Используются спиральные аппараты в технических процессах с агрессивными средами и высокими давлениями.

19)

Такие агрегаты способны работать в двух режимах:

  • прямоточном;
  • противоточном.


Теплообменные аппараты, используемые при нефтепереработке

В зависимости от назначения теплообменные аппараты делятся на следующие группы:

теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.) и охлаждающего агента. К этой группе аппаратов относятся теплообменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода;

нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляются за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные высококипящие жидкости и др.). В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока. Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т. д.;

холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента — побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов. 20)

Видео о теплообменных аппаратах на английском языке

Словарь

аппарат смешения mixer
испаритель vaporizer
кипятильник reboiler
кожухотрубный теплообменник shell and tube heat exchanger
конденсатор condenser
линзовый компенсатор lens compensator
межтрубное пространство shell side
охлаждающий агент coolant
пластинчатый теплообменник plate heat exchanger
поверхностный теплообменник surface heat exchanger
регенеративный теплообменник regenerative heat exchanger
рекуперативный теплообменник recuperative heat exchanger
спиральный теплообменник spiral heat exchanger
температурные напряжения temperature stresses
теплообменник с U-образными трубками U-tube heat exchanger
теплообменник с неподвижными трубными решётками fixed-tube-sheet exchanger
теплообменник с плавающей головкой floating-head heat exchanger
теплообменник типа труба в трубе double-pipe heat exchanger
теплообменное оборудование heat-exchange equipment
трубное пространство tube side
трубная решетка tube sheet

Назад в блог

3) , 5) , 10) , 11) , 13) , 16) , 17) , 20) Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов; Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.
4) , 7) Гуревич И. Л. Технология нефти (Ч. 1). Общие свойства и первичная перегонка нефти: Учебник для вузов. 3-е изд. М.: Химия, 1972. 359 с.
Только авторизованные участники могут оставлять комментарии.
courses/refining/теплообменное_оборудование.1468905700.txt.gz · Последние изменения: 19.07.2016 05:21 — maria

Инструменты страницы