一種改善再沸器換熱性能的方法
【專利摘要】本發明公開了一種改善再沸器換熱性能的方法，包括以下步驟：a、選取金屬燒結型高通量換熱管，根據材質和直徑確定過熱度ΔT；b、確定所述金屬燒結型高通量換熱管的沸騰傳熱系數h；c、根據上述過熱度ΔT和沸騰傳熱系數h計算換熱面積A；d、根據換熱面積A選取步驟b中金屬燒結型高通量換熱管對再沸器的換熱管進行更換。采用上述技術方案后，用適宜面積的金屬燒結型高通量換熱管保證再沸器換熱性能，節約了設備成本，達到節能減排的要求。
【專利說明】
一種改善再沸器換熱性能的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及化工領域，特別涉及一種改善再沸器換熱性能的方法。
【背景技術】
[0002] 再沸器是放置于精餾塔底部的換熱器，是一種廣泛應用于石油化工及其它工業領 域的通用設備。現有的對再沸器進行內部強化主要是通過增大換熱面積來進行的，但換熱 器的傳熱面積不可能無限制地增大，否則投資費用會大大增加，并且隨著工業化的進展，設 備緊湊化是必然趨勢。
[0003] 本發明人經過長期研究發現，提高傳熱系數對于改善再沸器的換熱性能具有很大 的影響。再沸器通常采用蒸汽作為加熱介質，以冷凝的形式放出熱量，被加熱介質受熱后以 沸騰的形式汽化。
[0004] 通過長期研究，本發明人發現，再沸器冷凝側和沸騰側的傳熱系數的函數關系符 合公式：
[0006] 其中K為總傳熱系數，kb為沸騰側傳熱系數，k。為冷凝側傳熱系數，kw為管壁傳熱系 數，可根據材料性質查表獲得。傳熱系數的單位為W/(m 2 · K)。冷凝側傳熱系數和管壁傳熱 系數都大于沸騰側傳熱系數，因此沸騰側的傳熱系數為控制因素，也就是說提高kb是提高 總傳熱系數的關鍵。
[0007] 有鑒于此，特提出本發明。
【發明內容】
[0008] 本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種改善再沸器換熱性 能的方法，實現在換熱面積有限的前提下對再沸器進行內部強化。
[0009] 本發明的另一目的在于，提供一種改善再沸器換熱性能的方法，保證再沸器的換 熱性能達標的情況下節約換熱管數量，降低成本。
[0010] 本發明人在研究中偶有發現，沸騰傳熱系數主要由傳熱壁面上核化點的數量決 定，單位傳熱面積上的核化點數量越多則傳熱系數越大。在此基礎上，發明人進行了進一步 研究，又發現在上述沸騰傳熱系數公式的擬合中，核化點的形態也是非常重要的，對于兩個 不同的傳熱壁面而言，即使單位傳熱面積上的核化點數量一致，如果核化點形態差別較大， 沸騰傳熱系數也會出現較大差異。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是：
[0012] -種改善再沸器換熱性能的方法，包括以下步驟：
[0013] a、選取金屬燒結型高通量換熱管，根據材質和直徑確定過熱度Δ T;
[0014] b、確定所述金屬燒結型高通量換熱管的沸騰傳熱系數h;
[0015] c、根據上述過熱度δ τ和沸騰傳熱系數h計算換熱面積A;
[0016] d、根據換熱面積A選取步驟b中金屬燒結型高通量換熱管對再沸器的換熱管進行 更換；
[0017] 上述步驟a和步驟b的順序可任意調換。
[0018] 上述改善再沸器換熱性能的方法，步驟b包括如下子步驟：
[0019] b-Ι、根據再沸器內需要被加熱液體的氣化率和物性參數，計算馬特內里數：
[0021] 其中，xtt為馬特內里數，無量綱；
[0022] X為氣化率；
[0023] pg和pi分別為被加熱的液體物質在氣體狀態和液體狀態下的密度，單位為kg/m3;
[0024] μ^Ρμι分別為被加熱的液體物質在氣體狀態和液體狀態下的動力粘度，單位為 Pa · s ；
[0025] 上述1、08、01^4叫1均通過液體的參數表格查得；
[0026] b_2、根據上述馬特內里數和以下公式，計算沸騰傳熱系數h:
[0031]其中，Pr為普朗特數，Re為雷諾數，
[0032] ho為對流換熱系數，單位為W/(m2 · K);
[0033] λ為液體導熱系數，單位為W/(m · K);
[0034] cU為所述金屬燒結型高通量換熱管內流體的當量直徑，單位為m;
[0035] μ為粘度，單位為Pa · s;
[0036] u為液體流速，單位為m/s;
[0037] Cp為熱容，單位為J/(kg*K)。
[0038] 上述改善再沸器換熱性能的方法，步驟c中計算換熱面積A的公式：
[0040] A為換熱面積，單位為m2;
[0041 ] m為單位時間流經再沸器的液體流量，單位為kg/s;
[0042] X為氣化率，根據液體的物性表獲取；
[0043] △ Η為汽化焓，根據液體的物性表獲取；
[0044] h為傳熱系數；
[0045] ΔΤ為過熱度。
[0046] 上述改善再沸器換熱性能的方法，所述金屬燒結型高通量換熱管是基底為不銹鋼 的金屬燒結型高通量換熱管。
[0047] 上述改善再沸器換熱性能的方法，不銹鋼的所述金屬燒結型高通量換熱管的直徑 為19mm或25mm，并由此確定過熱度Δ T為20K。
[0048] 采用上述技術方案后，本發明與現有技術相比具有以下有益效果：
[0049] 1、本發明采用金屬燒結型高通量換熱管改善再沸器的換熱性能，金屬燒結型高通 量換熱管采用金屬粒子燒結技術，將金屬粒子堆集在光滑管表面，形成大量的微孔，這些微 孔的數量遠遠大于光滑管本身所具有的核化點數量，使該換熱管具有很好的強化沸騰的作 用。同時，由于所用的金屬粒子顆粒大小一致，因此在光滑管表面形成的燒結層孔隙均勻， 便于擬合沸騰傳熱系數公式，便于確定傳熱系數；
[0050] 2、采用本發明的方法根據傳熱系數和過熱度對金屬燒結型高通量換熱管換熱面 積進行選取，用適宜面積的金屬燒結型高通量換熱管保證再沸器換熱性能，節約了設備成 本，達到節能減排的要求；
[0051] 3、金屬燒結型高通量換熱管采用不銹鋼基底，更加擬合沸騰傳熱系數公式。
【具體實施方式】
[0052]下面結合具體實施例，對本發明作進一步說明，以助于理解本發明的內容。
[0053] 實施例
[0054]某精餾塔塔底物料為水，壓力0.1 MPa，流量為100t/h，其中20 %再沸，汽化溫度為 100 °C，再沸器使用不銹鋼304材質，原使用0.5MPa水蒸汽(約150 °C)加熱，換熱面積約80m2。 [0055]現采用本發明的改善再沸器換熱性能的方法對該再沸器進行內部強化，改用以不 銹鋼為基底的金屬燒結型高通量換熱管，對加熱介質和換熱面積進行優化。
[0056] 具體步驟如下：
[0057]步驟100:根據被加熱液體(本實施例中為水)的氣化率和物性參數，以下列公式計 算馬特內里數：
[0059] Xtt為馬特內里數，無量綱；
[0060] X為氣化率，取值0.2;
[0061 ] 在0 · IMPa壓力，100°C條件下，水的各項參數為，
[0062] pg = 0.58kg/m3 ；
[0063] pi = 958.8kg/m3 ；
[0064] yg=1.25X10-5Pa · s
[0065] yi = 2.838X10-4Pa · s
[0066] 計算求得 xtt = 0.117。
[0067] 步驟110:根據液體物性參數，以下列公式計算沸騰側(管內）換熱系數：
[0070] ho為對流換熱系數，單位為W/(m2 · K);
[0071] λ為導熱系數，查表得到數值為〇.683W/(m · K);
[0072] di為金屬燒結型高通量換熱管內徑，采用DN19(也可采用DN25)的不銹鋼為基底的 金屬燒結型高通量換熱管，內徑為〇.〇16m;
[0073] Re為雷諾數，本身為無量綱數，取值2000;
[0074] Pr為普朗特數，查表取值為1.75;
[0075] 計算求得h〇 = 537W/(m2 · K)，h=17319W/(m2 · K)。
[0076] 步驟120:根據再沸器的額定換熱管的直徑徑確定加熱介質所需過熱度，在本實施 例中，再沸器使用DN19型換熱管，20K過熱度即可滿足需求，故將加熱介質調整為0.3MPa加 熱蒸汽(約130攝氏度）。
[0077] 步驟130:按照以下公式計算換熱面積。
[0079] A為換熱面積，單位為m2;
[0080] m為流經再沸器的液體流量，100t/h;
[0081] X為氣化率，根據水的參數取值0.2;
[0082] △ Η為汽化焓，可查相關液體的物性表獲取，數值為2256kJ/kg;
[0083] △ T為過熱度，取值20K(加熱蒸汽非飽和，需去掉部分過熱度）。
[0084] 則有
[0086] 采用步驟100中的以不銹鋼為基底的金屬燒結型高通量換熱管安裝于再沸器，以 代替該再沸器中原定采用的換熱管，實現再沸器的換熱功能強化。
[0087] 強化后的再沸器能夠使用低品位的0.3MPa蒸汽取代較高品味的0.5MPa蒸汽，提高 了換熱性能，并且換熱面積減少40%，提高了設備緊湊性，并且上述兩點均能夠降低能耗， 符合節能減排的要求。
[0088] 在本實施例中，采用不銹鋼基底的金屬燒結型高通量換熱管改善再沸器的換熱性 能，由于內壁為金屬燒結形態，基底為不銹鋼，更加擬合沸騰傳熱系數公式，金屬燒結型高 通量換熱管采用金屬粒子燒結技術，將金屬粒子堆集在光滑管表面，形成大量的微孔，這些 微孔的數量遠遠大于光滑管本身所具有的核化點數量，使該換熱管具有很好的強化沸騰的 作用。同時，由于所用的金屬粒子顆粒大小一致，因此在光滑管表面形成的燒結層孔隙均 勻，便于擬合沸騰傳熱系數公式，便于確定傳熱系數。
[0089] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，包括W下步驟： a、 選取金屬燒結型高通量換熱管，根據其材質和直徑確定過熱度AT; b、 確定所述金屬燒結型高通量換熱管的沸騰傳熱系數h; C、根據上述過熱度Δ T和沸騰傳熱系數h計算換熱面積A; d、根據換熱面積A選取步驟b中金屬燒結型高通量換熱管對再沸器的換熱管進行更換； 上述步驟a和步驟b的順序可任意調換。2. 根據權利要求1所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，步驟b包括如下子 步驟： b-1、根據再沸器內需要被加熱液體的氣化率和物性參數，計算馬特內里數：其中， Xtt為馬特內里數，無量綱； X為氣化率； 化和P1分別為被加熱的液體物質在氣體狀態和液體狀態下的密度，單位為kg/m3; Wg和μι分別為被加熱的液體物質在氣體狀態和液體狀態下的動力粘度，單位為化· S; 上述X、化、Pi、yg和μι均通過液體的參數表格查得； b-2、根據上述馬特內里數和W下公式，計算沸騰傳熱系數h:其中，化為普朗特數，Re為雷諾數， ho為對流換熱系數，單位為W/(m2 · K); λ為液體導熱系數，單位為W/(m · K); di為所述金屬燒結型高通量換熱管內流體的當量直徑，單位為m; μ為粘度，單位為化· S; U為液體流速，單位為m/s; Cp為熱容，單位為J/化g-K)。3. 根據權利要求2所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，步驟C中計算換熱 面積A的公式：A為換熱面積，單位為m2; m為單位時間流經再沸器的液體流量，單位為kg/s; X為氣化率，根據液體的物性表獲取； A Η為汽化洽，根據液體的物性表獲取； h為傳熱系數； AT為過熱度。4. 根據權利要求1所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，所述金屬燒結型高 通量換熱管是基底為不誘鋼的金屬燒結型高通量換熱管。5. 根據權利要求4所述的改善再沸器換熱性能的方法，其特征在于，不誘鋼的所述金屬 燒結型高通量換熱管的直徑為19mm或25mm，并由此確定過熱度Δ T為20K。
【文檔編號】G06F19/00GK106096264SQ201610403456
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】王甦, 王新劍, 陳曉文, 于春健, 劉霽斌
【申請人】大連凱信石化科技有限公司