換熱器傳熱效率計算在化工廠粗苯系統的應用

陳 淼

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司化工廠,山東濟南 250101)

換熱器傳熱效率計算在化工廠粗苯系統的應用

陳 淼

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司化工廠,山東濟南 250101)

在粗苯生產中需要定期進行測算評估換熱器的換熱效率,再適時決定需要停換熱器清洗維護的時間。通過研究換熱器傳熱效率核算方法來評估換熱器的熱交換能力,為換熱器的清洗維護提供理論評判依據。

換熱器熱效率;計算;清洗

1 引言

在粗苯生產中,換熱器富油溫度的高低,直接決定著粗苯工序的能耗指標。當換熱器熱效能降低到一定程度時,能耗將明顯增高,不能滿足實際工況的需要。此時就需要對換熱器進行除垢清洗維護。然而,化工生產是一個連續的過程,每一次的開停換熱器能量和原料損失很大。所以要定期進行測算評估換熱器的換熱效率,再決定需要維護的時間。以下討論了如何正確核算換熱器傳熱效率,評估換熱器能力,為換熱器的清洗維護提供依據。

目前尚未有統一嚴格計算換熱器熱效率的計算公式。理論上計算換熱器的熱效能,通常采用輸出熱量與輸入熱量之比,見公式(1):

但該公式表達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劣,不能反映換熱器結構本身的影響和介質之間傳熱效率的高低。而實際上,不同的換熱設備結構不同,流體流向、流體類型也都有差別,導致換熱效率也各不相同,需要綜合換熱器的各種結構特點,尋找出最合適的傳熱效率表達式。

2 基礎研究

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

其中:G1、G2—貧油、富油流量;

T1、T2—貧油進出換熱器的溫度;

t1、t2—富油進出換熱器的溫度;

C—油的比熱;

K、F—換熱器的傳熱系數和傳熱面積;

△tp—加熱與被加熱介質之間的對數平均溫度差。

要使加熱介質的熱量100%地傳給被加熱介質,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,它實際上不可能。

由此,換熱器的熱效率表達式應為:

由式(2)知,理想換熱器最大可傳遞熱量:

被加熱介質吸收的真實熱量:

將上述公式代入換熱器介質之間傳熱效率公式為:

3 實際舉例

根據目前化工廠一系統粗苯的生產模式,貧油從塔底出來,與富油在一級、二級貧富油換熱器里面需要進行換熱,換熱器類型有螺旋板式和板框式,實際測量溫度見表1。

表1 某化工廠一系統粗苯貧富油換熱器測量數據

下面分別以一段5#貧富油換熱器來計算該換熱器的熱效率和介質之間的傳熱效率。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算出換熱器熱效率:

(2)利用式(7)基本概念的熱效率公式計算出換熱器熱效率:

4 結論

(1)采用基本概念的熱效率公式(1),計算所得換熱器的熱效率為73.7%,這個數據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部結構對介質之間換熱性能的影響。

(2)采用熱效率表達式(7)所得的結果62.9%,真實體現了實際的換熱器內部介質之間傳熱效率的高低,以及換熱器內部結垢的嚴重程度,為清洗換熱器提供參照。

(3)根據以上的計算結果,定期測算換熱器進出口溫度,再對比生產的工藝數據,依此評判換熱器是否需要停換熱器維護清洗,這種評估方法簡單易行。

(4)考慮到換熱器本身結構以及散熱等因素,參照相關文獻,換熱器效率達到90%以上就是很好的操作水平。

(5)在兩相介質接觸的時候,介質的溫度越高,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,熱輻射以及熱傳導明顯下降。

(6)被加熱流體的溫差小于5℃時,熱流體的冷卻很大程度上是自身在換熱器內部散熱帶來的溫降。此換熱器即使滿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部介質之間熱傳遞效率的計算方法是一種監測評估方法。通過這種方法來評估確認換熱器換熱能力,確定換熱器是否需要維護清洗簡單有效,對化工廠換熱器維護管理有指導意義。

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,主要從事化產回收工藝研究以及循環水系統處理工作。