第39卷第5期當(dāng)代化工vol.39,N.52010年10月Contemporary Chemical IndustryOctober, 2010催化外取熱器換熱分析王春峰',萬德斌’,王寧2,孫惠山1(1中國(guó)石油華東勘察設(shè)計(jì)研究院,山東青島26071;2中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)工司,山東青島266300)要:外取熱器是催化裂化裝置主要的冷卻和余熱回收設(shè)備隨著催化裂化技術(shù)的發(fā)展外取熱器的形式也在不斷的改進(jìn)。外取熱器的換熱是催化劑流化床和床內(nèi)埋管之間的傳熱傳熱的機(jī)理也比較的復(fù)雜。過去對(duì)外取熱器計(jì)算方法的探討涉及很少,在借鑒了一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程資料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上筆者對(duì)外取熱器的計(jì)算進(jìn)行初步的探討關(guān)鍵詞:外取熱器;催化裂化;換熱計(jì)算;余熱回收中圖分類號(hào):TE965文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-0460(2010)05-0611-03隨著催化裂化技術(shù)的快速發(fā)展取熱器作為催2計(jì)算分析化劑冷卻和能量回收的重要設(shè)備,已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于催化裂化裝置中。取熱器按照布置方式分為內(nèi)取外取熱器計(jì)算從設(shè)計(jì)角度分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和校熱器和外取熱器兩種形式內(nèi)取熱是直接在再生器核型計(jì)算。設(shè)計(jì)型計(jì)算按照工程取熱量的要求,選取內(nèi)部設(shè)置垂直或水平管道在再生器內(nèi)直接取熱。取熱管的形式、傳熱面積、管道長(zhǎng)度、管道的排列方取熱器是將催化劑引至再生器外部的取熱形式叫式取熱器外徑從而完成設(shè)計(jì)計(jì)算。校核型計(jì)算是內(nèi)取熱器投資少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需要催化劑循環(huán)調(diào)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的模型是否能滿足當(dāng)前工程的需要,從而節(jié)系統(tǒng),不需要增壓風(fēng)系統(tǒng)。不足之處是熱負(fù)荷不對(duì)模型進(jìn)行修改,以完成設(shè)計(jì)任務(wù)。實(shí)際計(jì)算的過能調(diào)節(jié),啟動(dòng)和停用困難。外取熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜投資程中兩者往往相互穿插先設(shè)計(jì)后校核。從過程機(jī)大,占地多,但因?yàn)槠渚S修方便操作調(diào)節(jié)比例大理的角度分為水力計(jì)算,熱力計(jì)算和磨損計(jì)算。水因而應(yīng)用的范圍很廣,已經(jīng)逐漸的取代了內(nèi)取熱力計(jì)算又分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)計(jì)算兩種形式器。內(nèi)取熱一般只應(yīng)用在過熱防焦蒸汽上面。本文就下流式外取熱器的熱力計(jì)算進(jìn)行探討。取熱管為光管,管內(nèi)熱介質(zhì)為飽和汽、水兩相流。外1外取熱器分類介紹取熱的傳熱過程實(shí)際上是管外流化風(fēng)攜帶催化劑與管內(nèi)的飽和汽、水進(jìn)行換熱,屬于流化床換熱過外取熱器有多種分類方法按催化劑的流動(dòng)方程。過程的控制方程為能量平衡方程和傳熱方程式分為,上流式、下流式、氣控式(內(nèi)循環(huán)、外循環(huán))外取熱器換熱過程分析如下。返混式、串聯(lián)式等多種形式。按熱介質(zhì)分為蒸發(fā)取21能量平衡方程熱和過熱取熱或兩者兼有叫。按水力循環(huán)方式分為c MtI-C2Mt=My +cM2(trt,)(1)自然循環(huán)取熱和強(qiáng)制循環(huán)取熱。式中:催化劑入口的溫度,℃下流式外取熱器:催化劑自再生器密相床引2催化劑出口的溫度,℃;出,經(jīng)熱催化劑斜管、單動(dòng)滑閥進(jìn)入外取熱器。在外t-流化風(fēng)入口的溫度,℃取熱器下部送入流化風(fēng),外取熱器床層以鼓泡床形c對(duì)應(yīng)的催化劑比熱容,k(kgK);式流化。催化劑與取熱單元進(jìn)行熱量交換。流化風(fēng)cx-對(duì)應(yīng)t的催化劑比熱容kJ(kgKe-流化風(fēng)的比熱容k(kg·K);自頂部引出返回再生器冷催化劑從外取熱器底部M催化劑的質(zhì)量流量kgs;引出經(jīng)單動(dòng)滑閥冷催化劑斜管返回再生器M一產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量流量,kgs;下流式外取熱器換熱過程主要發(fā)生在催化劑M流化風(fēng)的質(zhì)量流量kgs;密相區(qū),傳熱系數(shù)高,同時(shí)需要流化風(fēng)的速度小,同2.2中國(guó)煤化工時(shí)熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍較大,適于大型裝置的應(yīng)用。CNMHG(2)·收稿日期:201005-18作者簡(jiǎn)介:王春峰(1979-),男,工程師,碩士,河北省滄州市,200年畢業(yè)河北工業(yè)大學(xué),熱能工程:煉油設(shè)計(jì)工作E-mail:wangchunfeng2010@126.coma612當(dāng)代化工第39卷第5期Q=KF△T(3)變化關(guān)系如圖1。式中:Q一總?cè)崃?kJh;K一總傳熱系數(shù),w(m2℃);F傳熱面積7傳熱介質(zhì)的對(duì)數(shù)平均溫差,℃E28523對(duì)數(shù)溫差方程△T=(△Tr-△T2n(△T/△T2)(4)式中:△T催化劑入口溫度和飽和蒸汽溫度差,℃;7催化劑出口溫度和飽和蒸汽溫度差,℃。20024傳熱系數(shù)255K=/{(1h1)+R1+8/](AA1)+R+1/h23……(5)$的乎小求。小°°式中K—總傳熱系數(shù),w(m℃);催化劑流量(t·hh,h管內(nèi)外膜傳熱系數(shù),W(m2℃);圖1催化劑循環(huán)量和傳熱系數(shù)的關(guān)系R1,R管內(nèi)外積垢熱阻,w(m2·℃)Fig 1 Relationship of the catalyst circulation rate and heatA1,A?管內(nèi)外表面積ansfer coefficient管壁厚度,m裂化催化劑屬于典型的A類顆粒,工程運(yùn)行A管壁導(dǎo)熱系數(shù),W(m·℃)。25管內(nèi)傳熱系數(shù)時(shí)隨著流化風(fēng)的通入,催化劑固體顆粒逐漸的脫離對(duì)于中壓汽、水混合物蒸發(fā)管采用鍋爐熱力計(jì)接觸氣體攜帶催化劑在外取熱器內(nèi)成鼓泡床或湍算采用的傳熱公式。動(dòng)床運(yùn)行。鼓泡床的操作條件下,鼓泡床與鄰近區(qū)域進(jìn)行傳熱分為3個(gè)部分,顆粒對(duì)流傳熱,相間氣=Nu=0075(1-)(CP24"R(6)體對(duì)流傳熱,和輻射放熱,在催化裂化催化劑顆粒直徑范圍內(nèi)顆粒對(duì)流傳熱占主要的份額。當(dāng)催化劑2.6管外傳熱系數(shù)R781-d4門,ppy2,[RR(7)的流量增加時(shí)候取熱床層空隙會(huì)變小,從而增加式中:d催化劑平均粒徑m;顆粒對(duì)流傳熱的幾率,對(duì)傳熱系數(shù)的增加有正面的λ氣體導(dǎo)熱系數(shù)W(mK);作用。Nu一奴賽爾數(shù);32催化劑流量的增加對(duì)傳熱量的影響一取熱床層空隙如圖2由于增加催化劑的流量能夠使催化劑P催化劑顆粒和取熱器壁面的傳熱系數(shù)增大,在換熱面積和對(duì)數(shù)H取熱床層表觀線速,m/s;μ時(shí)取熱床層空隙平均溫差不變的情況下,取熱量自然要增加。增加趨勢(shì)接近于傳熱系數(shù)的增加趨勢(shì)。n傳熱管在非軸線位置的校正系數(shù),≤1;R流化床半徑,m。以光管套管的取熱管為例,在換熱過程中催化劑放出的熱量要等于流化風(fēng)焓升的能量和水汽化185的能量之和。工程中可以調(diào)節(jié)催化劑的流量控制外取熱器負(fù)荷的變化,一般催化劑的入口溫度是知道的,催化劑的出口溫度則根據(jù)外取熱器設(shè)計(jì)形式的不同而不同而在計(jì)算之初,要假定催化劑的出口溫度,然后計(jì)算能量方程和傳熱方程,看是否都滿足,根據(jù)催化劑流量/(th")差異值,調(diào)節(jié)出口溫度值,最終達(dá)到計(jì)算的平衡。人圖2催化劑循環(huán)量和傳熱量的關(guān)系工手算得工作量非常大,宜適用程序循環(huán)迭代計(jì)Fig 2 Relationship of the catalyst circulation rate and heat算。通過一些算例,發(fā)現(xiàn)各個(gè)參量之間的關(guān)系3催化劑流量的增加對(duì)催化劑出口溫度的影響3數(shù)據(jù)分析及結(jié)論隨著催化劑流量的增加催化劑出口溫度是增大的中國(guó)煤化工僅增大了傳熱系3.1催化劑流量的增加對(duì)傳熱系數(shù)的影響數(shù),同CNMHG流量的增大而增以光管套管取熱器為例,當(dāng)催化劑流量增加大,及收的能量小寸催化劑帶入的能量多時(shí),催化劑和外管壁的換熱系數(shù)增大,由式(6)可余的能量自然要從催化劑帶出,因而出口溫度較知,整個(gè)系統(tǒng)的傳熱系數(shù)都要相應(yīng)的增加,具體的高。010年10月王春峰,等:催化外取熱器換熱分析61334催化劑流量的增加肋片管類效率的影響性能有了很大的提好,傳熱系數(shù)幾乎大了一倍,可從圖3可以看出肋片的效率是隨著催化劑流以節(jié)約大量的換熱面積。量的增加而降低的。500.00片雷光管10000094139715141554156615708689721031106310791088109催化劑流量/(t·h")催化劑流量/(t·h2)圖4光管和肋片管與傳熱系數(shù)的關(guān)系圖3催化劑循環(huán)量和肋效率的關(guān)系Fig 4 Relationship of the Fluorescent tubes, finned tube andFig 3 Relationship of the catalyst circulation rate andheat transfer coefficient但同時(shí)肋片和釘頭與外管的聯(lián)結(jié)處焊接的焊主要原始是因?yàn)?對(duì)于等截面直肋其效率v縫聯(lián)結(jié)處理較困難。由于熱應(yīng)力的影響失常開裂,thmh);對(duì)于直肋埋下了安全的隱患。用光管安全性高些,但傳熱系數(shù)相對(duì)較低,相同的傳熱量需要更大的換熱面積式中:m肋效率如果減小管徑,增加換熱管道的數(shù)量可以在取熱器h-肋高,m;外徑不變得情況下增大換熱面積。綜合考慮,小管k管表面對(duì)流換熱系數(shù),wm2℃);λ管壁導(dǎo)熱系數(shù),w(m2℃);徑光管要優(yōu)于肋片管。δ—管壁厚度,參考文獻(xiàn)催化劑流量增大時(shí)候m值也變大,然而雙曲正切函數(shù)t(x)在作用域內(nèi)是單調(diào)增加的,數(shù)值在陳禮佩淺論渣油催化裂化裝置外取熱器:CU外取熱器和氽y=1和y=-1之間,當(dāng)x趨近于無窮大的時(shí)候,函數(shù)2劉英聚,張韓催化裂化裝置操作指南M北京中國(guó)石化出版值趨近于1。在其作用于內(nèi)<1,所以隨著流量的增社大,傳熱系數(shù)增大,從而導(dǎo)致mh增大,雙曲正切函]王化秋柴中良,鄭亭陸催化裂化裝置氣控式外取熱淺析幾煉數(shù)的增加率