工業(yè)技術(shù)齊魯石油化工,2006,34(3):318-320QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY丙烯球罐升壓器的設(shè)計計算韓宏偉(齊泰石化公司山東淄博255068)摘要丙烯由罐區(qū)到裝置旳穩(wěn)定輸送是丙烯腈生產(chǎn)的難點之一采用丙烯升壓器給球罐升壓的方式代替丙烯泵輸送簡便、易行、節(jié)約。根據(jù)丙烯升壓器旳有關(guān)設(shè)計原理給岀了液體耗量、吸熱量、對流傳熱系數(shù)及換熱面積的計算公式并以實例加以說明。關(guān)鍵詞丙烯升壓器耗液量傳熱系數(shù)換熱面積中圖分類號TQ053.2文獻標識碼文章編號:009-98592006)3-0318-03齊魯石化丙烯腈廠丙烯腈裝置從丙烯球罐向預(yù)升壓階段是指在球罐排液閥關(guān)閉的情況裝置輸送液體丙烯最初設(shè)計用丙烯泵。由于丙烯下在一定時間內(nèi)將罐頂氣相壓力增加到某一要液體沸點低而泵前設(shè)置的過濾器又增大了泵前求值的過程。在此階段液體經(jīng)過升壓器汽化后阻力造成丙烯在泵體內(nèi)汽化形成氣阻使丙烯全部用來增壓。頂部氣體滿足氣態(tài)方程泵掉壓輸送不岀丙烯進而影響到丙烯腈裝置的Py=ZmRT運行。為徹底解決液體丙烯輸送的瓶頸決定用式中氣相壓力Pa丙烯升壓器給球罐升壓以達到輸送丙烯的目的。Z——氣體壓縮因子V——氣相容積m3該法與用丙烯泵相比具有操作簡單、升壓快、投T——氣體溫度K資省、能耗低等許多優(yōu)點是值得大力推廣的一種氣體常數(shù)J/kg·K。輸送方式將式V=V+Vrm=mo+mn及V=m/p1代入式1)得1升壓器的需液量f(V+VT)=mo+mT)×RT1.1預(yù)升壓階段的需液量PV。-ZmRT用升壓器增壓排液的過程如圖1所示。則m,=ZRT=P/P)V(P/T-P0/70)R( 1(2)式中m,——單位時間內(nèi)被汽化的液體量kg/s;與m,相對應(yīng)的液體體積m3/sp在P、T。下液體的密度kg/m3升p在P、T下氣體的密度kg/m丙烯球罐器P——增壓前的氣相壓力Pa;中國煤化工溫度KCNMHG排液闕x升壓闕V——增壓前的氣相容積m。烯外送收稿日期2006-05-08修回日期2006-07-20。作者簡介韓宏偉(1970-)男漢族山東濰坊人工程師,萬方數(shù)升壓器升壓系統(tǒng)已在國內(nèi)刊物上發(fā)表論文1篇。電話0533-2993386第3期韓宏偉.丙烯球罐升壓器的設(shè)計計算319式2)中P0、TP及r為已知數(shù),T值由設(shè)10-m2:K/W計者自定。在確定T值時應(yīng)考慮一定的過熱度b—列管壁厚mm從式2)中可以看出T值大ρ值就小m,也就入—鋼的導(dǎo)熱系數(shù)W/m2·K;減少有利于降低流過升壓器的液體丙烯量降低d1、d2—列管外徑、內(nèi)徑升壓器能耗。但T值也不能過大否則將使升壓dn—列管的平均直徑dn=(d1+d2)2,器尺寸增大1.2正常排液階段的增壓需液量由式6)可見如要求K應(yīng)先求出a1、a2對此階段排液閥打開球罐開始向外排液。排于列管換熱器可按流體在管內(nèi)作強制對流換熱液量m與增壓需液量m,存在如下關(guān)系51:準則方程求a1、a2(3)當Re<2300.610在設(shè)計升壓器取m的值時應(yīng)按式2)(3)時計算結(jié)果的較大值選取。這樣既能滿足預(yù)升壓的Nu=1.86RePr(d/L)(u/u)14(7)需要又能滿足正常排液的需要。當Re>10000時Pr=0.6~160,,=30~40時升壓器的吸熱量在穩(wěn)定汽化過程中按熱力學(xué)第一定律可得Nu=0.027Re8P103x(u/u)(8)當Re=2300~10000時,可用式(7)或(8)Q=m, h,-m,h =m(h.-h)(4)式中——升壓器單位時間的吸熱量W計算出α值然后乘以校正系數(shù)∫且6×103h在P、T狀態(tài)下氣體的焓J/kg;(9)Reh——在P、T狀態(tài)下過冷液體的焓J/k當計算殼程的對流傳熱系數(shù)時應(yīng)根據(jù)加熱m、m單位時間內(nèi)升壓器進出口的質(zhì)介質(zhì)的不同采取不同的計算公式用蒸汽加熱時,量流量兩者相等mn=m應(yīng)用下列公式計算式(4)忽略了進出口處動能及位能的影響。查有關(guān)圖表由P、T可查出h2由P、7可查出)3=1.88Re-13(Re<1800層流h1。式4)可轉(zhuǎn)換成下式時)Q=m, Ca m( T-To(5)式中x2m——定壓平均比熱J/kg:K?；騛2、3)3=0.007-01(Re>1800湍流時)(11)3升壓器的傳熱系數(shù)1式中N努塞爾特準數(shù)M=a1升壓器設(shè)計為列管式換熱器,丙烯液體在管內(nèi)流動吸熱管外由0.3MPa低壓蒸汽逆向加熱G格拉斯霍夫準數(shù)G=B2c;熱量由蒸汽通過列管傳給丙烯液體其傳熱系數(shù)K可寫成L—定性尺寸mK=。+R,+.dβ——體積膨脹系數(shù)a d2(6)△tn——對數(shù)平均溫度差K;式中K——總傳熱系數(shù)W/m2·K—運動粘度m2/α1一—低壓蒸汽與管壁的對流傳熱系數(shù)g—重力加速度m/s32;中國煤化系數(shù)W/m,Kα,——管壁與丙烯對流傳熱系數(shù),W/m2Pr=Cμ/A。CNMHG4升壓器的換熱面積R—一管壁外側(cè)污垢熱阻R,=5.2根據(jù)傳熱關(guān)系可得Q=K·A·Δtn得出QR2萬方管內(nèi)側(cè)污垢熱阻R2=1.76×(12)320齊魯石油化工第34卷△T1-△T24m/b式中對數(shù)平均溫差△tr(△T1/△T2)從丌d0Q冷凝潛熱X蒸汽5計算示例3.14×0.02×(2.73×10°以丙烯腈裝置所用1000m3丙烯球罐升壓器3.03×104設(shè)計計算為例已知條件為m。=5000kg/h=109×10°)×1.35×1039kg/sP=1.0MPa,=293kP=0.7MPa,75.67×104278Kr=3600W=50m3。升壓器列管呈正用式11)計算a1三角形排列列管直徑d20mm×2.5mm列管中即a[1.35×10-3)心間距t=32mm升壓器內(nèi)徑250mm,設(shè)升壓器98812×9.8×(2.69×10-2)單管程、10根列管=0.00775.67×104)4294kPa飽和蒸汽的有關(guān)參數(shù)21燴H2得a1=6.4×10W/m2·K2.73×100J/kgH0℃水=2.09×103J/kg密度3(2)管內(nèi)丙烯的對流傳熱系數(shù)αp汽=1.65kg/m3p0℃水=988.1kg/m3導(dǎo)熱系管內(nèi)丙烯的流速nm/PL數(shù)A=2.69×10-2W/m·K。n×m/4×d丙烯的有關(guān)參數(shù)管內(nèi)平均溫度T平=(50.07975400.084(m/s)20y2=12.℃)管內(nèi)平均溫度下的丙烯粘度A10×0.785×0.0150.08cP定壓比熱Cp=2.6kJ/kg·℃,導(dǎo)熱系。d以P0.015×540×0.08z85×10數(shù)A丙烯=0.418kJ/m:h·℃密度p1=540kg0.08×10m3臨界溫度47=91.9℃臨界壓力P。=4.54P=C=0.63×0.08×10×3601.810.1MPa。根據(jù)以上條件進行求解。由式(8)取(p/y≈1則N=0.0275.1確定m(8.5×103y8×1.8103=45.62。由P、T圖知1=540kg/m3h1=3.1×100.1×50.750.02J/k6×10由P、T圖知p2=21kg/m3h2=6.9×103J(8.5×10)8]=226(W/m2,k)gz=0.82R=198J/kg:kdd,預(yù)升壓時按式2)得由式6)+R,+V( P/T-Po/To)TZR 1-P2/p,)1d1+5.2×10-5+α,d,6.4×10350(1×10293-7×103/278)3600×0.82×198(1-21/540)0.00250.02=0.0797(kg/s)45.31.760.0175正常排液時按式(3)得0.0210P1/Pp4-1)0.0152260.015=1.39/(540/21-1)=0.056(kg/s)0.0062比較兩種工況下算出的m值,取m。=所以K=161.1W/m2K0.0797kg/s5.4計算換熱面積52確定Q中國煤化工由式4)得Q=m、h-h1)=0.0797(6.9103-3.1×103)=3.03×10(W)CNMHG13∠-∠0)-(50-5)5.3確定K74.5(℃)(1)殼程對流傳熱系數(shù)α3.03×104d up ( 4S/bx m, /s)K△T177.4×74.5=2.52(m2)力友數(shù)據(jù)(下轉(zhuǎn)第328頁)328齊魯石油化工第34卷5差距與改進方向異構(gòu)化技術(shù)2。勝利煉油廠目前的汽油組成中我國已加入WTO,國內(nèi)外經(jīng)貿(mào)合作越來越催化汽油占70%,是美國、歐洲的2倍左右。歐多只有抓緊同囯際先進水平接軌才能提高企業(yè)美國家異構(gòu)化汽油占5%~7%烷基化油占8%竟爭力做大汽油出口總量。在國內(nèi)全面執(zhí)行汽12%而勝利煉油廠尚無異構(gòu)化汽油組分烷基油新標準的同時北京、上海、廣州三大城市將使化油也只占5%左右。要使汽油質(zhì)量進一步提用相當于《世界燃油規(guī)范》Ⅱ類標準的汽油。我高需逐漸發(fā)展輕烯烴醚化、輕烴異構(gòu)化技術(shù)降國汽油的質(zhì)量指標同歐洲燃油標準、《世界燃油低催化汽油所占比例改善目前汽油組分結(jié)構(gòu)欠規(guī)范》Ⅱ類指標的對比見表10。合理的狀況表10國內(nèi)外主要汽油質(zhì)量指標對比《世界燃油規(guī)范》6結(jié)語項目歐洲類Ⅱ類Ⅲ類中國1)催化裂化裝置應(yīng)用降烯烴催化劑采用執(zhí)行年份/年2000硫含量β%≤0.015≤0.1≤0.⑩2≤0.03≤0.08粗汽油回?zé)挼燃夹g(shù)使催化汽油的烯烴含量降到苯含量%≤1.0≤5.0≤2.5≤1.0≤2.芳烴含量≤42≤50≤40≤3042%~48%湩整裝置采用提高重整分餾塔塔頂烯烴含量%≤18溫度等措施使重整汽油的苯含量降到6%左右優(yōu)選調(diào)合方案生產(chǎn)的汽油符合清潔汽油要求順從表10可以看出我國汽油的質(zhì)量指標同歐利實現(xiàn)了汽油質(zhì)量升級洲燃油標準、《世界燃油規(guī)范》Ⅱ類指標相比,差(2)目前的汽油質(zhì)量同發(fā)達國家尚有較大差距較大缺少競爭力。雖然目前每月有30k的距應(yīng)進一步研究開發(fā)降低催化裂化汽油烯烴含93汽油出口,但都銷往經(jīng)濟不發(fā)達的國家或地量和硫含量的技術(shù)措施改善催化汽油質(zhì)量應(yīng)逐區(qū)漸發(fā)展輕烯烴醚化、輕烴異構(gòu)化技術(shù)降低催化汽要縮小同發(fā)達國家的質(zhì)量差距應(yīng)采取如下油比例改善汽油組分結(jié)構(gòu)。措施進一步改進汽油質(zhì)量應(yīng)進一步研究開發(fā)降低催化裂化汽油烯烴含量和硫含量的技術(shù)改參考文獻善催化汽油質(zhì)量。汽油中的硫、烯烴9%以上來1魏壽彭.過程系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)MJ北京沖國石化出版自催化汽油硫主要分布在催化汽油的重組分中,降低催化汽油的終餾點可有效地降低硫含量但2鞏曉敏.清潔燃料生產(chǎn)工藝與工程技術(shù)專題研討會論烯烴含量會上升γ應(yīng)逐漸發(fā)展輕烯烴醚化、輕烴文集M]北京中國石化出版社2002上接第320頁)底部以滿足自流液的需要等等。6結(jié)語(1)升壓器換熱面積的大小與被升壓丙烯球參考文獻罐的容積沒有必然的聯(lián)系僅與球罐頂氣相容積Ⅰ符錫理·液氳液氧擠壓加注用汽化器的設(shè)計原理和有關(guān)。計算J]低溫工程199X1)2)升壓器耗液量在預(yù)增壓階段和正常排液2譚天恩化工原理M北京北學(xué)工業(yè)出版社1984階段是不一樣的應(yīng)取兩者中的較大值。3上?；W(xué)院編.石油煉制設(shè)計數(shù)據(jù)圖表集[M](3)在升壓過程中,升壓器的進液為平衡狀中國煤化工態(tài)出口氣體為過熱狀態(tài)利用兩者的焓差來計算CNMHG北京北學(xué)工業(yè)出版社吸熱量。升壓器的傳熱系數(shù)近似等于管內(nèi)丙烯側(cè)5張旭之丙烯衍生物工學(xué)[M]北京北化學(xué)工業(yè)出版的對流傳熱系數(shù)。4)升壓器的設(shè)計還有其它一些問題,如升6潘俊興.低溫槽車排液自增壓汽化器的設(shè)計計算壓器丙烯糯于入口入口位置應(yīng)低于儲罐[J]低溫工程1996(1)