换热器课程设计

课程实训任务书

课程 石油装备设计综合实训 题目 炼油厂柴油换热器的选用和设计 主要内容：

1.液化气工艺概述；

2.换热器的工艺计算； 3.换热器的结构设计； 4.换热器的强度校核； 5.换热器的结果汇总。 设计条件：

炼油厂用原油将柴油从1750C冷却至1300C，柴油流量为12500kg/h；原油初温为700C，经换热后升温到1100C。换热器的热损失可忽略。操作压力为60KPa管、壳程阻力压降均不大于30KPa。污垢热阻均取0.0003Pa?s。 主要参考资料：

[1] GB150-2011，压力容器 [S] .

[2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计 [M] .北京：化学工业出版社,2010. [3]JB 4731-2005，钢制卧式容器 [S] . [4]JB4712-2007，容器支座[S].

[5] JB 4715-1992，固定管板式换热器型式与基本参数[S]. 完成期限 2013年3月24日 指导教师

专业负责人

2013年2月25日

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目 录

第1章 液化气工艺及流程图概述 ........................................ 1

1.1液化石油气工艺概述 ............................................ 1 1.1.1液化石油气的特点 ............................................ 1 1.1.2液化石油气的来源 ............................................ 1 1.1.3液化石油气的提取 ............................................ 2 第2章 列管式换热器的选用与工艺设计 .................................. 4

2.1列管式换热器的概述 ............................................ 4 2.2 初算换热器的传热面积 ......................................... 4 2.3主要工艺及结构基本参数的计算 .................................. 6 2.4管、壳程压强降的校验 .......................................... 9 2.5总传热系数的校验 ............................................. 12 2.6列出所涉及换热器的结构基本参数 ............................... 14 第3章 换热器的结构设计 ............................................. 15

3.1 筒体部分计算 ................................................ 15 3.2 椭圆封头厚度 ................................................ 16 3.3 管板选取 .................................................... 17 3.4 法兰选取 .................................................... 17 3.5 鞍式支座 .................................................... 19 3.6 接管 ........................................................ 19 第4章 换热器的强度校核 ............................................. 21

4.1 计算容器重量载荷的支座反力 .................................. 21 4.2 筒体轴向应力验算 ............................................ 21 4.3 鞍座处的切向剪应力校核 ...................................... 23 4.4 鞍座处筒体周向应力验算 ...................................... 24 第5章 设计结果汇总 ................................................. 26 参考文献 ............................................................ 27

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第1章 液化气工艺及流程图概述

1.1液化石油气工艺概述

液化气又叫液化石油气，是以丙烷、丁烷、丙烯、丁烯为主要成分的烃类混合物。英文名称为L.P.G（Liquified PetroIeum Gas）。

1.1.1液化石油气的特点

(1)液化石油气的主要成分丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等在常温常压下呈气态。但适当升高或降低温度容易转变为液态。临界温度为92-162℃，临界压力为3.53-4.45MPa(绝)。

(2)从气态转变为液态，体积可缩小250-300倍，使得液化气较其他燃气便于运输、贮存和输配。通常采用常温加压条件使液化气保持液态，因此用于运输、贮存和输配容器设备均为压力容器。在大规模液化气贮存中(贮存量超过10000t)，可考虑采用低温降压或低温常压法,以减少投资。 （3）与其他城市燃气相比，液化气热值最高，低热值为45.1-45.9MJ／kg(液态)或87.8-108.7MJ／m3(气态)。考虑到燃烧的完全性，通常采用降压法。

(4)液化气从贮罐等容器或管道中泄漏后将迅速气化，需吸收充足的热量。这将导致漏孔附近材料及周围大气温度急剧降低，与人体皮肤接触甚至会造成冻伤。这也对容器的选材及制造提出了严格的要求。

(5)气态浓化气重度较空气大1.8—2.0倍。泄漏后易在低洼、沟槽处聚积。而液化气爆炸下限很低(爆炸极限为空气中体积的1.7％—10％)，极易与周围空气混合形成爆炸气体，遇到明火将引起火灾和爆炸事故。一旦遇火爆炸，其事故特点是对人员、设备及设施危害大，波及范围广，难以控制。所以在液化气供应中，必须保证运行安全、设备完好、操作正确、防火防爆。

(6)液态液化气比水轻(一般为水重的50％—60％)。在容器或管道中，通常呈饱和状态，其饱和蒸气压力随温度的升高(降低)而升高(降低)。其液态密度随温度的升高(降低)而减少(增加)。

1.1.2液化石油气的来源

液化石油气有两种来源:一种是在油田或气田开采中获得的，称为天然石油气;另一种来源于炼油厂在石油炼制加工过程中所获得的副产品，称为炼厂石油气。 天然石油气中不含有烯烃，炼厂石油气中则含有相当数量的烯烃，这是原油在二

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次加工时的裂解产物。

1.1.3液化石油气的提取

液化石油气的提取主要有压缩法、吸收法、吸附法。

1.1.3.1压缩法

从烃类的气—液相平衡关系可知，在一定温度下，不同烃类的饱和蒸汽压不同，含碳越高的烃类饱和蒸汽压越低，当温度高于某种烃的临界温度时，无论多高压力都不能使其液化。同时，在一定压力下，不同烃类的冷凝温度不同，含碳越高的烃类冷凝温度越高。

因而若将一定温度下的气态混合烃压缩，或者在一定压力下将其冷却，那么含碳高的烃类会成为液体。可从气态中分离出来，这就是压缩法提取液化石油气的基本原理。

气体在压缩过程中温度将升高，其中烯烃在高温下易形成聚合物，影响压缩机运行。为此通常采用分级压缩的方法，使每级压缩后气体温度控制在140℃左右，然后将其冷却。

1.1.3.2吸收法

吸收法是利用吸收液对于不同气态烃具有选择吸收的能力而分离烃类的一种方法。汽油是常用的吸收刘，愈重的烃类在汽油中溶解度愈大。提高压力和降低温度有利于吸收过程，所以吸收塔通常在加压、低温或常温下操作。此外，吸收剂中待吸收组分浓度愈低。吸收效率愈高。

为了提取液化石油气，一般先用吸收法把混合烃分离成C3以上的重馏分和C2以下的轻馏分及氢，然后再经过精馏，分离出C3、C4组分。

1.3.3吸附法

吸附法是利用吸附剂具有选择性吸附和解吸的能力来分离混合烃中不同组分的方法。作为吸附剂的有活性炭、硅胶和分子筛等多孔材料。其中分子筛的吸附能力强，选择性好，但是价格昂贵。工业上通常采用活性炭作吸附剂。当气态混合烃与吸附剂接触时，不饱和烃比饱和烃容易被吸附；在同类烃中高分子烃容易被吸附。

吸附法适用于分离含重烃很少的气态混合烃。

1.2 ARGG装置工艺流程概述

1.2.1 ARGG装置

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ARGG装置包括反应-再生、分馏、吸收塔、气压机、能量回收及余热锅炉、产品精制几部分租成，ARGG工艺以常压渣油等重油质油为原料，采用重油转化和抗金属能力强，选择性好的ARG催化剂，以生产富含丙烯、异丁烯、异丁烷的液化气、并生产高辛烷只汽油。

其中，催化裂化是炼油工业中最重要的二次加工过程，是重油轻质化的重要手段。它是使原料油在适宜的温度、压力和催化剂存在的条件下，进行分解、异构化、氢转移、芳构化、缩和等一系列化学反应，原料油转化为气体、汽油、柴油等主要产品及油浆、焦炭的生产过程。催化裂化的原料油来源广泛，主要是常减压的馏分油、常压渣油、减压渣油及丙烷脱沥青油、蜡膏、蜡下油等。随着石油资源的短缺和原油的日趋变重，重油催化裂化有了较快发展，处理的原料可以是全常渣甚至是全减渣。在硫含量较高时，则需用加氢脱硫装置进行处理，提供催化原料。催化裂化过程具有轻质油收率高、汽油辛烷值较高、气体产品中烯烃含量高等特点。

1.2.2 部分工艺流程叙述

吸收塔顶操作压力1.3MPa（绝），从D-10301来的压缩富气进入吸收塔C-10301自下而上逆流与来自D-10201来的粗汽油和补充吸收剂泵P-10304/1、2送来的稳定汽油（补充吸收剂）逆相接触。气体中的及以上的更重要组分大部分被吸收，剩下含有少量吸收剂（贫气）去再吸收塔C-10303，为了取走吸收时放出的热量，在吸收塔用P-10302/1～4分别抽出四个中段回流，经中段回流冷却器E-10307/1～8冷却后再返回吸收塔。在D-10301中平衡汽化得到的凝缩油由凝缩油P-10301/1、2抽出后，经脱吸塔进料-稳定汽油换热器E-10302/1-2换热至55进入脱吸塔C-10302顶部。脱吸塔顶操作压力1.4MPa（绝），温度50，脱吸塔底部由脱吸塔底重沸器E-10301/1.2提供热量。用分馏部分中段回流作为热载体，以脱出凝缩油中的组分。塔底抽出的脱乙烷汽油送至汽油稳定系统。贫气从吸收塔顶出来进入再吸收塔C-10303，操作压力1.25MPa（绝）。与从分馏部分来的贫吸收油（轻柴油）逆流接触，已脱除气体中夹带的轻汽油组分，经吸收后的气体（干气）送至脱硫装置，富吸收油则靠再吸收塔的压力自流至E-10205/1-2，与贫吸收油换热后再返回分馏塔。

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