换热器传热效率计算在化工厂粗苯系统的应用

陈 淼

(山东钢铁股份有限公司济南分公司化工厂,山东济南 250101)

换热器传热效率计算在化工厂粗苯系统的应用

陈 淼

(山东钢铁股份有限公司济南分公司化工厂,山东济南 250101)

在粗苯生产中需要定期进行测算评估换热器的换热效率,再适时决定需要停换热器清洗维护的时间。通过研究换热器传热效率核算方法来评估换热器的热交换能力,为换热器的清洗维护提供理论评判依据。

换热器热效率;计算;清洗

1 引言

在粗苯生产中,换热器富油温度的高低,直接决定着粗苯工序的能耗指标。当换热器热效能降低到一定程度时,能耗将明显增高,不能满足实际工况的需要。此时就需要对换热器进行除垢清洗维护。然而,化工生产是一个连续的过程,每一次的开停换热器能量和原料损失很大。所以要定期进行测算评估换热器的换热效率,再决定需要维护的时间。以下讨论了如何正确核算换热器传热效率,评估换热器能力,为换热器的清洗维护提供依据。

目前尚未有统一严格计算换热器热效率的计算公式。理论上计算换热器的热效能,通常采用输出热量与输入热量之比,见公式(1):

但该公式表达的仅仅是换热器的热效率的基本概念,仅反映出该换热器外壳绝热性能的优劣,不能反映换热器结构本身的影响和介质之间传热效率的高低。而实际上,不同的换热设备结构不同,流体流向、流体类型也都有差别,导致换热效率也各不相同,需要综合换热器的各种结构特点,寻找出最合适的传热效率表达式。

2 基础研究

理想换热器有一个最大可传递热量的概念,下面以化工厂一系统粗苯贫富油螺旋板换热器为例进行说明。换热器的换热基本方程式:

其中:G1、G2—贫油、富油流量;

T1、T2—贫油进出换热器的温度;

t1、t2—富油进出换热器的温度;

C—油的比热;

K、F—换热器的传热系数和传热面积;

△tp—加热与被加热介质之间的对数平均温度差。

要使加热介质的热量100%地传给被加热介质,需要△tp→0,t2=T1,即换热器完成热传递后的一端的温度差为零,称为理想换热器,它实际上不可能。

由此,换热器的热效率表达式应为:

由式(2)知,理想换热器最大可传递热量:

被加热介质吸收的真实热量:

将上述公式代入换热器介质之间传热效率公式为:

3 实际举例

根据目前化工厂一系统粗苯的生产模式,贫油从塔底出来,与富油在一级、二级贫富油换热器里面需要进行换热,换热器类型有螺旋板式和板框式,实际测量温度见表1。

表1 某化工厂一系统粗苯贫富油换热器测量数据

下面分别以一段5#贫富油换热器来计算该换热器的热效率和介质之间的传热效率。其中贫油流量90 t/h,富油流量70 t/h

(1)利用式(1)基本概念的热效率公式计算出换热器热效率:

(2)利用式(7)基本概念的热效率公式计算出换热器热效率:

4 结论

(1)采用基本概念的热效率公式(1),计算所得换热器的热效率为73.7%,这个数据只能反映换热器外表面绝热性能的好坏和热量损失的高低,而不能反映换热器内部结构对介质之间换热性能的影响。

(2)采用热效率表达式(7)所得的结果62.9%,真实体现了实际的换热器内部介质之间传热效率的高低,以及换热器内部结垢的严重程度,为清洗换热器提供参照。

(3)根据以上的计算结果,定期测算换热器进出口温度,再对比生产的工艺数据,依此评判换热器是否需要停换热器维护清洗,这种评估方法简单易行。

(4)考虑到换热器本身结构以及散热等因素,参照相关文献,换热器效率达到90%以上就是很好的操作水平。

(5)在两相介质接触的时候,介质的温度越高,换热效率越好,这是由于温度越高,流体之间接触越剧烈,反之温度越低,热辐射以及热传导明显下降。

(6)被加热流体的温差小于5℃时,热流体的冷却很大程度上是自身在换热器内部散热带来的温降。此换热器即使满足工艺要求也存在较大的管理漏洞。

以上换热器换热效能和内部介质之间热传递效率的计算方法是一种监测评估方法。通过这种方法来评估确认换热器换热能力,确定换热器是否需要维护清洗简单有效,对化工厂换热器维护管理有指导意义。

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

陈淼,男,助理工程师,主要从事化产回收工艺研究以及循环水系统处理工作。