丙烯球罐升压器的设计计算

工业技术齐鲁石油化工,2006,34(3):318-320QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY丙烯球罐升压器的设计计算韩宏伟(齐泰石化公司山东淄博255068)摘要丙烯由罐区到装置旳稳定输送是丙烯腈生产的难点之一采用丙烯升压器给球罐升压的方式代替丙烯泵输送简便、易行、节约。根据丙烯升压器旳有关设计原理給岀了液体耗量、吸热量、对流传热系数及换热面积的计算公式并以实例加以说明。关键词丙烯升压器耗液量传热系数换热面积中图分类号TQ053.2文献标识码文章编号:009-98592006)3-0318-03齐鲁石化丙烯腈厂丙烯腈装置从丙烯球罐向预升压阶段是指在球罐排液阀关闭的情况装置输送液体丙烯最初设计用丙烯泵。由于丙烯下在一定时间内将罐顶气相压力增加到某一要液体沸点低而泵前设置的过滤器又增大了泵前求值的过程。在此阶段液体经过升压器汽化后阻力造成丙烯在泵体内汽化形成气阻使丙烯全部用来增压。顶部气体满足气态方程泵掉压输送不岀丙烯进而影响到丙烯腈装置的Py=ZmRT运行。为彻底解决液体丙烯输送的瓶颈决定用式中气相压力Pa丙烯升压器给球罐升压以达到输送丙烯的目的。Z——气体压缩因子V——气相容积m3该法与用丙烯泵相比具有操作简单、升压快、投T——气体温度K资省、能耗低等许多优点是值得大力推广的一种气体常数J/kg·K。输送方式将式V=V+Vrm=mo+mn及V=m/p1代入式1)得1升压器的需液量f(V+VT)=mo+mT)×RT1.1预升压阶段的需液量PV。-ZmRT用升压器增压排液的过程如图1所示。则m,=ZRT=P/P)V(P/T-P0/70)R( 1(2)式中m,——单位时间内被汽化的液体量kg/s;与m,相对应的液体体积m3/sp在P、T。下液体的密度kg/m3升p在P、T下气体的密度kg/m丙烯球罐器P——增压前的气相压力Pa;中国煤化工温度KCNMHG排液阙x升压阙V——增压前的气相容积m。烯外送收稿日期2006-05-08修回日期2006-07-20。作者简介韩宏伟(1970-)男汉族山东潍坊人工程师,万方数升压器升压系统已在国内刊物上发表论文1篇。电话0533-2993386第3期韩宏伟.丙烯球罐升压器的设计计算319式2)中P0、TP及r为已知数,T值由设10-m2:K/W计者自定。在确定T值时应考虑一定的过热度b—列管壁厚mm从式2)中可以看出T值大ρ值就小m,也就入—钢的导热系数W/m2·K;减少有利于降低流过升压器的液体丙烯量降低d1、d2—列管外径、内径升压器能耗。但T值也不能过大否则将使升压dn—列管的平均直径dn=(d1+d2)2,器尺寸增大1.2正常排液阶段的增压需液量由式6)可见如要求K应先求出a1、a2对此阶段排液阀打开球罐开始向外排液。排于列管換热器可按流体在管内作强制对流换热液量m与增压需液量m,存在如下关系51:准则方程求a1、a2(3)当Re<2300.610在设计升压器取m的值时应按式2)(3)时计算结果的较大值选取。这样既能满足预升压的Nu=1.86RePr(d/L)(u/u)14(7)需要又能满足正常排液的需要。当Re>10000时Pr=0.6~160,,=30~40时升压器的吸热量在稳定汽化过程中按热力学第一定律可得Nu=0.027Re8P103x(u/u)(8)当Re=2300~10000时,可用式(7)或(8)Q=m, h,-m,h =m(h.-h)(4)式中——升压器单位时间的吸热量W计算出α值然后乘以校正系数∫且6×103h在P、T状态下气体的焓J/kg;(9)Reh——在P、T状态下过冷液体的焓J/k当计算壳程的对流传热系数时应根据加热m、m单位时间内升压器进出口的质介质的不同采取不同的计算公式用蒸汽加热时,量流量两者相等mn=m应用下列公式计算式(4)忽略了进出口处动能及位能的影响。查有关图表由P、T可查出h2由P、7可查出)3=1.88Re-13(Re<1800层流h1。式4)可转换成下式时)Q=m, Ca m( T-To(5)式中x2m——定压平均比热J/kg:K。或a2、3)3=0.007-01(Re>1800湍流时)(11)3升压器的传热系数1式中N努塞尔特准数M=a1升压器设计为列管式换热器,丙烯液体在管内流动吸热管外由0.3MPa低压蒸汽逆向加热G格拉斯霍夫准数G=B2c;热量由蒸汽通过列管传给丙烯液体其传热系数K可写成L—定性尺寸mK=。+R,+.dβ——体积膨胀系数a d2(6)△tn——对数平均温度差K;式中K——总传热系数W/m2·K—运动粘度m2/α1一—低压蒸汽与管壁的对流传热系数g—重力加速度m/s32;中国煤化系数W/m,Kα,——管壁与丙烯对流传热系数,W/m2Pr=Cμ/A。CNMHG4升压器的换热面积R—一管壁外侧污垢热阻R,=5.2根据传热关系可得Q=K·A·Δtn得出QR2万方管内侧污垢热阻R2=1.76×(12)320齐鲁石油化工第34卷△T1-△T24m/b式中对数平均温差△tr(△T1/△T2)从丌d0Q冷凝潜热X蒸汽5计算示例3.14×0.02×(2.73×10°以丙烯腈装置所用1000m3丙烯球罐升压器3.03×104设计计算为例已知条件为m。=5000kg/h=109×10°)×1.35×1039kg/sP=1.0MPa,=293kP=0.7MPa,75.67×104278Kr=3600W=50m3。升压器列管呈正用式11)计算a1三角形排列列管直径d20mm×2.5mm列管中即a[1.35×10-3)心间距t=32mm升压器内径250mm,设升压器98812×9.8×(2.69×10-2)单管程、10根列管=0.00775.67×104)4294kPa饱和蒸汽的有关参数21燴H2得a1=6.4×10W/m2·K2.73×100J/kgH0℃水=2.09×103J/kg密度3(2)管内丙烯的对流传热系数αp汽=1.65kg/m3p0℃水=988.1kg/m3导热系管内丙烯的流速nm/PL数A=2.69×10-2W/m·K。n×m/4×d丙烯的有关参数管内平均温度T平=(50.07975400.084(m/s)20y2=12.℃)管内平均温度下的丙烯粘度A10×0.785×0.0150.08cP定压比热Cp=2.6kJ/kg·℃,导热系。d以P0.015×540×0.08z85×10数A丙烯=0.418kJ/m:h·℃密度p1=540kg0.08×10m3临界温度47=91.9℃临界压力P。=4.54P=C=0.63×0.08×10×3601.810.1MPa。根据以上条件进行求解。由式(8)取(p/y≈1则N=0.0275.1确定m(8.5×103y8×1.8103=45.62。由P、T图知1=540kg/m3h1=3.1×100.1×50.750.02J/k6×10由P、T图知p2=21kg/m3h2=6.9×103J(8.5×10)8]=226(W/m2,k)gz=0.82R=198J/kg:kdd,预升压时按式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正常排液时按式(3)得0.0210P1/Pp4-1)0.0152260.015=1.39/(540/21-1)=0.056(kg/s)0.0062比较两种工况下算出的m值,取m。=所以K=161.1W/m2K0.0797kg/s5.4计算换热面积52确定Q中国煤化工由式4)得Q=m、h-h1)=0.0797(6.9103-3.1×103)=3.03×10(W)CNMHG13∠-∠0)-(50-5)5.3确定K74.5(℃)(1)壳程对流传热系数α3.03×104d up ( 4S/bx m, /s)K△T177.4×74.5=2.52(m2)力友数据(下转第328页)328齐鲁石油化工第34卷5差距与改进方向异构化技术2。胜利炼油厂目前的汽油组成中我国已加入WTO,国内外经贸合作越来越催化汽油占70%,是美国、欧洲的2倍左右。欧多只有抓紧同囯际先进水平接轨才能提高企业美国家异构化汽油占5%~7%烷基化油占8%竟争力做大汽油出口总量。在国内全面执行汽12%而胜利炼油厂尚无异构化汽油组分烷基油新标准的同时北京、上海、广州三大城市将使化油也只占5%左右。要使汽油质量进一步提用相当于《世界燃油规范》Ⅱ类标准的汽油。我高需逐渐发展轻烯烃醚化、轻烃异构化技术降国汽油的质量指标同欧洲燃油标准、《世界燃油低催化汽油所占比例改善目前汽油组分结构欠规范》Ⅱ类指标的对比见表10。合理的状况表10国内外主要汽油质量指标对比《世界燃油规范》6结语项目欧洲类Ⅱ类Ⅲ类中国1)催化裂化装置应用降烯烃催化剂采用执行年份/年2000硫含量β%≤0.015≤0.1≤0.⑩2≤0.03≤0.08粗汽油回炼等技术使催化汽油的烯烃含量降到苯含量%≤1.0≤5.0≤2.5≤1.0≤2.芳烃含量≤42≤50≤40≤3042%~48%湩整装置采用提高重整分馏塔塔顶烯烃含量%≤18温度等措施使重整汽油的苯含量降到6%左右优选调合方案生产的汽油符合清洁汽油要求顺从表10可以看出我国汽油的质量指标同欧利实现了汽油质量升级洲燃油标准、《世界燃油规范》Ⅱ类指标相比,差(2)目前的汽油质量同发达国家尚有较大差距较大缺少竞争力。虽然目前每月有30k的距应进一步研究开发降低催化裂化汽油烯烃含93汽油出口,但都销往经济不发达的国家或地量和硫含量的技术措施改善催化汽油质量应逐区渐发展轻烯烃醚化、轻烃异构化技术降低催化汽要缩小同发达国家的质量差距应采取如下油比例改善汽油组分结构。措施进一步改进汽油质量应进一步研究开发降低催化裂化汽油烯烃含量和硫含量的技术改参考文献善催化汽油质量。汽油中的硫、烯烃9%以上来1魏寿彭.过程系统优化技术MJ北京冲国石化出版自催化汽油硫主要分布在催化汽油的重组分中,降低催化汽油的终馏点可有效地降低硫含量但2巩晓敏.清洁燃料生产工艺与工程技术专题研讨会论烯烃含量会上升γ应逐渐发展轻烯烃醚化、轻烃文集M]北京中国石化出版社2002上接第320页)底部以满足自流液的需要等等。6结语(1)升压器换热面积的大小与被升压丙烯球参考文献罐的容积没有必然的联系仅与球罐顶气相容积Ⅰ符锡理·液氳液氧挤压加注用汽化器的设计原理和有关。计算J]低温工程199X1)2)升压器耗液量在预增压阶段和正常排液2谭天恩化工原理M北京北学工业出版社1984阶段是不一样的应取两者中的较大值。3上海化工学院编.石油炼制设计数据图表集[M](3)在升压过程中,升压器的进液为平衡状中国煤化工态出口气体为过热状态利用两者的焓差来计算CNMHG北京北学工业出版社吸热量。升压器的传热系数近似等于管内丙烯侧5张旭之丙烯衍生物工学[M]北京北化学工业出版的对流传热系数。4)升压器的设计还有其它一些问题,如升6潘俊兴.低温槽车排液自增压汽化器的设计计算压器丙烯糯于入口入口位置应低于储罐[J]低温工程1996(1)