一种改善再沸器换热性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种改善再沸器换热性能的方法，包括以下步骤：a、选取金属烧结型高通量换热管，根据材质和直径确定过热度ΔT；b、确定所述金属烧结型高通量换热管的沸腾传热系数h；c、根据上述过热度ΔT和沸腾传热系数h计算换热面积A；d、根据换热面积A选取步骤b中金属烧结型高通量换热管对再沸器的换热管进行更换。采用上述技术方案后，用适宜面积的金属烧结型高通量换热管保证再沸器换热性能，节约了设备成本，达到节能减排的要求。
【专利说明】
一种改善再沸器换热性能的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及化工领域，特别涉及一种改善再沸器换热性能的方法。
【背景技术】
[0002] 再沸器是放置于精馏塔底部的换热器，是一种广泛应用于石油化工及其它工业领 域的通用设备。现有的对再沸器进行内部强化主要是通过增大换热面积来进行的，但换热 器的传热面积不可能无限制地增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设 备紧凑化是必然趋势。
[0003] 本发明人经过长期研究发现，提高传热系数对于改善再沸器的换热性能具有很大 的影响。再沸器通常采用蒸汽作为加热介质，以冷凝的形式放出热量，被加热介质受热后以 沸腾的形式汽化。
[0004] 通过长期研究，本发明人发现，再沸器冷凝侧和沸腾侧的传热系数的函数关系符 合公式：
[0006] 其中K为总传热系数，kb为沸腾侧传热系数，k。为冷凝侧传热系数，kw为管壁传热系 数，可根据材料性质查表获得。传热系数的单位为W/(m 2 · K)。冷凝侧传热系数和管壁传热 系数都大于沸腾侧传热系数，因此沸腾侧的传热系数为控制因素，也就是说提高kb是提高 总传热系数的关键。
[0007] 有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种改善再沸器换热性 能的方法，实现在换热面积有限的前提下对再沸器进行内部强化。
[0009] 本发明的另一目的在于，提供一种改善再沸器换热性能的方法，保证再沸器的换 热性能达标的情况下节约换热管数量，降低成本。
[0010] 本发明人在研究中偶有发现，沸腾传热系数主要由传热壁面上核化点的数量决 定，单位传热面积上的核化点数量越多则传热系数越大。在此基础上，发明人进行了进一步 研究，又发现在上述沸腾传热系数公式的拟合中，核化点的形态也是非常重要的，对于两个 不同的传热壁面而言，即使单位传热面积上的核化点数量一致，如果核化点形态差别较大， 沸腾传热系数也会出现较大差异。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
[0012] -种改善再沸器换热性能的方法，包括以下步骤：
[0013] a、选取金属烧结型高通量换热管，根据材质和直径确定过热度Δ T;
[0014] b、确定所述金属烧结型高通量换热管的沸腾传热系数h;
[0015] c、根据上述过热度δ τ和沸腾传热系数h计算换热面积A;
[0016] d、根据换热面积A选取步骤b中金属烧结型高通量换热管对再沸器的换热管进行 更换；
[0017] 上述步骤a和步骤b的顺序可任意调换。
[0018] 上述改善再沸器换热性能的方法，步骤b包括如下子步骤：
[0019] b-Ι、根据再沸器内需要被加热液体的气化率和物性参数，计算马特内里数：
[0021] 其中，xtt为马特内里数，无量纲；
[0022] X为气化率；
[0023] pg和pi分别为被加热的液体物质在气体状态和液体状态下的密度，单位为kg/m3;
[0024] μ^Ρμι分别为被加热的液体物质在气体状态和液体状态下的动力粘度，单位为 Pa · s ；
[0025] 上述1、08、01^4叫1均通过液体的参数表格查得；
[0026] b_2、根据上述马特内里数和以下公式，计算沸腾传热系数h:
[0031]其中，Pr为普朗特数，Re为雷诺数，
[0032] ho为对流换热系数，单位为W/(m2 · K);
[0033] λ为液体导热系数，单位为W/(m · K);
[0034] cU为所述金属烧结型高通量换热管内流体的当量直径，单位为m;
[0035] μ为粘度，单位为Pa · s;
[0036] u为液体流速，单位为m/s;
[0037] Cp为热容，单位为J/(kg*K)。
[0038] 上述改善再沸器换热性能的方法，步骤c中计算换热面积A的公式：
[0040] A为换热面积，单位为m2;
[0041 ] m为单位时间流经再沸器的液体流量，单位为kg/s;
[0042] X为气化率，根据液体的物性表获取；
[0043] △ Η为汽化焓，根据液体的物性表获取；
[0044] h为传热系数；
[0045] ΔΤ为过热度。
[0046] 上述改善再沸器换热性能的方法，所述金属烧结型高通量换热管是基底为不锈钢 的金属烧结型高通量换热管。
[0047] 上述改善再沸器换热性能的方法，不锈钢的所述金属烧结型高通量换热管的直径 为19mm或25mm，并由此确定过热度Δ T为20K。
[0048] 采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0049] 1、本发明采用金属烧结型高通量换热管改善再沸器的换热性能，金属烧结型高通 量换热管采用金属粒子烧结技术，将金属粒子堆集在光滑管表面，形成大量的微孔，这些微 孔的数量远远大于光滑管本身所具有的核化点数量，使该换热管具有很好的强化沸腾的作 用。同时，由于所用的金属粒子颗粒大小一致，因此在光滑管表面形成的烧结层孔隙均匀， 便于拟合沸腾传热系数公式，便于确定传热系数；
[0050] 2、采用本发明的方法根据传热系数和过热度对金属烧结型高通量换热管换热面 积进行选取，用适宜面积的金属烧结型高通量换热管保证再沸器换热性能，节约了设备成 本，达到节能减排的要求；
[0051] 3、金属烧结型高通量换热管采用不锈钢基底，更加拟合沸腾传热系数公式。
【具体实施方式】
[0052]下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
[0053] 实施例
[0054]某精馏塔塔底物料为水，压力0.1 MPa，流量为100t/h，其中20 %再沸，汽化温度为 100 °C，再沸器使用不锈钢304材质，原使用0.5MPa水蒸汽(约150 °C)加热，换热面积约80m2。 [0055]现采用本发明的改善再沸器换热性能的方法对该再沸器进行内部强化，改用以不 锈钢为基底的金属烧结型高通量换热管，对加热介质和换热面积进行优化。
[0056] 具体步骤如下：
[0057]步骤100:根据被加热液体(本实施例中为水)的气化率和物性参数，以下列公式计 算马特内里数：
[0059] Xtt为马特内里数，无量纲；
[0060] X为气化率，取值0.2;
[0061 ] 在0 · IMPa压力，100°C条件下，水的各项参数为，
[0062] pg = 0.58kg/m3 ；
[0063] pi = 958.8kg/m3 ；
[0064] yg=1.25X10-5Pa · s
[0065] yi = 2.838X10-4Pa · s
[0066] 计算求得 xtt = 0.117。
[0067] 步骤110:根据液体物性参数，以下列公式计算沸腾侧(管内）换热系数：
[0070] ho为对流换热系数，单位为W/(m2 · K);
[0071] λ为导热系数，查表得到数值为〇.683W/(m · K);
[0072] di为金属烧结型高通量换热管内径，采用DN19(也可采用DN25)的不锈钢为基底的 金属烧结型高通量换热管，内径为〇.〇16m;
[0073] Re为雷诺数，本身为无量纲数，取值2000;
[0074] Pr为普朗特数，查表取值为1.75;
[0075] 计算求得h〇 = 537W/(m2 · K)，h=17319W/(m2 · K)。
[0076] 步骤120:根据再沸器的额定换热管的直径径确定加热介质所需过热度，在本实施 例中，再沸器使用DN19型换热管，20K过热度即可满足需求，故将加热介质调整为0.3MPa加 热蒸汽(约130摄氏度）。
[0077] 步骤130:按照以下公式计算换热面积。
[0079] A为换热面积，单位为m2;
[0080] m为流经再沸器的液体流量，100t/h;
[0081] X为气化率，根据水的参数取值0.2;
[0082] △ Η为汽化焓，可查相关液体的物性表获取，数值为2256kJ/kg;
[0083] △ T为过热度，取值20K(加热蒸汽非饱和，需去掉部分过热度）。
[0084] 则有
[0086] 采用步骤100中的以不锈钢为基底的金属烧结型高通量换热管安装于再沸器，以 代替该再沸器中原定采用的换热管，实现再沸器的换热功能强化。
[0087] 强化后的再沸器能够使用低品位的0.3MPa蒸汽取代较高品味的0.5MPa蒸汽，提高 了换热性能，并且换热面积减少40%，提高了设备紧凑性，并且上述两点均能够降低能耗， 符合节能减排的要求。
[0088] 在本实施例中，采用不锈钢基底的金属烧结型高通量换热管改善再沸器的换热性 能，由于内壁为金属烧结形态，基底为不锈钢，更加拟合沸腾传热系数公式，金属烧结型高 通量换热管采用金属粒子烧结技术，将金属粒子堆集在光滑管表面，形成大量的微孔，这些 微孔的数量远远大于光滑管本身所具有的核化点数量，使该换热管具有很好的强化沸腾的 作用。同时，由于所用的金属粒子颗粒大小一致，因此在光滑管表面形成的烧结层孔隙均 匀，便于拟合沸腾传热系数公式，便于确定传热系数。
[0089] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种改善再沸器换热性能的方法，其特征在于，包括W下步骤： a、 选取金属烧结型高通量换热管，根据其材质和直径确定过热度AT; b、 确定所述金属烧结型高通量换热管的沸腾传热系数h; C、根据上述过热度Δ T和沸腾传热系数h计算换热面积A; d、根据换热面积A选取步骤b中金属烧结型高通量换热管对再沸器的换热管进行更换； 上述步骤a和步骤b的顺序可任意调换。2. 根据权利要求1所述的改善再沸器换热性能的方法，其特征在于，步骤b包括如下子 步骤： b-1、根据再沸器内需要被加热液体的气化率和物性参数，计算马特内里数：其中， Xtt为马特内里数，无量纲； X为气化率； 化和P1分别为被加热的液体物质在气体状态和液体状态下的密度，单位为kg/m3; Wg和μι分别为被加热的液体物质在气体状态和液体状态下的动力粘度，单位为化· S; 上述X、化、Pi、yg和μι均通过液体的参数表格查得； b-2、根据上述马特内里数和W下公式，计算沸腾传热系数h:其中，化为普朗特数，Re为雷诺数， ho为对流换热系数，单位为W/(m2 · K); λ为液体导热系数，单位为W/(m · K); di为所述金属烧结型高通量换热管内流体的当量直径，单位为m; μ为粘度，单位为化· S; U为液体流速，单位为m/s; Cp为热容，单位为J/化g-K)。3. 根据权利要求2所述的改善再沸器换热性能的方法，其特征在于，步骤C中计算换热 面积A的公式：A为换热面积，单位为m2; m为单位时间流经再沸器的液体流量，单位为kg/s; X为气化率，根据液体的物性表获取； A Η为汽化洽，根据液体的物性表获取； h为传热系数； AT为过热度。4. 根据权利要求1所述的改善再沸器换热性能的方法，其特征在于，所述金属烧结型高 通量换热管是基底为不诱钢的金属烧结型高通量换热管。5. 根据权利要求4所述的改善再沸器换热性能的方法，其特征在于，不诱钢的所述金属 烧结型高通量换热管的直径为19mm或25mm，并由此确定过热度Δ T为20K。
【文档编号】G06F19/00GK106096264SQ201610403456
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】王甦, 王新剑, 陈晓文, 于春健, 刘霁斌
【申请人】大连凯信石化科技有限公司