Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

121

среды в летний период работы. При низ-

ких температурах

(зимой) можно отклю-

чать электродвигатель и вентилятор; при

этом конденсация и охлаждение проис

ходят естественной конвекцией.

Кроме этого интенсивность тепло

съема можно регулировать, меняя рас

ход прокачиваемого воздуха изменением

угла наклона лопастей вентилятора. Для

этого в аппаратах воздушного охлажде

ния предусмотрены механизм дистанци

онного поворота лопастей с ручным или

пневматическим приводом и жалюзи

установленные над теплообменными

секциями. Жалюзийные заслонки можно

поворачивать вручную или автоматичес-

ки с помощью пневмопривода.

В зимнее время возможна опасность

переохлаждения конденсируемого в ап

парате продукта. Во избежание этого

под теплообменными секциями можно

устанавливать змеевиковый подогре

ватель воздуха, выполненный также из

оребренных труб.

Теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения

(рис. 2.48)

состоит из четырех, шести или восьми рядов труб

3, размещенных по вер-

шинам равносторонних треугольников в двух трубных решетках

1. Трубы

закреплены развальцовкой или развальцовкой со сваркой. Секции мо

гут быть одно- и многоходовыми. В многоходовых секциях воздушного

охлаждения, где объем охлаждаемой среды уменьшается по мере его дви

жения по трубам, последовательно по ходам уменьшается и число труб

Для обеспечения жесткости трубного пучка секция укреплена ме

таллическим каркасом 4

. Однако при эксплуатации гайки на шпиль-

ках 2, соединяющих решетку с каркасом, должны быть отвинчены на

расстояние, превышающее возможное температурное удлинение труб.

В трубном пучке каждая труба может иметь индивидуальный прогиб

Для исключения контакта ребер верхнего ряда труб с ребрами труб

нижнего ряда между соседними рядами в нескольких местах по длине

трубы помещают дистанционные прокладки

5 шириной около 15 мм

из алюминиевой ленты толщиной 2 мм.

Рис. 2.47. Схемы аппаратов воздушного

охлаждения АВЗ:

а — шатровый; б — зигзагообразный

122

Крышки 6 крепят к трубным решеткам теплообменных секций при

высоком давлении неразъемно или на шпильках. Если секция аппа

рата многоходовая

, крышки снабжают перегородками, которые делят

трубный пучок на ходы. Съемные крышки обычно выполняют литыми

из стали.

Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют

оребрение по наружной поверхности

, поскольку коэффициент тепло-

отдачи на наружной поверхности труб примерно на порядок меньше

коэффициента для внутренней поверхности.

В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы

с диаметром колеса до

7 м. Колеса вентиляторов изготовляют сварны-

ми из алюминия или из стеклопласта

, диффузор — из листовой стали

толщиной 2 мм

. Холодильники АВГ с трубами длиной 8 м комплектуют

двумя одинаковыми вентиляторами и электродвигателями

(по одному

вентилятору и двигателю на каждые 4 м длины труб).

Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными

При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением

температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте

вращения вентилятора.

Рис. 2.48. Теплообменная секция АВО

123

2.3.4. Теплообменные аппараты типа «труба в трубе»

Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным об-

разом для охлаждения или нагревания в системе жидкость

-жидкость,

когда расходы теплоносителей невелики и последние не меняют свое-

го агрегатного состояния. Иногда такие теплообменники применяют

при высоком давлении для жидких и газообразных сред, например

в качестве конденсаторов в производстве метанола

, аммиака и др. Так-

же их используют для загрязненных коксообразующими веществами

и механическими примесями теплоносителей, в которых обеспечивает

ся хороший теплообмен за счет больших скоростей и турбулентности

потоков в трубном и межтрубном пространствах. Высокие скорости

и турбулентность потока уменьшают возможность отложения на стен

ках труб кокса или других образований.

По сравнению с кожухотрубчатыми теплообменники «труба в тру

бе» имеют меньшее гидравлическое сопротивление межтрубного про

странства. Однако при

равных теплообменных

характеристиках они ме

нее компактны и более

металлоемки, чем кожу

хотрубчатые.

Теплообменники «тру

ба в трубе» могут быть

разборными или нераз

борными, одно- и много-

поточными.

Однопоточный нераз

борный теплообменник

(рис. 2.49) состоит из от-

дельных звеньев, в каждый

из которых входят трубы

наружная

(или кожухо-

вая)

1 и внутренняя (или

теплообменная)

2. Наруж-

ная труба двумя привар

ными кольцами связана

с внутренней трубой

2 в зве-

но. Звенья, в свою очередь,

собраны в вертикальный

ряд и составляют тепло

Рис. 2.49. Теплообменник типа «труба в трубе»:

а — общий вид; б — вариант жесткого крепления труб; в —

вариант крепления труб с компенсирующим устройством

124

обменную секцию. При этом внутренние трубы соединены между собой

коленами

3, а наружные — штуцерами 4 на фланцах или сваркой. Звенья

закреплены скобами на металлическом каркасе

Нетрудно видеть

, что неразборные теплообменники являются кон-

струкцией жесткого типа, поэтому при разности температур более 70 °С

их не используют. При большей разности температур труб, а также при

необходимости механической очистки межтрубного пространства при

меняют теплообменники с компенсирующим устройством на наружной

трубе. В этом случае кольцевую щель между трубами с одной стороны

наглухо заваривают, а с другой — уплотняют сальником 6.

Однопоточные неразборные теплообменники изготовляют из труб

длиной 3…12 м с диаметром внутренних труб 25…159 мм и наружных

соответственно 48… 219 мм на условное давление для наружных труб

до 6,4 МПа и для внутренних до 16 МПа.

В разборных конструкциях теплообменников обеспечивается

компенсация деформаций теплообменных труб. На рис

. 2.50 показа-

на конструкция разборного многопоточного теплообменника «труба

в трубе», конструктивно напоминающего кожухотрубчатый тепло

обменник типа ТУ

Аппарат состоит из кожуховых труб

5, развальцованных в двух

трубных решетках: средней

4 и правой 7. Внутри кожуховых труб раз-

мещены теплообменные трубы

6, один конец которых жестко связан

с левой трубной решеткой

2, а другой — может перемещаться. Сво-

бодные концы теплообменных труб попарно соединены коленами

и закрыты камерой

9. Для распределения потока теплоносителя по

теплообменным трубам служит распределительная камера

1, а для

распределения теплоносителя в межтрубном пространстве — рас

пределительная камера

3. Пластинами 11 кожуховые трубы жестко

связаны с опорами 10

Теплообменник имеет два хода по внутренним трубам и два по на

ружным. Узлы соединения теплообменных труб с трубной решеткой

(узел I) и с коленами (узел II) уплотнены за счет прижима и деформа-

ции полушаровых ниппелей в конических гнездах.

Эти аппараты могут работать с загрязненными теплоносителями

так как внутреннюю поверхность теплообменных труб можно подвер

гать механической очистке. Поскольку возможность температурных

удлинений кожуховых труб из

-за жесткого соединения их с опорами

ограниченна, перепад температур входа и выхода среды, текущей по

кольцевому зазору, не должен превышать 150 °С.

125

2.3.5. Погружные аппараты

Специфической особенностью аппаратов этого типа является наличие

емкости

-ящика, в которую погружены теплообменные трубы. В ящике

находится охлаждающая среда, например вода. Аппараты этого типа ис

пользуют в качестве холодильников или конденсаторов

-холодильников.

Различают змеевиковые и секционные аппараты

. Принципиальное

устройство однопоточного погружного конденсатора

-холодильника

показано на рис.

2.51. Теплообменная поверхность состоит из труб, со-

единенных при помощи

сварки или на фланцах

;

переход из одной трубы

в другую осуществлен

при помощи двойников

Охлаждаемый поток по

следовательно проходит

трубы, расположенные

в данном горизонтальном

ряду, после чего перехо

дит в трубы следующего

ряда и т. д.

Рис. 2.50. Разборный двухпоточный теплообменник типа «труба в трубе»

Рис. 2.51. Схема однопоточного погружного

змеевикового конденсатора-холодильника:

I — пары нефтепродукта; II — охлажденный нефтепродукт;

III — холодная вода; IV — нагретая вода

126

При большом расходе

охлаждающегося потока

для уменьшения гидрав

лического сопротивления

применяют коллекторные

змеевиковые холодильники

(рис. 2.52), в которых охлаж-

даемый поток при помощи

специального коллектора

разбивается на несколь

ко параллельных потоков

Меньшее гидравлическое

сопротивление коллектор

ного аппарата по сравнению с однопоточным достигается за счет сни

жения скорости потока и длины пути

В случае использования подобного аппарата в качестве конденсато

ра

-холодильника, когда вследствие частичной или полной конденсации

объем потока резко уменьшается

, можно применять коллекторные по-

гружные аппараты с переменным числом потоков

. В начале аппарата,

где движутся в основном пары, объем которых значителен, число парал

лельных потоков может быть более высоким

, чем в той части аппарата,

где завершена конденсация паров и происходит охлаждение конденсата

Такое устройство полезно для повышения теплового эффекта аппарата

так как при сохранении первоначального числа потоков по всему их

пути скорость движения конденсата в конечной части аппарата может

оказаться небольшой, а следовательно, коэффициент теплопередачи

в этой части аппарата будет низким.

Следует иметь в виду

, что неправильный выбор места сокращения

числа потоков по пути конденсирующейся среды может привести

к повышению гидравлических сопротивлений

, как это имело место на

некоторых действующих установках

К недостаткам аппаратов подобного типа относится их громозд

кость и повышенный расход металла

. Кроме того, в ящике свободное

сечение для прохода воды велико

, вследствие чего скорость движения

воды мала и относительно малы коэффициенты теплоотдачи от стенок

змеевика к воде.

Такие аппараты используются на ряде действующих нефтеперераба

тывающих заводов и при строительстве новых установок, как правило

не применяют.

Рис. 2.52. Схема коллекторного погружного

конденсатора-холодильника:

I — пары нефтепродукта; II — охлажденный нефтепродукт;

III — холодная вода; IV — нагретая вода

127

2.3.6. Оросительные аппараты

Аппараты этого типа при-

меняются в качестве холодиль

ников и конденсаторов. Они

представляют собой змеевик

состоящий из соединенных

двойниками труб

, которые рас-

положены горизонтальными

и вертикальными рядами.

Чаще всего это коллекторные

змеевики

(рис. 2.53). В верхней

части аппарата имеется распре

делительное приспособление

для орошения наружной по

верхности змеевиков водой. По

добное распределительное устройство выполняется в виде либо желобов

либо специальных распылителей

Вследствие высокого значения скрытой теплоты испарения воды

даже незначительное ее испарение сопровождается отводом большого

количества тепла.

Опыт работы оросительных конденсаторов и холодильников пока

зывает, что около 50 % тепла отводится испаряющейся водой. Таким

образом, в оросительном холодильнике и конденсаторе расход воды

примерно в два раза меньше, чем в обычном водяном холодильнике.

К недостаткам таких аппаратов относится их громоздкость

, интен-

сивная коррозия наружной поверхности труб вследствие воздействия

кислорода воздуха и отложение накипи на поверхности труб, особенно

усиливающееся при высокой температуре охлаждаемого потока

, труд-

ность эксплуатации в зимних условиях

2.3.7. Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, теп-

лообменная поверхность которых образована набором тонких штампо

ванных пластин с гофрированной поверхностью

. Их разделяют по сте-

пени доступности поверхности теплообмена для механической очистки

и осмотра на разборные, полуразборные и неразборные (сварные).

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплооб

менники, в которых пластины отделены одна от другой прокладками.

Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро

Рис. 2.53. Схема оросительного коллекторного

конденсатора-холодильника:

I — охлаждаемый нефтепродукт; II — охлажденный

нефтепродукт;

III — холодная вода; IV — нагретая

вода

128

очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат

труда. Пластины полуразборных теплообменников попарно сварены,

и доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода

одной из рабочих сред

. Пластины неразборных теплообменников сва-

рены в блоки, соединенные на прокладках в общий пакет.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных

в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ

15518. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600

в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют

при давлении до 1,6

МПа и температуре рабочих сред от –30 до +180° С

для теплообмена между жидкостями и парами

(газами) в качестве хо-

лодильников, подогревателей и конденсаторов.

Серийно выпускаемые разборные пластинчатые теплообменники

могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твер

дых включений не более 4 мм.

Разборные пластинчатые теплообменники изготовляют в пяти ис

полнениях, в том числе на консольной раме (исполнение 1), на двух-

опорной раме

(исполнение 2), на трехопорной раме (исполнение 3).

Разборный пластинчатый теплообменник на двухопорной раме

(ис-

полнение 2) показан на рисунке 2.54. Аппарат состоит из ряда теплооб

менных пластин

4, размещенных на верхней и нижней горизонтальных

штангах

3. Концы штанг закреплены в неподвижной плите 2 и на стойке 7.

Нажимной плитой 11 и винтом

8 пластины сжимаются, образуя тепло-

обменную секцию.

Рис. 2.54. Разборный пластинчатый теплообменник (исполнение 2):

1, 9, 10 и 12 — штуцера; 2 — неподвижная плита; 3 — штанга; 4 — теплообменная пластина;

5 и 6 — прокладки; 7 — стойка; 8 — винт; 11 — нажимная плита; а, б, в и г — проходные отверстия

129

Теплообменные пластины имеют четыре проходных отверстия

(а, б, в, г), которые образуют две изолированные одна от другой системы

каналов. Для уплотнения пластин и каналов имеются резиновые про-

кладки. Прокладка 6 уложена в паз по контуру пластины и охватывает

два отверстия на пластине

, через которые происходят приток и вывод

теплоносителя в канал между смежными пластинами, а прокладки

герметизируют два других отверстия на пластине. Для ввода тепло

носителей в аппарат и их вывода предназначены штуцера

1, 9, 10, 12,

расположенные на неподвижной и подвижной плитах.

Показанный на рис. 2.55 теплообменник на трехопорной раме

(ис-

полнение 3) состоит из неподвижной плиты 3, в которой закреплены

верхняя 2 и нижняя 1 горизонтальные штанги. На штангах размещены

теплообменные пластины

4 и подвижные плиты 5. Для сжатия пакета

пластин предназначены стяжки 6.

В изображенном на

рис. 2.56 теплообмен-

нике пластины ском

понованы в два сим

метричных пакета —

каждый для одного из

теплоносителей.

Рис. 2.55. Пластинчатый теплообменник (исполнение 3):

1 и 2 — нижняя и верхняя штанги; 3 — неподвижная плита; 4 — теплообменные пластины; 5 — под-

вижные плиты; 6 — стяжки

Рис. 2.56. Схема компоновки пластинчатого

теплообменника в два симметричных пакета

130

Если расходы тепло-

носителей значительно

различаются, то для под-

держания постоянного

гидравлического сопро

тивления каналов при

меняют несимметрич

ные схемы компоновки

пластин; при этом число

каналов и пакетов для каждого теплоносителя неодинаково. Приме

ром может служить схема компоновки теплообменника, показанная

на рис. 2.57.

Для конденсации паров из смеси с неконденсирующимися газами

используют схему компоновки

(рис. 2.58а). Сконденсировавшаяся фаза

IV выделяется из парогазовой смеси II в каналах вне первого пакета

и выводится из аппарата, а несконденсировавшиеся газы

I попадают

в каналы

а и б второго пакета, охлаждаются и выводятся из аппара-

та. Охлаждающая фаза III (вода) движется по каналам одного пакета.

Такие конденсаторы парогазовых смесей работают с более высоким

коэффициентом теплоотдачи

, чем стандартные кожухотрубчатые ап-

параты.

При соответствующей компоновке можно получить многосекци

онный аппарат, в котором теплообмен между одним теплоносителем

и двумя другими осуществляется в соответствующих зонах

(рис. 2.58б).

Теплообменные пластины различаются расположением в них от

верстий для теплоносителей на пластины с диагональным

(рис. 2.59а)

и односторонним

(рис. 2.59б) расположением отверстий. И те, и другие

выполняют левыми и правыми. Благодаря чередованию в пакете левых

и правых пластин образуются две изолированные системы каналов

Рис. 2.57. Несимметричная схема компоновки пластин

Рис. 2.58. Схемы специальных пластинчатых аппаратов:

а — конденсатор; б — теплообменник для трех теплоносителей