卧式热虹吸式再沸器的计算选型

杨 涛,汤玉敏

(中海油石化工程有限公司,山东 青岛 266101)

卧式热虹吸式再沸器的计算选型

杨 涛,汤玉敏

(中海油石化工程有限公司,山东 青岛 266101)

再沸器常用于分馏塔底，对塔底流体加热使一部分物料汽化返回塔内，以提供分馏所需要的热源，又称重沸器[1]。笔者对再沸器的结构进行了简单概述，并以某项目加氢装置中的再沸器为例用ASPEN EDR软件进行了详细计算选型，为读者在进行再沸器设计时作参考。

再沸器；计算；选型

1 再沸器的结构基础知识

再沸器是工业上实现沸腾传热的设备，按照沸腾传热型式主要有：釜式再沸器，卧式热虹吸式再沸器和立式热虹吸式再沸器。用户根据不同的工艺过程和操作条件，选择合适的再沸器。

再沸器大体分为釜式再沸器和热虹吸式再沸器两种类型。釜式再沸器带有扩大的壳体和较大的供气液分离的空间，因此仅有少量的液体被夹带进入上升管，气化率高，可达到80%以上。釜式再沸器结构示意图如图1所示[2]。

热虹吸式再沸器是指在再沸器中由于介质加热汽化，使得上升管内气液混合物的相对密度明显低于入口管中液体的相对密度，由此再沸器的入方和出方产生静压差。塔内的液体不断被吸入再沸器，加热汽化后的气液混合物自动地返回塔内，循环速率取决于净 静压差的大小。卧式和立式热虹吸式再沸器气化率应小于30%，一般取20%～25%。热虹吸式再沸器分为卧式和立式两大类，其结构示意图如图2所示。

图1 釜式再沸器结构示意图

由于釜式再沸器传热效率低，需要的壳容积大，造价高，占地大，炼油行业再沸器用的大都是热虹吸式。热虹吸式再沸器有立式和卧式两种，立式由于需要塔的安装高度高，壳程难于清扫等缺点，一般多用卧式热虹吸式再沸器。

2 再沸器的选型计算

本文以某项目加氢装置汽油切割塔塔底再沸器为例，介绍卧式热虹吸式再沸器详细的选型过程。

2.1 工艺条件

本算例中再沸器工艺操作条件见下表1。

表1 再沸器工艺操作条件

图3 再沸器模拟流程图

2.2 再沸器简捷计算

通过对加氢装置全流程模拟，在aspen plus软件中初步计算出换热器热负荷为4371.9kW,得到水蒸气用量为8399.9kg/h。在没有考虑污垢热阻和设计余量情况下，初步得到换热器需要的换热面积为187.9 m2。

2.3 EDR软件选型、详细核算

热虹吸式再沸器相对简单和经济，选型时作为首选，热虹吸式再沸器气化率一般取20%～30%。在本算例中气化率取22.5%(m%)。

2.3.1 管壳程的选择

对于卧式热虹吸式再沸器，加热蒸汽走管程，工艺流体走壳程。

2.3.2 壳体和封头的选择

由卧式热虹吸式再沸器标准规范可知，卧式热虹吸式再沸器一般都为浮头式。DN≦400mm为法兰盖式平盖管箱(“A”型管箱)；500≦DN≦800mm，推荐选“B”型管箱，为法兰盖式；DN≥900mm为标准椭圆形式封头管箱[3]。本文中选“B”型管箱。热虹吸式再沸器有“J”、“H”型壳体型式可选择，“H”壳体大多在操作压力较低的工况下使用，“J”壳体则适用于较高的压力[2]。本文中选“J”型壳体，一进两出式。

2.3.3 换热管和管程数

查浮头式换热器标准规范，换热管长有3,4,5,6,9m几种型号，管长L和壳内径ID的比例要适当，一般L/ID=4-6,常用选6m长换热管。标准换热器换热管有19mm和25mm两种，在相同壳径下，外径19mm比25mm能排布更多的换热管，换热面积更大。对于气液两相流和易结垢的物料，应选用25mm的管子[3]。换热管排列角度有30,45,60,90度四种。30度和60度比其他方式可多排15%的管子，但壳程无法机械清洗，本例中选用45。排列方式。管程可选2、4、6管程，初选2管程。

2.3.4 折流板结构参数

折流板主要有圆缺型，环盘型，折流杆等形式。多采用圆缺型折流板，圆缺型有单弓形和双弓形两种，单弓形换热效果较好，但压降较大，算例中选用双弓型。弓形切割方位有水平和垂直两种，垂直圆缺应用于水平布置的冷凝器和水平布置的再沸器以及含有固体悬浮颗粒的热交换器。本算例中以防不凝气在折流板顶部积聚宜选垂直切割折流板。折流板间距一般取值为壳体内径的30%-45%，查标准规范，6m管长换热器折流板间距有150,200,250,300,350,450mm 6种，初选300mm。折流板切割率一般取20%-50%,常选用25%的切割率。

2.3.5 污垢热阻

污垢热阻经验值可以根据工程经验或依据《石油化工设计手册》选取。

2.3.6 EDR软件设计与选型

本算例冷物流的物性数据由工艺流程模拟ASPEN 8.6软件获得，然后将物性导入aspen edr软件中。在EDR软件数据库B-JAC中输入水蒸气的操作条件，软件自动生成水蒸气的物性数据。

在软件中以设计模式下运行，初选出换热器规格：800×*6000，换热面积余量1%，通常换热器面积余量10-30%，考虑到塔的操作弹性再沸器面积余量一般不小于30%，因此，将换热器壳体增大到1000mm，由于蒸汽的压力为2.3MPa(g)，依据浮头式换热器规范JB/T4714-92，选择PN4.0的BJS1000-4.0-275-6/25-2I换热器，查得管子数为606，将设计模式改为校核模式对初选的换热器进行详细校核，结果如图4，设计余量为54%，符合设计余量的要求。

图4 换热器校核结果

图5 换热器设计结果数据表

2.4 设计结果分析

2.4.1 压力降

管壳程压力降分别为0.00551bar和0.03976bar，均小于允许压力降。

2.4.2 流速

换热器壳侧流速为2.23m/s,管侧流速为2.15m/s。管壳式换热器常用流速范围见下表2,该算例管程为水蒸气冷凝过程为气液两相，壳侧为冷流体蒸发过程也是气液两相，流速介于气液流速经验范围中间，流速合理。

表2 管壳式换热器常用流速范围[2]

2.4.3 传热系数

换热器总传热系数为914.2W/m2·K，轻油沸腾传热系数经验值见下表[5]，可知，总传热系数在经验范围内。

表3 管壳式换热器介质沸腾汽化传热系数大致范围

2.4.4 有效平均温差与温度校正系数

有效平均温差为27.57℃，温差校正系数为0.87，满足要求温度校正系数大于0.8的要求。

图6 查看设计结果

3 结论

综上所述，再沸器设计要点，首先是通过流程模拟软件模拟得到工艺计算原始数据，然后用软件简捷计算得到初始的换热面积或者根据工程经验选取经验热强度值估算出换热面积，根据操作条件查换热器规范完成换热器的初步选型，最后通过换热器计算软件EDR或者HTRI软件详细核算换热器，核算换热器面积余量、压降和流速等是否满足要求。

[1] 孙兰义，马占华，王志刚，等.换热器工艺设计[M].北京：中国石化出版社，2015：232-233.

[2] 刘 巍.冷换设备工艺计算手册[M].2版.北京：中国石化出版社，2008：196-198.

[3] 中国石化工程建设公司.浮头式换热器、冷凝器系列U型管式换热器系列型式与参数[M].3版.北京：中国石油化工集团公司设备设计技术中心站，2006.

[4] 尾花英朗.热交换器设计手册[M].北京：烃加工出版社，1987.

[5] 王松汉.石油化工设计手册(第三卷) [M].北京：化学工业出版社，2001.

CalculationandModelSelectionofHorizontalThermosyphonReboiler

YangTao，TangYumin

(CNOOC Petrochemical Engineering Co., Ltd., Qingdao 26610,China)

The reboiler is usually used at the bottom of fractionating column to heat the fluid at the bottom of the column and make the material vaporize and return to the tower, to provide the needed heat source for the fractionating. In this paper, the structure of reboiler was briefly summarized, and taking a reboiler in a hydrogenation unit as an example, a detailed calculation and model selection was carried out by using ASPEN EDR software, which was a reference for readers in the design of reboiler.

reboiler；calculation；model selection

2017-07-15

杨 涛(1987—)，湖北黄冈人，工程师。2014年毕业于中国石油大学(华东)化工工程与技术专业获工学硕士学位。主要从事化工设计工作。

TQ051.6+5

A

1008-021X(2017)18-0157-03

(本文文献格式杨涛,汤玉敏.卧式热虹吸式再沸器的计算选型[J].山东化工，2017，46(18)：157-159，161.)