低温甲醇-甲醇缠绕管式换热器设计计算方法技术

本发明专利技术提出了低温甲醇—甲醇缠绕管式换热器设计计算方法，主要应用于煤制气、煤制甲醇等煤化工领域，包括-70℃低温甲醇洗工艺等气体低温净化、低温液化分离领域。设计计算过程包括基本结构设计及换热工艺计算过程，工艺计算包括确定低温甲醇进出口定性温度、查找定性温度及压力下的甲醇物性参数、计算对数平均温差、计算热负荷、确定换热器规格、确定管道排列方式、计算总传热系数、总传热面积及换热器有效换热高度等主要部分；本发明专利技术给出了较完整的低温甲醇－甲醇缠绕管式换热器换热工艺计算数学模型，可将此数学模型应用于缠绕管束的换热工艺计算过程，以此设计整套甲醇－甲醇缠绕管式换热器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器设计计算方法，主要应用于煤制气、煤制甲醇等煤化工领域，包括-70°C低温甲醇洗工艺等气体低温净化、低温液化分离

技术介绍
低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器是一种换热管道经层层缠绕后形成的一种单管束螺旋盘管型热交换设备，主要应用于壳程小于2. 8MPa、+60 -60°C甲醇与管程小于IOMPa, +60 -60°C甲醇进行换热等过程，主要由管程进口接管(I)、壳体上封头(2)、内置上管箱(3)、内置上管板(4)、壳程出口接管(5)、壳体(6)、上支撑圈(7)、螺旋管束(8)、芯筒(9)、下支撑圈(10)、壳程进口接管(11)、内置下管板(12)、内置下管箱(13)、壳体下封头(14)、管程出口接管(15)等主要部件构成，主要用于存在较大温差的低温甲醇一甲醇流体换热过程。低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器以其结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积，传热管的热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可减少低温甲醇洗等低温净化、液化工艺中的换热设备数量。由于低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器应用于低温环境，内部管道缠绕复杂，没有通用设计标准，也没有统一的换热工艺设计计算方法，随着工艺流程或物性参数特点不同而存在较大差别，因此低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器难以标准化。此外，由于低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器螺旋管束(8)缠绕方法很多，没有统一的管道缠绕模式及理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程，给低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器的科学计算过程带来了障碍。为更好地解决低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器的标准化及科学计算问题，本专利技术从低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器基本结构设计及换热工艺设计计算出发，结合国内外一些成熟的计算方法，给出了一种低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器的简捷设计计算方法。
技术实现思路
低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器设计计算方法，包括基本结构设计过程及换热工艺计算过程，换热工艺计算过程包括确定低温甲醇进出口定性温度、查找定性温度及压力下的甲醇物性参数、计算对数平均温差、计算热负荷、确定换热器规格、确定管道排列方式、计算总传热系数、计算总传热面积及换热器有效换热高度等主要部分。本专利技术的技术解决方案 一、换热器基本结构设计低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器主要由管程进口接管(I)、壳体上封头(2)、内置上管箱(3)、内置上管板(4)、壳程出口接管(5)、壳体(6)、上支撑圈(7)、螺旋管束(8)、芯筒(9)、下支撑圈(10)、壳程进口接管(11)、内置下管板(12)、内置下管箱(13)、壳体下封头(14)、管程出口接管(15)等部件构成；换热器具有独立的内置于壳体内的内置上管箱(3)，内置上管箱(3)上部联接管程进口接管(1)，下部联接内置上管板(4)，内置上管板(4)下部联接螺旋管束(8);换热器具有独立的内置于壳体内的内置下管箱(13)，内置下管箱(13)下部联接管程出口接管(15)，上部联接内置下管板(12)，内置下管板(12)上部联接螺旋管束(8);管程进口接管(I)穿透壳体上封头(2)与内置上管箱(3)上部联接，管程出口接管(15)穿透壳体下封头(14)与内置下管箱(13)下部联接； 二、换热工艺计算过程1.低温甲醇进出口定性温度 亡i =(乙i进一乙i出)/2 式中 t,一一管程定性温度，V ； —管程进口温度，V ； 出—管程出口温度，V ;to = ( 0 进一 0 出)/2 式中 t0—壳程定性温度，V ； t0'&—壳程进口温度，V ； 。出一一壳程出口温度，V ;2.查找定性温度压力下的甲醇物性参数 壳程甲醇主要参数温度、密度、粘度、比热容、导热系数 管程甲醇主要参数温度、密度、粘度、比热容、导热系数3.计算对数平均温差 Δ = 式中 Δ 一一对数平均温差，V ;4.计算甲醇一甲醇缠绕管式换热器热负荷 Qi = ^iCpi A ti 式中 Q1--管内换热量，kff ； 1--管程质量流量，kg /s ； C1pi一一管程内甲醇定压比热，kj/kg ； Aii一一管内对数平均温差，°C; 5.确定甲醇一甲醇缠绕管式换热器换热器规格 壳体直径 管排方式缠绕错列排列 缠绕管尺寸 管程数 管孔间距 管板规格 管板厚度 管子与管板权利要求1.低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器设计计算方法，其特征在于设计计算方法包括基本结构设计过程及换热工艺计算过程，换热工艺计算过程包括确定低温甲醇进出口定性温度、查找定性温度及压力下的甲醇物性参数、计算对数平均温差、计算热负荷、确定换热器规格、确定管道排列方式、计算总传热系数、计算总传热面积及换热器有效换热高度等主要部分。2.根据权利要求1所述低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器基本结构设计过程，其特征在于低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器主要由管程进口接管(I)、壳体上封头(2)、内置上管箱(3)、内置上管板(4)、壳程出口接管(5)、壳体(6)、上支撑圈(7)、螺旋管束(8)、芯筒(9)、下支撑圈(10)、壳程进口接管(11)、内置下管板(12)、内置下管箱(13)、壳体下封头(14)、管程出口接管(15)等部件构成。3.根据权利要求2所述低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器基本结构设计过程，其特征在于低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器具有独立的内置于壳体内的内置上管箱(3)，内置上管箱(3)上部联接管程进口接管(1)，下部联接内置上管板(4)，内置上管板(4)下部联接螺旋管束(8);换热器具有独立的内置于壳体内的内置下管箱(13)，内置下管箱(13)下部联接管程出口接管(15)，上部联接内置下管板(12)，内置下管板(12)上部联接螺旋管束(8)；管程进口接管(I)穿透壳体上封头(2)与内置上管箱(3)上部联接，管程出口接管(15)穿透壳体下封头(14)与内置下管箱(13)下部联接。4.根据权利要求1所述低温甲醇一甲醇缠绕管式换热器换热工艺计算过程，其特征在于换热工艺计算过程主要包括以下七个主要部分(1)低温甲醇进出口定性温度 式中t,一一管程定性温度，V ；--管程进口温度，V ；出—管程出口温度，V ;t0 = ( 0 进一 0 出)/2式中t0--壳程定性温度，V ；t0'&—壳程进口温度，V ； 。出一一壳程出口温度，V ;(2)查找定性温度压力下的甲醇物性参数壳程甲醇主要参数温度、密度、粘度、比热容、导热系数管程甲醇主要参数温度、密度、粘度、比热容、导热系数(3)计算对数平均温差Δ = 式中Δ 一一对数平均温差，V ;(4)计算甲醇一甲醇缠绕管式换热器热负荷Qi = HiiCm Δ ti式中 Q1--管内换热量，kff ； 1--管程质量流量，kg /s ；C1pi一一管程内甲醇定压比热，kj/kg ；Aii一一管内对数平均温差，°C;(5)确定甲醇一甲醇缠绕管式换热器换热器规格壳体直径管排方式缠绕错列排列缠绕管尺寸管程数管孔间距管板规格管板厚度管子与管板层间距垂直管间距螺旋上升角芯筒直径(6)确定管道排列方式管程热流体体积流量Vi = mj P {式中Vi一一体积流量，m3/s ； 1--管程质量流量，kg/s ；P1--管内甲醇密度，kg/m3 ；管根数n=本文档来自技高网...

【技术保护点】
低温甲醇—甲醇缠绕管式换热器设计计算方法，其特征在于：设计计算方法包括基本结构设计过程及换热工艺计算过程，换热工艺计算过程包括确定低温甲醇进出口定性温度、查找定性温度及压力下的甲醇物性参数、计算对数平均温差、计算热负荷、确定换热器规格、确定管道排列方式、计算总传热系数、计算总传热面积及换热器有效换热高度等主要部分。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张周卫，汪雅红，张小卫，
申请(专利权)人：张周卫，
类型：发明
国别省市：