Классификация теплообменных аппаратов и предъявляемые к ним требования

Введение

 

В большинстве процессов нефтегазопереработки используется на­грев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полу­фабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществля­ется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предна­значенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффектив­ность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический про­цесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению методов их расчета необходимо уделять особое вни­мание.

Конструкция теплообменных аппаратов

Классификация теплообменных аппаратов и предъявляемые к ним требования

 

В аппаратах, где идет нагрев или охлаждение, происходит теплооб­мен между двумя потоками, при этом один из них нагревается, другой охлаждается. Поэтому их называют теплообменными аппаратами вне зависимости оттого, что является целевым назначением аппарата - на­грев или охлаждение, какие потоки обмениваются теплом, происходит ли при этом только нагрев и охлаждение или же теплообмен сопровож­дается испарением или конденсацией.

Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности, теплообменные аппараты классифицируются по таким основным при­знакам, как способ передачи тепла и назначение.

1. В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на сле­дующие группы:

— поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через по­верхность, разделяющую эти среды;

- аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит путем их соприкосновения. Для изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкосновения потоков.

2. В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы: — теплообменники, в которых один поток нагревается за счет исполь­зования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлажде­ние другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т.д.) и охлаждающего агента. К этой группе аппаратов относятся тепло­обменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда отно­сятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катали­затора на установках каталитического крекинга. К этой группе от­носятся и регенераторы холода;

— нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или на­грев и частичное испарение осуществляются за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных те­плоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные высококипящие жидкости и др.). В таких аппаратах нагрев или испаре­ние одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходи­мостью нагрева исходного холодного потока. Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректифи­кационной колонны подводится тепло, необходимое для ректифи­кации, и т. д.;

— холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использо­ванием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряю­щийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающе­го агента — побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предна­значенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов. При регенерации тепла того или иного продукта его окончательное охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта и хранения, обычно завершается в холодильниках.

В зависимости от конкретных условий применения, к промышлен­ным теплообменным аппаратам выдвигаются различные требования:

— обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении;

— компактность и наименьший расход материала;

— надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступ­ностью поверхности теплообмена для механической очистки от за­грязнения;

— унификация узлов и деталей;

— технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих тем­ператур, давлений и т. д.