板式换热器在天然气净化装置中的应用

点击：2024 日期：[ 2014-04-26 21:14:01 ]

板式换热器在天然气净化装置中的应用雷　英1,杨子海1,朱洪林1,雷　利1,王灵军2 (1.中石油西南油气田公司川中油气矿磨溪天然气净化厂,四川遂宁　629000;2.中石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂大竹分厂,四川达州　635100) 摘要：板式换热器具有体积小、重量轻、换热效率高等特点,可大大降低装置的能耗、操作费用,取得了较好的经济效益。本文结合工厂实际,比较了管壳式换热器和板式换热器的优缺点,主要介绍了新型板式换热器在天然气净化装置中的应用。关键词：板式换热器;换热效率;换热面积;天然气净化装置;节能中图分类号:TE644　文献标识码:A　文章编号:1006-7906(2010)04-0049-03 为了节能降耗,提高工业生产经济效益,开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备具有重要意义。因此,如何设计开发高效紧凑的新型换热器,成为国内外研究者和制造厂家关注的热点之一。目前我国的换热器在化工、冶金、石油、电力及机电等行业应用非常广泛,换热器类型主要有2大类,一类是管壳式换热器,另一类是板式换热器。与管壳式换热器相比,板式换热器具有体积小、重量轻、传热效率高等特点。在川中油气矿磨溪天然气净化厂的8×105m3/d净化装置中,液-液热交换采用的是管壳式换热器;而新建的5×105m3/d净化装置采用的是板式换热器。在实际生产运行中,板式换热器体现出许多优点。本文通过与管壳式换热器的比较,介绍板式换热器在天然气净化装置中的应用情况。 1　全焊接板式换热器的设计参数磨溪天然气净化厂的5×105m3/d净化装置中,MDEA贫富液换热器和TEG贫富液换热器均采用板式换热器,为中间无密封橡胶条的全焊式换热器,在紧凑的空间内具有很大的传热面积。它是参照“压力容器规范”-ASMEⅧDiv.1h和GB150-1998的相关规定进行设计和制造的。根据不同的型号和材质,最大设计压力达3.0 MPa,设计温度-20~350℃,其设计参数详见表1、表2。 2　板式换热器在天然气净化装置中的应用磨溪气田含硫天然气通过联合站分别进入联合装置脱硫单元,经过重力沉降分离和过滤分离等预处理工艺,除去原料气中携带的机械杂质、游离水后,进入脱硫吸收塔,用MDEA水溶液脱除原料气中硫化氢和部分二氧化碳。湿净化气进入脱水单元,在脱水吸收塔内用三甘醇将湿净化气中水脱除得到的干净化气即为产品气,再返回联合站外输。在天然气净化装置中,主要的设备除吸收塔、再生塔外,换热设备占了很大的比例。在典型工艺流程中,所有换热器均采用管壳式换热器或蛇管换热器,由于其传热系数较低,故各换热器的换热面积相对较大,因而装置占地面积较大。若能以传热效率高的换热器取代传统的低效换热器,无论是从投资角度还是从能耗角度考虑,对天然气净化装置都十分有利。在新建5×105m3/d净化装置中,MDEA贫富液换热器和TEG贫富液换热器均采用板式换热器,取代了传统的管壳式换热器。一般来说,雷诺数Re[1]的大小是衡量板片换热性能高低的重要指标之一,Re越大,其湍流程度越高,相对换热效果也就越好。传热系数的大小是判断换热器性能好坏的重要指标,传热系数表示物质的导热能力,是物质的物理性质之一,其数值常和物质的组成、结构、密度、压力和温度有关。板式换热器的板片一般制成槽形或波纹形,介质在流道内的流动呈复杂的三维流动结构,其流动方向及流动速度均不断变化,造成很大的扰动,在低雷诺数(一般Re=50~200)下即可诱发湍流(而管壳式换热器则要求雷诺数达到2 000以上)。另外,冷热流体分别从板片的两侧通过,流体流道较小,故总传热系数较高。以MDEA贫富液换热器为例,板式换热器的体积比管壳式换热器小很多,大大节省了占地面积。近年来随着传热技术的飞速发展,出现了全焊式板式换热器,它克服了板框式换热器不耐温、不耐压、阻力大、维修费用高等缺陷;将设计压力提高至4.0 MPa,设计温度也拓宽至720℃[2],这为板式换热器在天然气净化装置中的应用提供了技术支持。以磨溪天然气净化厂8×105m3/d净化装置和5×105m3/d净化装置为例,考察2种换热器的贫富液进出口温度、设备的投资和能耗等,从而比较它们的换热性能。如表3、表4所示。由表3、表4可见,5×105m3/d净化装置中板式换热器占地面积大幅度减小,在脱水单元中,将富液温度由60℃提高到约160℃,降低了重沸器负荷,减少了重沸器燃料气用量。由于其换热效率高,贫液和富液换热更为充分,大大提高了热量回收。该装置中无贫液冷却器,不消耗循环水,有效地降低了循环水用量。因此,采用板式换热器可以大大降低工厂的燃料气消耗、富液再生蒸汽量、循环水用量和设备投资费用等,1年可节约能耗费用约26.4万元。尽管重沸器燃料气消耗量有所上升,但综合考虑投资、能耗及占地面积等多种因素,5×105m3/d净化装置中板式换热器的节能效果显著。 3　结　论板式换热器具有传热系数高、压降小、结构紧凑、质量轻、占用空间小、流程组合方便、零件通用性强、可选择材料广以及容易实现规模化生产等特点,已被广泛应用于石油化工、食品、机械和冶金等领域。但是板式换热器现场检修经验较少,工作量也较大,在我国的应用目前还不十分普遍。在天然气净化装置中,若能合理地组织工艺流程,选择工艺参数,用板式换热器取代传统的管壳式贫富液换热器,则可大大降低净化装置的能耗、操作费用等,取得良好的经济效益。因此,新型板式换热器可以广泛地应用于天然气净化装置中。参考文献: [1]　谭天恩,麦本熙,丁慧华.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2003:1. [2]　李明,温冬云.新型板式换热器在三甘醇脱水装置中的应用[J].石油与天然气化工,2004,33(6).

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