酚油冷却器换热效果评估 (完整)
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工业萘酚油冷却器换热效果测算
一、工艺现状
工业萘原料泵将脱酚萘油抽出，经过原料第一预热器、第二预热器换热升温后进入初馏塔，从塔顶分离出酚油，酚油通过第一预热器与原料换热后，再经过酚油冷却器降温，进入初馏塔回流槽。塔底用支管采出的萘油进入精馏塔中。精馏塔塔顶分离出工业萘，通过蒸汽发生器自产蒸汽，再由温水冷却降温后送往萘结片工段进行包装销售。精馏塔底分离出甲基萘油，甲基萘油经过第二预热器与原料换热后，送往甲基萘油槽区。
近期，由于初馏塔回流液温度经常超过设计指标，严重影响了初馏塔中的气液传质过程，且不利于通过回流液控制塔顶的温度，造成生产系统各项指标波动较大。通过分析判断，可能是酚油冷却器冷却后的温度不达标，从而使进入初回流槽的酚油温度过高造成的。
二、指标现状
通过现场实际测量发现，在酚油冷凝冷却的过程中，酚油温度由176℃降至112℃，其流量约为10m³/h，冷却介质采用30℃的循环水。
（1）、基本物性数据的查取：
a、酚油的定性温度=（176＋112）/ 2=144℃
查得酚油在定性温度下的物理数据：
ρh=961kg/m³，C p,h=2.348kJ/(kg·℃)
b、冷却水的定性温度=（30+40）/ 2=35℃
查得水在定性温度下的物理数据：
ρc=994.1kg/m³，C p,c=4.174kJ/(kg·℃)
（2）、热负荷的计算
Q T=q m·h×C P·h×（T1-T2）
=961×10×2.348×103×(176-112)/3600
=4.01×105W
所以，可以推算出冷却水的消耗量为：
q m·c=Q T/[C P·c×（t2-t1）]=4.01×105/[4.17×103×(40-30)]
=9.61kg/s
=34596kg/h
q L·c=34596/994.1=34.8m³/h
（3）、计算平均温差
酚油176→112
冷却水40←30
△t 136 82
△t`m=(△t2-△t1)/ In(△t2/△t1) = 106.72℃
计算R=(T1-T2)/( t2- t1) = 6.4
P=( t2- t1)/( T1- t1)=0.0685
由R 、P值，查化工原理（上）图5-11（a）得温差校正系数Ф△t = 0.97
所以△t m =Ф△t×△t`m = 0.97×106.72=103.52℃
（4）、选K值，估算传热面积
参照化工原理（上）附录，取K=48W/(㎡·℃)
根据传热速率方程Q T=S×K×△t m可以得出：
传热面积S=Q T/K×△t m=4.01×105/(48×103.52)=80.7㎡
三、设计指标
工业萘冷凝冷却器设计指标是将酚油由176℃将至60℃，其流量约为10m³/h，冷却介质采用30℃的循环水。
（1）、基本物性数据的查取：
a、酚油的定性温度=（176＋60）/ 2=118℃
查得酚油在定性温度下的物理数据：
ρh=972kg/m³，C p,h=2.27kJ/(kg·℃)
b、冷却水的定性温度=（30+40）/ 2=35℃
查得水在定性温度下的物理数据：
ρc=994.1kg/m³，C p,c=4.174kJ/(kg·℃)
（2）、热负荷的计算
Q T=q m·h×C P·h×（T1-T2）
=972×10×2.27×103×(176-60)/3600
=7.1×105W
所以，可以推算出冷却水的消耗量为：
q m·c=Q T/[C P·c×（t2-t1）]=7.1×105/[4.17×103×(40-30)]
=17.03kg/s
=61308kg/h
q L·c=61308/994.1=61.67m³/h
（3）、计算平均温差
酚油176→60
冷却水40←30
△t 136 30
△t`m=(△t2-△t1)/ In(△t2/△t1) = 70.15℃
计算R=(T1-T2)/( t2- t1) = 10.6
P=( t2- t1)/( T1- t1)=0.0735
由R 、P值，查化工原理（上）图5-11（a）得温差校正系数Ф△t = 0.965
所以△t m =Ф△t×△t`m = 0.965×70.15=67.69℃
（4）、选K值，估算传热面积
参照化工原理（上）附录，取K=89W/(㎡·℃)
根据传热速率方程Q T=S×K×△t m可以得出：
传热面积S=Q T/K×△t m=7.1×105/(89×67.69)=117.85㎡
四、换热器参数
酚油冷凝冷却器初始设计参数为：
换热器管径采用Ф25×2.5mm的不锈钢管，管长3000mm，有效传热面积为132㎡。
壳程：酚油/进口温度：195℃/出口温度：60℃
管程：冷却水/出口温度：32℃/出口温度：45℃
五、有效传热面积比率
有效传热面积率=S`/S ×100%
=80.7/132×100% =61.1%
六、结论
根据以上计算结果可以得出，酚油冷凝冷却器的有效换热面积为设计面积的61.1%。换热器的换热面积基本可以满足生产需求，但是由于多种客观因素的存在，导致换热器的换热效果并没有达到设计要求。分析其冷却效果不理想的原因有：
1、冷却介质冷却水中的杂质较多，导致换热器管壁结垢严重，增加了传热阻力，降低了换热器的传热系数，从而影响换热效果。
2、酚油具有一定腐蚀性，长时间的冲刷会使管壁、管壳发生内漏，换热器内温度，压力波动较大，且严重影响产品质量。
3、换热器弯头处受力不均匀，也会导致换热器内漏，进而影响换热效果。
4、对于发生内漏的管程，通常采用直接焊封管程的方法，这种方法的好处是简单、快捷，但是缺点也同样明显，会使换热管程数减少，影响换热效果。