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1、煤制油天然气制氢设备基础知识介绍一、换热设备的基础知识换热设备是石油、化工等广泛应用的主要设备之一，约占工艺设备总台数的3070%，占工艺设备总重量的2550%，占工艺设备总投资的1220%，在工艺生产操作中对工艺参数的调节，生产稳定性起着重要的作用。 1. 分类1.1 按用途分类：换热器、冷凝器、蒸发器、冷却器、加热器1.1.1 换热器：两种温度不同的流体进行热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满足各自的需要，充分回收热量。1、1、2冷凝器：在两种温度不同的流体进行热量的交换中，有一种流体是从气态被冷凝成为液态，温度变化不大，为冷凝器。1、1、3冷却器：凡是热量不回收利用，单纯只要
2、一种流体冷却的换热器，为冷却器。 1.2 按结构型式分类：管式换热设备、板式式换热设备1.2.1 管式换热设备：管壳式换热设备、套管式换热设备、水浸式冷却器、空气冷却器。1.2.2 管壳式换热设备特点：在圆筒形外壳中装有管束，一种流体在管内流动，另一种流体在管外流动。可分为：固定管板式 、带膨胀节的固定管板式、浮头式、u形管式、填函式。天然气制氢装置换热设备结构型式主要为固定管板式（131-C、1110-C、1109-C等） 、带膨胀节的固定管板式（105-UC2）、u形管式（1111-C、130-CA/CB、1105-C等）。2. 主要参数 压力 除注明者外，压力均指表压力。 2.1.1 工
3、作压力 工作压力指在正常工作情况下，换热器管、壳程顶部可能达到的最高压力。 2.1.2 设计压力 设计压力指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设 计载荷条件，其值不得低于工作压力。 2.1.3 试验压力 试验压力指在压力试验时，换热器管、壳程顶部的压力。 2.2 温度 2.2.1 设计温度 设计温度指换热器在正常工作情况下，设定的元件金属温度(沿元件金属横截面的温度平均值)，设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。 在任何情况下，元件金属的表面温度不得超过材料的允许使用温度。 设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。对于0以下的金属温度，设计温度不得高于
4、元件金属可能达到的最低温度。 标志在铭牌上的管、壳程设计温度，分别为管程管箱和壳程壳体的设计温度。 2.2.2 试验温度 试验温度指压力试验时，管箱和壳体的金属温度。2.3 管程和壳程 管程 系指介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分。 壳程 系指介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分。 管程数 系指介质沿换热管长度方向往、返的次数。 壳程数 系指介质在壳程内沿壳体轴向往、返的次数。 3. 换热器的零、部件名称见表1和图1至图6。表一：序号名称序号名称序号名称1平盖21吊耳41封头管箱(部件)2平盖管箱(部件)22放气口42分程隔板3接管法兰23凸形封头43耳式支座(部件)4管箱法兰24浮头法
5、兰44膨胀节(部件)5固定管板25浮头垫片45中间挡板6壳体法兰26球冠形封头46U形换热管7防冲板27浮动管板47内导流筒8仪表接口28浮头盖(部件)48纵向隔板9补强圈29外头盖(部件)49填料10壳体(部件)30排液口50填料函11折流板31钩圈51填料压盖12旁路挡板32接管52浮动管板裙13拉杆33活动鞍座(部件)53剖分剪切环14定距管34换热管54活套法兰15支持板35挡管55偏心锥壳16双头螺柱或螺栓36管束(部件)56堰板17螺母37固定鞍座(部件)57液面计接口18外头盖垫片38滑道58套环19外头盖侧法兰39管箱垫片59圆筒20外头盖法兰40管箱圆筒(短节)60管箱侧垫片
6、换热器结构示意图：4、换热器 安装、试车和维护 4.1 安装 4.1.1 场地和基础。4.1.1.1 应根据换热器的结构型式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装、维修的需要。 4.1.1.2 活动支座的基础面上应预埋滑板。 4.1.2 安装前的准备。 4.1.2.1 可抽管束换热器安装前应抽芯检查、清扫。抽管束时，应注意保护密封面和折 流板。移动和起吊管束时，应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。 4.1.2.2 安装前一般应进行压力试验。当图样有要求时，应进行气密性试验。 4.1.3 地脚螺栓和垫铁。4.1.3.1 活动支座的地脚螺栓应装有两个锁紧的螺母，螺母与底板间应留有1
7、3mm的间隙。 4.1.3.2 地脚螺栓两侧均应有垫铁。设备找平后，斜垫铁可与设备支座底板焊牢，但不 得与下面的平垫铁或滑板焊死。 4.1.3.3 垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。 4.1.4 其他要求。 4.1.4.1 应在不受力的状态下连接管线，避免强力装配。 4.1.4.2 拧紧换热器螺栓时，一般应按顺序进行，并应涂抹适当的螺纹润滑剂。 4.2 试车 4.2.1 试车前应查阅图纸有无特殊要求和说明，铭牌有无特殊标志，如管板是否按压差设计，对试压、试车程序有无特殊要求等。 4.2.2 试车前应清洗整个系统，并在入口接管处设置过滤网。 4.2.3 系统中如无旁路，试车时应增设临时旁路。 4
8、.2.4 开启放气口，使流体充满设备。 4.2.5 当介质为蒸汽时，开车前应排空残液，以免形成水击；有腐蚀性的介质，停车后应将残存介质排净。 4.2.6 开车或停车过程中，应缓慢升温和降温，避免造成压差过大和热冲击。 4.3 维护 4.3.1 换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。 4.3.2 应经常对管、壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热器的泄漏和结垢情况。 4、3、3在压降增大和传热系数降低超过一定数值时，应根据介质和换热器的结构，选择有 效的方法进行清洗。 4.3.3 应经常监视管束的振动情况。 二、 塔的基础知识塔设备是石油、化工厂的重要工艺设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之
9、间进行紧密接触，达到相际传质与传热的目的。它的型式种类繁多，用途广泛。天然气制氢装置塔的结构型式主要为填料塔。1、塔的分类; 1、1 按用途可分为：分馏塔、吸收塔、解吸塔、抽提塔、洗涤塔吸收塔：在塔内通过吸收液来分离气体，为吸收塔。解吸塔：将吸收液通过加热等方法使溶解于其中的气体再放出来，就是解吸塔。1、2 按内件结构型式可分为：板式塔、填料塔。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流
10、传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。填料塔：塔内充填有各种型式的填料，液体自上而下流动，气体自下向上流动，在填料表面上互相接触。填料型式有：拉西环、鲍尔环、波纹填料、丝网填料等 1、3、塔的构件：塔壳筒体、筒体变径过渡段（锥壳）、封头、人孔、手孔、液面计、接管、法兰、裙座、内部构件、地脚螺栓座等。1、3、1 裙座排气孔和排气管：为减小腐蚀和避免可燃、有毒气体的积聚、散热，保证检修人员的 安全。1、3、2 塔内构件丝网除沫器1）丝网除沫器结构丝网除沫器是由气液过滤网垫（有若干块网块拼合而成）和支承两部分构成。网块有若干层平铺的波纹型丝网。格栅及定距杆等组合而成。2）丝网除沫器维护丝网除沫器应定
11、期检查，清洗，以保证除沫效率，避免压降增大。除沫器从容器中取出后应及时清洗并吹干，以避免发生腐蚀。三、 工业炉的基础知识管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业使用的。工业中使用的工艺加热炉，它具有其他工业炉所没有的若干特点。1.工作原理 石油化工管式炉是直接见火的加热设备，燃料在管式炉的辐射室内燃烧，释放出的热量主要通过辐射传热和对流传热传递给炉管，再经过传导传热和对流传热传热传递给管内的被加热介质，这就是管式炉的工作原理。2.管式加热炉的特征是：(1) 被加热物质的管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且，这些气体或液体通常都是易燃的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性大，操作条件
12、要苛刻得多。(2) 加热方式为直接受火式。(3) 只烧液体或气体燃料。(4) 长周期连续运转，不间断操作。3.管式加热炉的分类3.1 按功能分类；加热型管式炉和加热-反应型管式炉3.2 按炉型分类：圆筒炉、立式炉和大型箱式炉3.3 按工艺用途分类；加热炉和反应炉反应炉：炉管类被加热的物料在压力和催化剂作用下进行反应。4.管式加热炉结构管式加热炉的一般结构：一般由辐射室、对流式、余热回流系统、燃烧器以及通风系统五部分组成。4.1 辐射室辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这个部分直接受到火焰冲刷，温度最高，必须充分考虑说用材料的强度、耐热性能等。这个部分是热交换的主要场所，全炉热负荷的
13、70%-80%是由辐射室担负的，它是全炉最重要的部位。烃蒸汽转化炉、乙烯裂解炉等，其反应和裂解过程全部都用辐射室来完成。可以说，一个炉子是优是劣主要看它的辐射室性能如何。4.2 对流室 对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热的部分，但实际上它也是有一部分辐射热交换，而且有时辐射换热还占有破大的比例。所谓对流室不过是指“对流传热起支配作用”的部位。 对流室内密布多排炉管，烟气比较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。对流室一般担负全炉热负荷的20%30%。对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高，但究竟占多少比例合适应根据管内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管排的压力损失等，选择最经济合理的
14、比值。对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射室分开，单独放在地面上也可以。为了尽量提高传热效果，多数炉子在对流室采用了钉头管个翅片管。4.3 余热回收系统余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。回收的方法分两类。一类是靠预热燃烧用空气来回收热量，这些热量再次返回炉中。另一类是采用同炉子完全无关的其他流体回收热量。前者称为“空气预热方式”，后者因为常常使用水回收，被称为“废热锅炉”方式。空气预热方式又有直接安在对流室上面的固定管式空气预热器和单独放在地上的回转式空气预热器等种类。固定管式空气预热器由于低温腐蚀和积灰，不能指望长期保持太高的热效率，它的优点是同炉体结合成一体，设计和制造比较简单，适合热回收量不大时选用。废热锅炉一般多采用强制循环方式，尽量放到对流室顶部。目前，炉子的余热回收系统以采用空气预热方式为多，通常只有高温管式炉（如烃蒸汽转化炉、乙烯裂解炉）和纯辐射炉才使用废热锅炉，因为这些炉子的排烟温度太高。安设余热回收系统以后，整个炉子的总热效率能达到88%90%。
