多級壓縮機(jī)中間冷卻器的節(jié)能改造

【摘要】：多級壓縮機(jī)是重要的工業(yè)機(jī)械,廣泛用于空氣液化分離、石油化工、合成氨、尿素生產(chǎn)和冷凍工程等方面。氣體壓縮過程會產(chǎn)生大量的熱,這阻止了氣體的進(jìn)一步壓縮。為了達(dá)到必須的壓縮比,在壓縮過程中產(chǎn)生的熱量需要通過換熱器不斷的排出。因此,換熱器的性能的好壞直接影響到多級壓縮機(jī)的工作效率和運(yùn)行成本。近年來,節(jié)能減排的總體趨勢越來越受到國家和企業(yè)的重視,節(jié)能意識和節(jié)能要求的不斷提高,使得換熱器的節(jié)能優(yōu)化變得相當(dāng)重要。 本文以某公司的三級煤氣壓縮機(jī)的中間冷卻器為研究對象,采用Aspen工藝模擬和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對中間冷卻器的冷卻效率和冷卻土藝進(jìn)行了參數(shù)調(diào)節(jié)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,對改造前后能效做了對比。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)對原多級壓縮機(jī)中間冷卻工藝進(jìn)行了改進(jìn)。在原工藝中,由于采用水質(zhì)差的循環(huán)水進(jìn)入中間冷卻器冷卻壓縮后的高溫煤氣,在換熱管壁處容易形成污垢熱阻,大大降低了傳熱效率,三級壓縮機(jī)中間冷卻器的冷卻出口處溫度分別高達(dá)77.8℃、87.2℃和62.4℃,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于維持生產(chǎn)正常運(yùn)作要求的出口氣體45.0℃。為降低能耗,提高生產(chǎn)效率,經(jīng)過研究確定,將循環(huán)水替換為脫鹽水(軟水)進(jìn)入中間冷卻器與高溫氣體換熱,冷卻高溫壓縮煤氣。為減小脫鹽水用量,利用原有的循環(huán)水,增設(shè)一臺循環(huán)水／軟水換熱器,采用循環(huán)水走管程、脫鹽水走殼程的方式對軟水進(jìn)行冷卻。循環(huán)水走管程降低了結(jié)垢的副作用,使新增的換熱器能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行。 (2)新增換熱器的設(shè)計(jì)。根據(jù)選用9m長的兩種管徑(Φ19×2mm和Φ25×2.5mm)和三種不同的換熱器管程(單管程,雙管程和四管程),設(shè)計(jì)了六種不同的換熱器設(shè)計(jì)方案。通過ASPEN軟件模擬計(jì)算,得到進(jìn)出換熱器的流速和換熱面積,確定換熱器換熱管的用量,并做了換熱器造價(jià)估算。經(jīng)過結(jié)果對比,換熱器設(shè)計(jì)采用Φ25×2.5mm的雙管程具有最佳操作參數(shù)和換熱效果,管程／殼程流體流速分別為1.56m/s和1.41m/s,壓降為20KPa符合工業(yè)操作允許的范圍。 (3)換熱器內(nèi)部流場的模擬。采用CFD流體力學(xué)軟件中的FLUENT商用軟件包對ASPEN設(shè)計(jì)的換熱器進(jìn)行內(nèi)部流場和溫度場模擬,直觀的表現(xiàn)出換熱器內(nèi)部的流場分布。由模擬結(jié)果可以得出：換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)合理,流場分布均勻,達(dá)到了換熱的效果。 (4)節(jié)能改造分析。對多級壓縮機(jī)的中間冷卻器改進(jìn)前后的操作成本和效益進(jìn)行核算,由計(jì)算可知,改造后每年可以節(jié)約水資源3.8萬噸以上,壓縮機(jī)工作效率大幅度提高,達(dá)到了節(jié)能降耗的效果。 【關(guān)鍵詞】：換熱器 數(shù)值模擬 成本核算 節(jié)能改造
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 課題來源9
• 1.2 選題的目的及意義9
• 1.3 多級壓縮機(jī)應(yīng)用9-10
• 1.4 換熱器概述10-15
• 1.4.1 換熱器種類10-12
• 1.4.2 換熱器傳熱研究12-15
• 1.5 換熱器設(shè)計(jì)理論15-17
• 1.5.1 初步確認(rèn)換熱器的換熱面積15
• 1.5.2 換熱系數(shù)計(jì)算15-16
• 1.5.3 換熱器傳熱系數(shù)(K)的計(jì)算16
• 1.5.4 確定換熱器的結(jié)構(gòu)16-17
• 1.6 換熱器設(shè)計(jì)、模擬及數(shù)值分析17-20
• 1.6.1 換熱器設(shè)計(jì)校核軟件17-18
• 1.6.2 換熱器傳熱計(jì)算及流體力學(xué)分析18-20
• 1.7 ASPEN在節(jié)能改造中的應(yīng)用20-21
• 1.8 本課題研究內(nèi)容和方法21
• 1.9 本章小結(jié)21-22
• 2 冷卻系統(tǒng)工藝改進(jìn)22-45
• 2.1 改進(jìn)前的工藝及操作參數(shù)22
• 2.2 改造前冷卻器易結(jié)垢原因分析22-31
• 2.2.1 溫度影響22-23
• 2.2.2 流速影響23-24
• 2.2.3 原壓縮機(jī)各級間冷卻器污垢分析24-31
• 2.3 冷卻系統(tǒng)工藝改進(jìn)31-32
• 2.4 換熱器選型32-43
• 2.4.1 換熱器設(shè)計(jì)工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)32
• 2.4.2 設(shè)計(jì)方案32-33
• 2.4.3 ASPEN模擬計(jì)算33-36
• 2.4.4 結(jié)果分析36-43
• 2.5 本章小結(jié)43-45
• 3 對換熱器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬45-63
• 3.1 換熱器的數(shù)值模擬45-48
• 3.1.1 基本控制方程45-46
• 3.1.2 換熱器計(jì)算模型的建立46-48
• 3.2 fluent計(jì)算48-49
• 3.3 計(jì)算結(jié)果分析49-61
• 3.3.1 壓力分布49-52
• 3.3.2 速度分布52-55
• 3.3.3 溫度分布55-58
• 3.3.4 湍流分析58-61
• 3.3.5 傳熱系數(shù)對比61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 4 節(jié)能改造效果分析63-68
• 4.1 能耗分析和解決方案63
• 4.2 換熱器節(jié)能設(shè)計(jì)效果分析63-65
• 4.3 中間冷卻器系統(tǒng)節(jié)能降耗分析65-66
• 4.4 系統(tǒng)(?)損失分析66-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 5. 結(jié)論及展望68-70
• 5.1 結(jié)論68
• 5.2 展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況72-73
• 致謝73-74

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