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第3章 工艺装置主要设备的选型
需要选型的设备包括：压缩机、空冷器、换热器、气液分离器、膨胀机、泵、脱乙烷塔和脱丁烷塔。 3.1 压缩机
石油化工和炼油生产中所用的压缩机主要有离心式和往复式两大类。
3.1.1 离心式压缩机
离心压缩机又称透平压缩机，离心压缩机的特点是转速高（一般在5000 r/min以上）、级数多（最多可达10级以上），所以能产生高达1MPa以上的出口压力。由于压缩比较高，离心压缩机常分为几段，段中间油冷却器，一面气体温度过高。 3.1.2 往复压缩机
往复式压缩机主要部件有活塞、气缸及排除活门和吸入活门。因为气体易于压缩且密度较小，所以往复式压缩机的排除活门和吸入活门轻便灵活，易于启闭。如果往复式压缩机的压缩比较大，气体温度会急剧上升，此时需安装冷却装置，以降低气体温度。为防止活塞杆经受热膨胀后会与汽缸盖发生碰撞，活塞行程的终点与气缸端盖之间必须留有一定的容积。
当往复式压缩机的压缩比太大时，压缩机的动力损耗会显著增加，排出气体的温度太高，有可能导致润滑油变质和机器损坏等，所以当生产上要求气体的压缩比大于8时，应采用多级压缩。 离心压缩机和往复压缩机的优缺点如表3.1所示。
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表3.1 离心压缩机和往复压缩机的优缺点
设备
优点
缺点
离心体积小、重量轻，运转平稳、操作可靠、制造精度要求高；不易加压缩流量大而均匀、调节性能好、维修方便、工；当流量偏离额定时效机
压缩气体与润滑油不接触、投资少、操
作费用低
往复使用压力范围广（包括低、中、高、超结构复杂易损件较多；维压缩机
高压）、效率高、适应性较强、
修麻烦；不适用于排气量较大的情况；会使气体带
润滑油
根据hysys软件提供的压缩机操作参数如表3.2所示。
表3.2 压缩机的操作参数表
设备 一级压缩机 二级压缩机 三级压缩机
标准状态气量/（m3/min） 703.5 702 952
0.5 2 4
2604 3023 1706
出口压力/MPa
功率/kW 率较低
根据表3.2的数据可知一级压缩排气量太大，只能用离心压缩机。
查离心式压缩机型号表，结果如表3.3所示：
表3.3 压缩机的型号规格表
型号 H710-6.0/0.87 3.2 换热器
换热器按照用途区分，有加热器、冷却器、冷凝器和再沸器。按照冷、热流体的接触方式基本可分为间壁式、直接混合式及蓄热式等三种。
在化工原理上册25页表1.3查得经验数据：高压气体的流速范围在15~25 m/s；在0.3 MPa左右，水的流速范围在1~1.5 m/s左右。
标准状态气量/（m3/min） 710 吸气压力/ MPa 0.087 出口压力/ MPa 0.60 轴功率/ kW 2930 第3章 工艺装置主要设备的选型 第17 页
换热平衡是指一个换热设备中冷热流体之间的热量得失平衡，有时还需考虑传热过程中热损失。一般情况，热损耗小于5%。于保温良好的设备，热损耗约在2%。在设计中也可以不考虑热损失。 3.2.1换热器的选型计算
① 热负荷的计算 热介质的热负荷：
Qh?WhCph(Th入?Th出) （3.1）
冷介质的热负荷：
Qc?WcCpc(Tc入?Tc出) （3.2） 式中， Q1、Q2—— 热负荷，单位W；
Wh ，Wc——为热、冷介质的质量流量，单位kg/s； Cph ，Cpc——为热、冷介质的比热，单位J/（kg.℃）。 ② 按逆流计算平均温度差
?Tlm?(Th入-Tc出）-(Th出-Tc入）??Th入-Tc出??ln??T-T??h出c入?? （3.3）
P?
Tc出?Tc入T?Th出 R?h入 (3.4)
Th入?Tc入Tc出?Tc入由R,P查参化工原理上册271页图6-8得换热器的温差修正系数ψ；则平均温差为
?Tm????Ttm (3.5) ③ 选换热器
假设查化工原理278页表6-7估计总传热系数K,则换热器的换热面积为：
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A?Qh （3.6） K?Tm④ 确定何种流体走壳程或管程，根据换热面积A，初选换热器型号。 计算流体在所选换热器中壳程或管程的对流传热系数α1、α2，在化工原理上册390页查天然气的污垢热阻经验数据为1.7191×10-4m2℃W-1。计算实际的总传热系数K和实际所需传热面积A:
K0?11
?0?Rs0??d01d0?(?Ri)?dm?idi （3.7）
其中，?i、?0——管内外的对流传热系数，单位Wm-2℃-1； ?——管壁导热系数，单位Wm-1℃-1； ?——厚度，单位m；
di、d0——管的内外直径，单位m。 3.2.1 空冷器
从hysys模拟上可查到各个空冷器所需的空气流量，如表3.4所示：
表3.4 空冷器所需的空气流量
设备 一级空冷器 二级空冷器 三级空冷器 四级空冷器 所示：
换热量/ （106 kJ/h）
4 8 5.15 0.6
温差/ ℃ 40 50 33 10
初选总传热系数/（W.m-2℃-1）
30 30 30 30
926 2315 1445 555.6 传热面积/
m2
hysys模拟自定义夏天的环境温度为25 ℃，查得空冷器型号如表3.5
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表3.5 空冷器的型号
设备 一级空冷器 二级空冷器 三级空冷器 四级空冷器 3.2.2 水冷器
设计选用管壳式换热器中的固定管板式换热器。水冷器的部分数据如表3.6所示：
表3.6 原料气在一级和二级水冷器出的流量
设备 一级水冷器 二级水冷器
进料温度/℃
50 38
出料温度/℃
30 30
进料流量（/m3/s）
0.678 0.303
数目 三台 六台 三台 两台
型号
GP12×3-8-346-1.6S-23.4/L(DR)-I RF-D GP12×3-8-346-1.6S-23.4/L(DR)-I RF-D GP12×3-8-346-4.0S-23.4/L(DR)-I RF-D GP12×3-4-174-1.6S-23.4/L(DR)-I RF-D
初选两处水冷器的气体流速为20 m/s，估算它们的管径分别为20 mm，13.9 mm。所以一级水冷器用换热管Φ25 mm×2 mm，此时气速为17 m/s；二级水冷器用换热管Φ19 mm×2 mm，气速为17 m/s。
天然气污垢热阻经验数据为1.7197×10-4 m2℃/W。初选一级与二级水冷器总传热系数都为200 W.m-2℃-1。冷水温度都从20 ℃上升到25 ℃。计算结果如表3.7所示：
表3.7 水冷器的基本数据以及选型
设备 一级水冷器 二级水冷器
换热面积/ （m2） 290 127
初选换热器型号 AES-600-19-86.9-240-4 AET-800-40-138-158-1
实际的总传热系数/（W.m-2℃-1）
170 190
实际所需换热面积/（m2） 312 123