多级压缩机中间冷却器的节能改造

【摘要】：多级压缩机是重要的工业机械,广泛用于空气液化分离、石油化工、合成氨、尿素生产和冷冻工程等方面。气体压缩过程会产生大量的热,这阻止了气体的进一步压缩。为了达到必须的压缩比,在压缩过程中产生的热量需要通过换热器不断的排出。因此,换热器的性能的好坏直接影响到多级压缩机的工作效率和运行成本。近年来,节能减排的总体趋势越来越受到国家和企业的重视,节能意识和节能要求的不断提高,使得换热器的节能优化变得相当重要。 本文以某公司的三级煤气压缩机的中间冷却器为研究对象,采用Aspen工艺模拟和CFD数值模拟相结合的方法,对中间冷却器的冷却效率和冷却土艺进行了参数调节和结构优化,对改造前后能效做了对比。主要研究内容和结论如下： (1)对原多级压缩机中间冷却工艺进行了改进。在原工艺中,由于采用水质差的循环水进入中间冷却器冷却压缩后的高温煤气,在换热管壁处容易形成污垢热阻,大大降低了传热效率,三级压缩机中间冷却器的冷却出口处温度分别高达77.8℃、87.2℃和62.4℃,远远高于维持生产正常运作要求的出口气体45.0℃。为降低能耗,提高生产效率,经过研究确定,将循环水替换为脱盐水(软水)进入中间冷却器与高温气体换热,冷却高温压缩煤气。为减小脱盐水用量,利用原有的循环水,增设一台循环水／软水换热器,采用循环水走管程、脱盐水走壳程的方式对软水进行冷却。循环水走管程降低了结垢的副作用,使新增的换热器能够长期稳定的运行。 (2)新增换热器的设计。根据选用9m长的两种管径(Φ19×2mm和Φ25×2.5mm)和三种不同的换热器管程(单管程,双管程和四管程),设计了六种不同的换热器设计方案。通过ASPEN软件模拟计算,得到进出换热器的流速和换热面积,确定换热器换热管的用量,并做了换热器造价估算。经过结果对比,换热器设计采用Φ25×2.5mm的双管程具有最佳操作参数和换热效果,管程／壳程流体流速分别为1.56m/s和1.41m/s,压降为20KPa符合工业操作允许的范围。 (3)换热器内部流场的模拟。采用CFD流体力学软件中的FLUENT商用软件包对ASPEN设计的换热器进行内部流场和温度场模拟,直观的表现出换热器内部的流场分布。由模拟结果可以得出：换热器的设计参数合理,流场分布均匀,达到了换热的效果。 (4)节能改造分析。对多级压缩机的中间冷却器改进前后的操作成本和效益进行核算,由计算可知,改造后每年可以节约水资源3.8万吨以上,压缩机工作效率大幅度提高,达到了节能降耗的效果。 【关键词】：换热器 数值模拟 成本核算 节能改造
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 课题来源9
• 1.2 选题的目的及意义9
• 1.3 多级压缩机应用9-10
• 1.4 换热器概述10-15
• 1.4.1 换热器种类10-12
• 1.4.2 换热器传热研究12-15
• 1.5 换热器设计理论15-17
• 1.5.1 初步确认换热器的换热面积15
• 1.5.2 换热系数计算15-16
• 1.5.3 换热器传热系数(K)的计算16
• 1.5.4 确定换热器的结构16-17
• 1.6 换热器设计、模拟及数值分析17-20
• 1.6.1 换热器设计校核软件17-18
• 1.6.2 换热器传热计算及流体力学分析18-20
• 1.7 ASPEN在节能改造中的应用20-21
• 1.8 本课题研究内容和方法21
• 1.9 本章小结21-22
• 2 冷却系统工艺改进22-45
• 2.1 改进前的工艺及操作参数22
• 2.2 改造前冷却器易结垢原因分析22-31
• 2.2.1 温度影响22-23
• 2.2.2 流速影响23-24
• 2.2.3 原压缩机各级间冷却器污垢分析24-31
• 2.3 冷却系统工艺改进31-32
• 2.4 换热器选型32-43
• 2.4.1 换热器设计工艺基础数据32
• 2.4.2 设计方案32-33
• 2.4.3 ASPEN模拟计算33-36
• 2.4.4 结果分析36-43
• 2.5 本章小结43-45
• 3 对换热器内部流场的数值模拟45-63
• 3.1 换热器的数值模拟45-48
• 3.1.1 基本控制方程45-46
• 3.1.2 换热器计算模型的建立46-48
• 3.2 fluent计算48-49
• 3.3 计算结果分析49-61
• 3.3.1 压力分布49-52
• 3.3.2 速度分布52-55
• 3.3.3 温度分布55-58
• 3.3.4 湍流分析58-61
• 3.3.5 传热系数对比61
• 3.4 本章小结61-63
• 4 节能改造效果分析63-68
• 4.1 能耗分析和解决方案63
• 4.2 换热器节能设计效果分析63-65
• 4.3 中间冷却器系统节能降耗分析65-66
• 4.4 系统(?)损失分析66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 5. 结论及展望68-70
• 5.1 结论68
• 5.2 展望68-70
• 参考文献70-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

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