传热操作单元机械化、自动化设计指导方案.docx

传热操作单元机械化、自动化设计指导方案目录1传热的方式12换热器类型12.1 间壁式换热器22.1.1 管式换热器22.1.2 板式换热器22.1.3 翅片式换热器32.1.4 32.2 混合式换热器32.3 蓄热式换热器33换热器操作方式33.1 间歇操作43.2 连续操作44机械化、自动化操作要求44.1 间歇操作44.1.1 进料44.1.2 出料54.2 连续操作64.2.1 进料64.2.2 出料74.3 其他75集中控制要求86典型传热单元设计方案86.1 工艺简述86.2 碳酸乙烯酯精储塔再沸器换热的机械化和自动化实施方案81传热的方式根据传热机理的不同，传热的基本方式分为热传导、热对流和热辐射三种。(1)热传导热传导简称导热，是指直接接触的系统之间或系统内各部分之间没有宏现的相对运动，仅仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而实现热量传递的现象。(2)热对流热对流是指流体中各部分质点之间发生宏现相对运动和混合而引起的热量传递过程，即热对流只能发生在流体内部。热对流分为强制对流及自然对流两种。(3)热辐射热辐射简称辐射，是物体因热的原因而产生电磁波在空间的传递现象。当任何物体的温度大于热力学零度时，都会以电磁波的形式向外界辐射能量，当被另一物体部分或全部接收后，又重新变为热能，这种传热方式称为辐射传热，即辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的总结果。实际传热过程往往是两种或三种传热方式的综合结果。2换热器类型依据传热原理和实现热交换的方法换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类。其中以间壁式换热器应用最为普遍。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器是一种实现传热过程的设备，根据不同特性，有不同的分类，其中间壁式换热器应用最为广泛，2.1 间壁式换热器2.1.1 管式换热器（1）套管式换热器优点是结构简单，耐高压，传热面积容易改变，两流体可严格逆流操作，有利于传热；缺点是接头多，易泄露，单位管长上的传热面积较小，单位换热面积消耗的金属量大。（2）蛇管式换热器蛇管式换热器分为两种：沉浸式和喷淋式。（3）管壳式换热器管壳式换热器是目前化工上应用最广泛的一种换热设备。2.1.2 板式换热器（1）夹套式换热器夹套式换热器是在反应器或容器的外壁上安装夹套制成的，夹套与器壁之间形成加热介质或冷却介质的通道。（2）螺旋板换热器两块金属板，每块的一端分别与分割挡板焊在一起，卷成螺旋形，两板之间焊有定距柱以维持通道间距，在螺旋板两侧焊有盖板。（3）平板式换热器平板式换热器是由一组长方形的薄金属板平行排列，夹紧组装于支架上面构成，以“板式”结构作为换热面；主要部件为传热板片、密封垫片和压紧装置。2.1.3 翅片式换热器（1）板翅式换热器两块平行的金属板之间，夹入波纹状的金属翅片，边侧密封，组成一个整体。根据波纹翅片的不同排列，可得到不同的操作方式，如逆流、并流、错流等；翅片式板翅式换热器的核心部件，其常用形式有平直翅片、波纹翅片、锯齿形翅片、多孔翅片等。（2）翅片管式换热器翅片管式换热器是在管子内表面或外表面装有很多径向或轴向翅片。热管换热器热管换热器由壳体、热管和隔板组成的。热管按冷凝液循环方式分为毛细管热管、重力热管和离心热管三种。2.2 混合式换热器在传热过程中，采用冷热流体直接接触进行换热，这种传热方式传热面积大，设备较简单。2.3 蓄热式换热器首先使用热流体流过换热器，将器内固体填充物加热，然后停止热流体，使冷流体流过蓄热器内已被热流体加热的填充物，吸取热量而被加热。如此周而复始，达到冷热流体之间的传热目的。3换热器操作方式换热器操作方式主要有两种：间歇操作和连续操作。3.1 间歇操作间歇操作的特征是冷媒或热媒间隔进入换热器，然后进行传热，换热器间歇使用，冷媒或热媒传热完成后，停止冷媒或热媒的流入，然后根据工艺要求对换热器进行清洗、置换，继而进行下一生产周期的操作。3.2 连续操作连续操作的特征是冷媒或热媒连续进入换热器，然后进行传热，换热器连续使用。4机械化、自动化操作要求传热操作的机械化、自动化操作要求主要是对冷媒或热媒与反应物料热交换过程中温度、压力、流量等参数的控制，某些时候可能是反应物料之间的热交换，换热过程中可能伴有流体的相变。4.1 间歇操作4.1.1 进料采用动量输送设备（如离心泵等）向换热器进料，设置流量计和自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如离心泵等采用远程自动启停、调节；本章节涉及的此类设备按此要求执行。温度计、压力表、流量计采用远传显示、报警、联锁、调节等。本章节涉及的此类仪表按此要求执行。4.1. 控制阀门采用远程自动控制。本章节涉及的此类阀门按此要求执行,对于滞后较大的控制参数，采用前馈式控制系统。4.2. 1.1间壁式、混合式换热器进料（1）采用离心泵等向换热器进料（包括冷媒或热媒），根据工艺需要在流体入口设置温度计、远程控制阀；（2）采用压差（如系统压差）向换热器进料，根据工艺需要在媒或热媒入口设置温度计、远程控制阀；4.1. （3）采用再沸器等设备进行换热，根据工艺需要设置温度计、流量计、远程控制阀，液位、流量与远程控制阀联锁。4.2. 1.2蓄热式换热器进料（1）根据工艺需要在冷媒或热媒入口设置温度计、远程控制阀；蓄热式换热器设备设置温度计；（2）采用动力输送设备（如离心泵等）向换热器输送冷媒或热媒，根据工艺需要在冷媒或热媒进料管路设置温度计、远程控制阀，通过时间程序控制冷媒或热媒的流量；实现冷媒或热媒与反应物料之间的换热控制。4.1.2出料动量输送设备，如离心泵等采用远程自动启停、调节。温度计、压力表、流量计采用远传显示、报警、联锁、调节等。控制阀门采用远程自动控制。对于滞后较大的控制参数，采用前馈式控制系统。间壁式、混合式、蓄热式换热器出料：（1）采用压差（如系统压差）换热器出料，根据工艺需要在热媒或冷媒出口设置温度计、远程控制阀；（2）采用再沸器等设备进行换热，根据工艺需要在热媒或冷媒出口设置温度计、远程控制阀，并设置远程控制紧急泄放阀门和管线;4.2连续操作421进料采用动量输送设备（如离心泵等）向换热器进料，设置流量计和自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如离心泵等采用远程自动启停、调节；本章节涉及的此类设备按此要求执行。温度计、压力表、流量计采用远传显示、报警、联锁、调节等。本章节涉及的此类仪表按此要求执行。控制阀门采用远程自动控制。本章节涉及的此类阀门按此要求执行，对于滞后较大的控制参数，采用前馈式控制系统。42LI间壁式、混合式换热器进料（1）采用动力输送设备（如离心泵等）向换热器输送冷媒或热媒，冷媒或热媒入口管路设置温度计、流量计、远程控制阀，在冷流体为反应物料的情况下，冷流体温度、热流体（热媒）的流量与流量远程控制阀（热流体入口的）串级联锁控制热媒的入口流量；或者设置温度计、远程控制阀，反应物料温度与热媒的流量远程控制阀联锁控制热媒的进料流量，实现热流体的进料控制；（2）采用再沸器等设备进行换热，根据工艺需要在热媒入口管路设置温度计、远程控制阀，再沸器液位、热媒入口流量与远程控制阀联锁。421.2蓄热式换热器进料（1）采用动力输送设备（如离心泵等）向换热器输送热媒（或冷媒），根据工艺需要，热媒（或冷媒）入口管路设置温度计、流量计和远程控制阀。蓄热式换热器设置反应物料温度和热媒的流量串级控制热媒的流量远程控制阀，或者设置反应物料温度与热媒的流量远程控制阀联锁控制热媒的进料流量，实现热媒的进料控制；根据工艺需要，蓄热式换热器设备设置温度与反应物料的流量串级联锁控制反应物料的流量远程控制阀，或者设置温度计与和反应物料的流量远程控制阀联锁控制反应物料的进料流量，从而实现反应物料的进料控制；（2）采用动力输送设备（如离心泵等）向换热器输送冷媒或热媒，根据工艺需要，冷媒或热媒进料管路设置温度计、流量计和流量远程控制阀，通过时间程序控制冷媒或热媒的进料流量；实现换热操作控制。422出料动量输送设备，如离心泵等采用远程自动启停、调节。温度计、压力表、流量计采用远传显示、报警、联锁、调节等。控制阀门采用远程自动控制。对于滞后较大的控制参数，采用前馈式控制系统。间壁式、混合式、蓄热式换热器出料：采用压差（如系统压差）换热器出料，根据工艺需要在冷媒或热媒出口设置温度计、远程控制阀；4.3其他针对特殊的工艺物料，如特殊的易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等介质，在反应过程（进料、反应、出料）中存在诸多安全风险，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定量定性风险评价方法，对整个反应过程的危险性进行分析。根据分析结果设置相应的机械化及自动化传热方式。传热过程（进料、出料）中有人员现场操作，如现场阀门的开关切换等操作过程，应采用机械化和自动化的手段来实现现场无人操作。5集中控制要求针对各种间壁式、混合式和蓄热式的间歇、连续操作方式，实施以下集中控制要求。传热单元操作过程参数包括冷媒或热媒的流量、温度、压力等，远传至DCS系统，进入控制室集中显示，输送冷媒或热媒的动量输送设备（如离心泵等）、自动控制阀等的操作通过DCS系统实现远程自动控制。6典型传热单元设计方案某企业制备碳酸乙烯酯精储塔再沸器换热生产单元“机械化换人、自动化减人”方案。6.1 工艺简述碳酸乙烯酯精制塔操作工艺流程：分离催化剂后碳酸乙烯酯物料经泵输送至粗碳酸乙烯酯精制塔，塔顶气相物料冷凝后进入塔顶回流罐，经回流泵一部分作为精微塔回流液，另一部分连续精制提纯侧线采出碳酸乙烯酯中间品经泵输送至电池级碳酸乙烯酯间歇精储塔塔釜，塔顶塔釜物料返回薄膜蒸发器，此塔为负压操作，塔釜操作温度为130,塔顶操作温度为110。6.2 碳酸乙烯酯精馅塔再沸器换热的机械化和自动化实施方案再沸器升气管管口附近设置温度集中显示，具有指示、控制、报警功能。再沸器蒸汽进口管道设置压力集中显示，具有指示、报警功能。再沸器蒸汽进口管道设置流量调节阀，并集中显示。当再沸器升气管管口温度达到设定值时，联锁切断再沸器蒸汽进口管道设置流量调节阀，调节阀动作，调节蒸汽进量。