冷却段与冷凝段是以气体中可凝气的露点来划分的。从设备的气体入口至气温为露点时的位置为冷却段,从露点时的位置至设备气体出口为冷凝段。在冷却段,含不凝性气体(不凝气)和可凝性蒸汽(可凝气)的不饱和气体,因其中的可凝气尚未达到饱和,气体成分不发生变化,气体热量仅通过气体界膜传给换热管表面,如图1所示。
设备设计的主要内容就是根据工艺设计要求,完成结构参数设计和传热传质计算。传热传质计算是根据气体物性和设备结构参数计算传热系数和传热面积。其计算结果全面地反映出设备内部传热传质过程,因而可根据计算结果,对影响热效率的结构参数进行必要的调整,使设备满足工艺要求并具有较高的热效率。所以,结构设计和传热传质计算不仅同时进行而且相互制约。通过对传热传质机理及其基本计算方法的分析研究,设备设计过程采用下述方法和步骤。
1)根据气体入口处可凝气分压,由相平衡计算气体露点。
2)划分阶段。气体入口温度至露点为冷却段;从露点到气体出口为冷凝段。按气体温度将冷凝段分为3一7个计算区间,保证计算精度。
3)假设气体在各温度点的压力及气体由入口至设备出口的总压力降HP。
4)各区间热量、物料衡算。计算两相邻温度点气体所放出的热量以及在各温度点气体和已凝可凝气的流率、冷却水温度。
5)计算各区间气体传热单元数。
6)初估换热面积。
7)设备结构设计。根据初估换热面积,选择换热管规格及材质,进行管束设计,从而得出排管参数、设备直径、折流板数量等设备结构尺寸。
8)计算壳侧平均传热膜系数及流动压力降。
9)设备结构参数确定。当传热传质计算结果同时满足下列条件时,设备结构设计和传热传质计算结束,设备结构参数确定,可进行施工图设计。
(1)初估的传热面积不小于所需传热面积;
(2)假设的设备总压力降HP与计算出的总压力降Px之差的绝对值,小于给定的计算误差;
(3)在工艺设计允许的条件下,设备传热面积达到或接近最小传热面积。
10)设备结构参数调整。当计算结果不满足上述条件时,应进行设备结构参数调整或重新估算总压力降,重复其后的设计步骤,直至满足设计要求。在传热传质计算过程中,需计算较多的传热传质系数。对不同的气体物性和设备形式,其计算公式也各不相同。可根据设备的使用场合和具体工艺条件选择合理的计算公式。