結垢熱阻對于換熱網絡終溫的影響分析

李國芝

河南科技大學，河南洛陽 471003

結垢熱阻對于換熱網絡終溫的影響分析

李國芝

河南科技大學，河南洛陽 471003

本文通過對已有的換熱網絡進行模擬計算，考察不同的結垢熱阻對換熱網絡終溫的影響。分別選取“0”結垢熱阻、30%結垢熱阻、50%結垢熱阻、70%結垢熱阻等工況對換熱網絡進行模擬計算，并對計算結果進行分析，得出了相應的結論。

結垢熱阻；換熱網絡；終溫

換熱器是煉油廠中應用最廣泛的一種傳熱設備，煉油廠絕大部分的熱量都是通過換熱器進行回收利用的，換熱器的傳熱性能好壞直接影響到煉油廠熱量的回收和利用。因此，提高換熱器的傳熱性能，對于煉油廠的能量回收和節能降耗都具有重要意義。

由換熱器的計算公式A = Q／( K·△Tm)可以看出，換熱器的面積與換熱器的換熱負荷成正比、與總傳熱系數K和有效對數平均溫差成反比。當回收一定的熱量時（此時，根據物流的熱平衡，△T m也已確定），換熱器面積與其總傳熱系數成反比。

依據總傳熱系數K的計算公式

可以看出，換熱器的總傳熱系數K與換熱管內外的表面積Ao,換熱管內外流體膜傳熱系數hi、換熱管內外流體的結垢熱阻ri、r0和換熱管壁金屬熱阻rp有關。對于特定的換熱器來說，換熱管的規格和材質一般都是固定不變的，即換熱管壁金屬熱阻是固定不變的。因此，要想提高換熱器的總傳熱系數，只有通過提高換熱管內外流體膜傳熱系數或者降低換熱管內外流體的結垢熱阻來實現。

近20年來，圍繞著如何提高換熱器管內外流體膜傳熱系數，相關研究人員已經相繼開發出各種類型的新型換熱器，有效提高了管內外流體的膜傳熱系數[1-2]，可使換熱器面積降低30%～50%左右[3-4]。為了了解換熱器結垢熱阻對總傳熱系數的影響，本文試圖從結垢熱阻的變化探討降低換熱管內外流體的結垢熱阻對于總傳熱系數的影響，進而探討對換熱網絡終溫的影響。為便于比較，本文以某煉廠設計的換熱網絡為基礎，通過降低換熱流體的結垢熱阻，探討其對總傳熱系數和換熱網絡終溫的影響。

1 原設計換熱網絡介紹

某煉廠設計的換熱網絡終溫為305.5℃。在換熱器選型過程中，考慮到裝置的彈性的需要，設計選用的換熱器面積都有一定余量，這就相當于為換熱網絡提供了“多余”的面積，為消除這部分“多余”面積對換熱終溫的影響，將所選用的換熱器型號全部代入換熱網絡，通過模擬計算，得到原設計的換熱網絡在沒有面積余量和考慮100%結垢熱阻的情況下，設計的最終換熱終溫為310.0℃。

2 降低物流結垢熱阻對換熱終溫的影響

為了考察不同的結垢熱阻對已有換熱網絡換熱終溫的影響，分別選取“0”結垢熱阻（開工初期狀態）、30%結垢熱阻、50%結垢熱阻、70%結垢熱阻對換熱網絡進行模擬計算，計算時保持原設計選用的換熱器型號（面積）不變。不同結垢熱阻對已有換熱網絡換熱終溫的影響對比計算結果見表1。

從表1可以看出：

1）在裝置開工初期，換熱器無結垢，換熱網絡的換熱終溫最高，達到317℃，回收的熱量最大，換熱量比100%結垢熱阻高5.41%此時傳熱溫差最小；

2）當物流的結垢熱阻為設計熱阻的30%時，換熱網絡的換熱終溫為315℃，比原設計最終換熱終溫升高5℃，換熱量比100%結垢熱阻時高3.12%；

3）當物流的結垢熱阻為設計熱阻的50%時，換熱網絡的換熱終溫為313.5℃，比原設計最終換熱終溫升高3.5℃；

4）當物流的結垢熱阻為設計熱阻的70%時，換熱網絡的換熱終溫為312.5℃，比原設計最終換熱終溫升高2.5℃，此時回收的熱量比100%熱阻時高0.16%；

5）對已有換熱網絡，降低結垢熱阻對提高換熱終溫有一定的效果，結垢熱阻降低幅度大，回收的熱量大，當結垢熱阻降低30%時，對換熱終溫影響不大。

表1 不同結垢熱阻對換熱網絡終溫的影響對比計算結果

[1]張平亮.新型換熱器及其技術進展[J].煉油技術與工程，2007，37(1)：25-29.

[2]曹維.國外新型換熱器介紹[J].化學工程，2000，28(6)：25-29.

[3]矯明，徐宏，程泉，等.新型高效換熱器發展現狀及研究方向[J].化工裝備技術，2007，28(6)：41-46.

[4]王小梅，楊曉西，羅運祿，等.新型高效管殼式換熱器及其應用[J].天然氣化工，1999，24(4)：18-20.

TE96

A

1674-6708（2010）30-0026-01