換熱器在石油化工中的應(yīng)用及維護

孟晉安 邱彥林(中國石油蘭州石化公司， 甘肅 蘭州 730060)

換熱器在石油化工中的應(yīng)用及維護

孟晉安 邱彥林(中國石油蘭州石化公司， 甘肅 蘭州 730060)

本文主要介紹換熱器的技術(shù)原理，以及其在石油化工工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用方式，包括其應(yīng)用技術(shù)原理以及在石油化工生產(chǎn)節(jié)能中的應(yīng)用，并簡單介紹幾種換熱器的維護方式，希望可以為石油化工工業(yè)生產(chǎn)提供有效參考經(jīng)驗。

換熱器；石油化工；應(yīng)用策略；維護方式；研究

換熱器是石油化工、食品制造以及藥品制造工業(yè)中最為廣泛的一類機械設(shè)備，相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，在現(xiàn)代化的石油化工工業(yè)生產(chǎn)中換熱器的投資大約占到工業(yè)設(shè)備總投資的2/5以上，可見換熱器在石油化工生產(chǎn)中的重要地位。目前多種新型高效換熱器逐漸興起，為石油化工工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展帶來諸多促進意義。筆者作為中國蘭州石化公司一名技術(shù)人員，結(jié)合自己多年換熱器應(yīng)用與維修經(jīng)驗，就換熱器在石油化工工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用策略與維護方式進行系統(tǒng)研究，以期同業(yè)工作人員賜教。

1 換熱器的技術(shù)原理

目前，石油化工工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)換熱器的應(yīng)用最為普遍，在石油化工生產(chǎn)中換熱器的主要用途是加熱、預(yù)熱、過熱、蒸發(fā)以及制冷等。換熱器的工作原理是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使工業(yè)生產(chǎn)中所需要的流體能夠達到科學(xué)適宜的溫度，換熱器換熱操作的實現(xiàn)有多種途徑，包括表面式換熱、蓄熱式換熱、流體連接式換熱、直接接觸式換熱以及復(fù)合型換熱等多種方式。在石油化工工業(yè)生產(chǎn)中換熱器的應(yīng)用需要一定的換熱設(shè)備以及科學(xué)規(guī)范的換熱工藝流程。

2 換熱器在石油化工生產(chǎn)中的具體應(yīng)用策略

(1)換熱器主要類型 單相流換熱器在石油化工生產(chǎn)中有較為廣泛的應(yīng)用，此種換熱器主要用于液體到液體、液體到氣體以及氣體到氣體的換熱，流體在換熱過程中不出現(xiàn)相變，在實際工業(yè)生產(chǎn)中單相流換熱的主要形式為對流傳熱。對流傳熱使用的換熱管有內(nèi)波外螺旋管、波紋管以及螺紋管等，其中內(nèi)波外螺旋管、波紋管的傳熱操作是通過增加對壁面邊界層的擾動來進行強化，螺紋管主要依靠擴大表面積強化傳熱效果[1]。內(nèi)波外螺旋管與厚壁波紋管的加工方法比較接近，均是由滾軋方式制成，區(qū)別在于波紋管內(nèi)外雙面均有波紋，而內(nèi)波外螺旋管內(nèi)壁為波紋狀，外管壁則是螺紋狀。內(nèi)波外螺旋管與波紋管相比，波距和波谷相應(yīng)減小，內(nèi)波紋高0.5mm，波距1 ～6 mm。在雷諾數(shù)5000～50000的范圍內(nèi)，管內(nèi)換熱系數(shù)是光管的1.8～2.8倍，略高于波紋管，壓降是光管的3.3～4.1倍，壓降比波紋管低。兩者的換熱效果基本相當(dāng)，螺旋外壁在抗結(jié)垢能力方面有一些優(yōu)勢。另外，外螺旋結(jié)構(gòu)更加有利于管外的冷凝液體的排出，減少積液滯留現(xiàn)象，增進換熱效果。在石油化工生產(chǎn)過程中可以根據(jù)實際換熱需求，合理選擇適用的換熱器形式，內(nèi)波外螺旋管、波紋管以及螺紋管等形式的換熱器各有優(yōu)勢，可充分利用其技術(shù)優(yōu)勢。

(2)換熱器的擴能改造 換熱器的擴能改造是石油化工生產(chǎn)中比較常見的技術(shù)操作，在換熱器擴能改造中一般需要在原換熱器熱負荷的基礎(chǔ)上提升20%～50%的比例，如果原有的光管換熱器無法滿足實際生產(chǎn)需求，則要對光管換熱器進行重新設(shè)計或是在原來基礎(chǔ)上進行技術(shù)改造。應(yīng)當(dāng)在保證換熱器殼體直徑不變的情況下要將換熱面的表面積增加20%，管長也應(yīng)適當(dāng)增加，避免直接增加殼體的直徑，帶來不必要的麻煩。在換熱器改裝安裝時如果遇到工廠廠房的限制，可以考慮采用新型高效換熱管。

(3)換熱器在節(jié)能中的應(yīng)用 石油化工廠中的換熱器的傳熱效率是影響全長能量利用效率的關(guān)鍵，因此應(yīng)當(dāng)強化換熱器的節(jié)能設(shè)計。實踐研究表明使用高效換熱管可大幅度提高總傳熱系數(shù)。如果在熱量回收單元使用高效特型管換熱器，增大的傳熱系數(shù)和較小的溫差可增加能量回收。在石油化工行業(yè)原油精餾是所有精餾單元中熱能消耗最大的，如果盡可能多地使用高效特型管換熱器代替普通光管換熱器，將從產(chǎn)品物流中回收更多的熱量，提高原油進入加入爐時的溫度，節(jié)省燃料，減少有害氣體與CO2的排放。

3 換熱器的維護方式

(1)換熱器表面的維護 在換熱器運行一定時間之后，換熱外表面與換熱管的外層容易形成大量的污垢堆積，這樣的情況會使換熱器的傳熱系數(shù)大大降低，相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，污垢量較大時污垢的熱阻會占到總熱阻的一半以上，形成大量的浪費。所以在換熱器使用過程中應(yīng)當(dāng)及時清理換熱管外表面，也可以進行技術(shù)改進，為換熱器設(shè)置自行除塵設(shè)備。

(2)換熱器內(nèi)部的維護 在波紋管換熱器使用過程中與其他光管相比更不易結(jié)垢，所以在波紋管高等換熱器運行過程中應(yīng)盡量保持較高的傳熱系數(shù)，增進節(jié)能效果。另外，需要定期對換熱器各組件進行性能檢測，保證換熱器運行的節(jié)能性。

4 結(jié)語

換熱器在石油化工工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中居于重要地位，換熱器對于石油化工生產(chǎn)工作發(fā)揮重要作用，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加深對換熱器的了解研究，掌握正確的換熱器應(yīng)用方法與維護策略，以保障換熱器的工作效率與質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型高效加熱器出現(xiàn)，并且解熱功能與加熱質(zhì)量不斷提升，因此石油化工單位應(yīng)當(dāng)積極引進新型加熱設(shè)備，技術(shù)人員通過研討學(xué)習(xí)掌握新型加熱設(shè)備的應(yīng)用方法與維護策略，提高石油化工工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量并且充分節(jié)約能源，提升生產(chǎn)效益。

[1]楊艷,方晨昭,仇汝臣,王英龍.換熱器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)綜合的進展及在石油化工中的應(yīng)用前景[A].中國化工學(xué)會石油化工專業(yè)委員會.中國化工學(xué)會2003年石油化工學(xué)術(shù)年會論文集[C].中國化工學(xué)會石油化工專業(yè)委員會:2003:3.