結(jié)垢熱阻對于換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響分析

李國芝

河南科技大學(xué)，河南洛陽 471003

結(jié)垢熱阻對于換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響分析

李國芝

河南科技大學(xué)，河南洛陽 471003

本文通過對已有的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬計(jì)算，考察不同的結(jié)垢熱阻對換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響。分別選取“0”結(jié)垢熱阻、30%結(jié)垢熱阻、50%結(jié)垢熱阻、70%結(jié)垢熱阻等工況對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬計(jì)算，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，得出了相應(yīng)的結(jié)論。

結(jié)垢熱阻；換熱網(wǎng)絡(luò)；終溫

換熱器是煉油廠中應(yīng)用最廣泛的一種傳熱設(shè)備，煉油廠絕大部分的熱量都是通過換熱器進(jìn)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(jié)能降耗都具有重要意義。

由換熱器的計(jì)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(fù)荷成正比、與總傳熱系數(shù)K和有效對數(shù)平均溫差成反比。當(dāng)回收一定的熱量時(shí)（此時(shí)，根據(jù)物流的熱平衡，△T m也已確定），換熱器面積與其總傳熱系數(shù)成反比。

依據(jù)總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式

可以看出，換熱器的總傳熱系數(shù)K與換熱管內(nèi)外的表面積Ao,換熱管內(nèi)外流體膜傳熱系數(shù)hi、換熱管內(nèi)外流體的結(jié)垢熱阻ri、r0和換熱管壁金屬熱阻rp有關(guān)。對于特定的換熱器來說，換熱管的規(guī)格和材質(zhì)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(shù)，只有通過提高換熱管內(nèi)外流體膜傳熱系數(shù)或者降低換熱管內(nèi)外流體的結(jié)垢熱阻來實(shí)現(xiàn)。

近20年來，圍繞著如何提高換熱器管內(nèi)外流體膜傳熱系數(shù)，相關(guān)研究人員已經(jīng)相繼開發(fā)出各種類型的新型換熱器，有效提高了管內(nèi)外流體的膜傳熱系數(shù)[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(jié)垢熱阻對總傳熱系數(shù)的影響，本文試圖從結(jié)垢熱阻的變化探討降低換熱管內(nèi)外流體的結(jié)垢熱阻對于總傳熱系數(shù)的影響，進(jìn)而探討對換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響。為便于比較，本文以某煉廠設(shè)計(jì)的換熱網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過降低換熱流體的結(jié)垢熱阻，探討其對總傳熱系數(shù)和換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響。

1 原設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)介紹

某煉廠設(shè)計(jì)的換熱網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)選用的換熱器面積都有一定余量，這就相當(dāng)于為換熱網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，通過模擬計(jì)算，得到原設(shè)計(jì)的換熱網(wǎng)絡(luò)在沒有面積余量和考慮100%結(jié)垢熱阻的情況下，設(shè)計(jì)的最終換熱終溫為310.0℃。

2 降低物流結(jié)垢熱阻對換熱終溫的影響

為了考察不同的結(jié)垢熱阻對已有換熱網(wǎng)絡(luò)換熱終溫的影響，分別選取“0”結(jié)垢熱阻（開工初期狀態(tài)）、30%結(jié)垢熱阻、50%結(jié)垢熱阻、70%結(jié)垢熱阻對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算時(shí)保持原設(shè)計(jì)選用的換熱器型號（面積）不變。不同結(jié)垢熱阻對已有換熱網(wǎng)絡(luò)換熱終溫的影響對比計(jì)算結(jié)果見表1。

從表1可以看出：

1）在裝置開工初期，換熱器無結(jié)垢，換熱網(wǎng)絡(luò)的換熱終溫最高，達(dá)到317℃，回收的熱量最大，換熱量比100%結(jié)垢熱阻高5.41%此時(shí)傳熱溫差最小；

2）當(dāng)物流的結(jié)垢熱阻為設(shè)計(jì)熱阻的30%時(shí)，換熱網(wǎng)絡(luò)的換熱終溫為315℃，比原設(shè)計(jì)最終換熱終溫升高5℃，換熱量比100%結(jié)垢熱阻時(shí)高3.12%；

3）當(dāng)物流的結(jié)垢熱阻為設(shè)計(jì)熱阻的50%時(shí)，換熱網(wǎng)絡(luò)的換熱終溫為313.5℃，比原設(shè)計(jì)最終換熱終溫升高3.5℃；

4）當(dāng)物流的結(jié)垢熱阻為設(shè)計(jì)熱阻的70%時(shí)，換熱網(wǎng)絡(luò)的換熱終溫為312.5℃，比原設(shè)計(jì)最終換熱終溫升高2.5℃，此時(shí)回收的熱量比100%熱阻時(shí)高0.16%；

5）對已有換熱網(wǎng)絡(luò)，降低結(jié)垢熱阻對提高換熱終溫有一定的效果，結(jié)垢熱阻降低幅度大，回收的熱量大，當(dāng)結(jié)垢熱阻降低30%時(shí)，對換熱終溫影響不大。

表1 不同結(jié)垢熱阻對換熱網(wǎng)絡(luò)終溫的影響對比計(jì)算結(jié)果

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

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

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

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1674-6708（2010）30-0026-01