換熱器在石油化工中的應用及維護

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原理，以及其在石油化工工業生產中的應用方式，包括其應用技術原理以及在石油化工生產節能中的應用，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生產提供有效參考經驗。

換熱器；石油化工；應用策略；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中最為廣泛的一類機械設備，相關研究數據表明，在現代化的石油化工工業生產中換熱器的投資大約占到工業設備總投資的2/5以上，可見換熱器在石油化工生產中的重要地位。目前多種新型高效換熱器逐漸興起，為石油化工工業生產發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人員，結合自己多年換熱器應用與維修經驗，就換熱器在石油化工工業生產中的應用策略與維護方式進行系統研究，以期同業工作人員賜教。

1 換熱器的技術原理

目前，石油化工工業領域內換熱器的應用最為普遍，在石油化工生產中換熱器的主要用途是加熱、預熱、過熱、蒸發以及制冷等。換熱器的工作原理是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使工業生產中所需要的流體能夠達到科學適宜的溫度，換熱器換熱操作的實現有多種途徑，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合型換熱等多種方式。在石油化工工業生產中換熱器的應用需要一定的換熱設備以及科學規范的換熱工藝流程。

2 換熱器在石油化工生產中的具體應用策略

(1)換熱器主要類型 單相流換熱器在石油化工生產中有較為廣泛的應用，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相變，在實際工業生產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波外螺旋管、波紋管以及螺紋管等，其中內波外螺旋管、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，區別在于波紋管內外雙面均有波紋，而內波外螺旋管內壁為波紋狀，外管壁則是螺紋狀。內波外螺旋管與波紋管相比，波距和波谷相應減小，內波紋高0.5mm，波距1 ～6 mm。在雷諾數5000～50000的范圍內，管內換熱系數是光管的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，螺旋外壁在抗結垢能力方面有一些優勢。另外，外螺旋結構更加有利于管外的冷凝液體的排出，減少積液滯留現象，增進換熱效果。在石油化工生產過程中可以根據實際換熱需求，合理選擇適用的換熱器形式，內波外螺旋管、波紋管以及螺紋管等形式的換熱器各有優勢，可充分利用其技術優勢。

(2)換熱器的擴能改造 換熱器的擴能改造是石油化工生產中比較常見的技術操作，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需求，則要對光管換熱器進行重新設計或是在原來基礎上進行技術改造。應當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%，管長也應適當增加，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)換熱器在節能中的應用 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鍵，因此應當強化換熱器的節能設計。實踐研究表明使用高效換熱管可大幅度提高總傳熱系數。如果在熱量回收單元使用高效特型管換熱器，增大的傳熱系數和較小的溫差可增加能量回收。在石油化工行業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大大降低，相關研究數據表明，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當及時清理換熱管外表面，也可以進行技術改進，為換熱器設置自行除塵設備。

(2)換熱器內部的維護 在波紋管換熱器使用過程中與其他光管相比更不易結垢，所以在波紋管高等換熱器運行過程中應盡量保持較高的傳熱系數，增進節能效果。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能性。

4 結語

換熱器在石油化工工業生產設備中居于重要地位，換熱器對于石油化工生產工作發揮重要作用，因此技術人員應當加深對換熱器的了解研究，掌握正確的換熱器應用方法與維護策略，以保障換熱器的工作效率與質量。隨著科學技術的發展，新型高效加熱器出現，并且解熱功能與加熱質量不斷提升，因此石油化工單位應當積極引進新型加熱設備，技術人員通過研討學習掌握新型加熱設備的應用方法與維護策略，提高石油化工工業生產效率與質量并且充分節約能源，提升生產效益。

[1]楊艷,方晨昭,仇汝臣,王英龍.換熱器網絡最優綜合的進展及在石油化工中的應用前景[A].中國化工學會石油化工專業委員會.中國化工學會2003年石油化工學術年會論文集[C].中國化工學會石油化工專業委員會:2003:3.