油氣處理廠高效換熱設備研究

楊娜

目前，油氣處理廠大量采用管殼式換熱器，高效換熱器應用較少。對油氣處理廠在用換熱器換熱效果評價表明其冷熱端溫差較大，總傳熱系數低，換熱效率低。隨著高效換熱器的開發和應用，應大力推廣應用板（框）式換熱器、板翅式換熱器、繞管式換熱器及熱管式換熱器等高效換熱設備，提高冷熱物流的的的換熱效果和能量利用率，減少余熱損失，達到節能降耗的目的。最后，本文就不同工況下，高效設備的選用方法做出了說明。

一、板（框）式換熱器

近年來，板（框）式換熱器技術日益成熟，其傳熱效率高、體積小、重量輕、污垢系數低、拆卸方便、板片品種多，適用范圍較為廣泛，在各個行業得到了廣泛應用，板式換熱器按構造型式可分為可拆板片式換熱器、寬通道板式換熱器和全焊式板式換熱器，它們的工作原理基本相同，但應用場所不同。

1.1可拆板式換熱器。可拆板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成，用夾板、螺栓緊固而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，工作流體在兩塊板片間形成的窄小而曲折的通道中流過，通過板片進行熱量交換。板式換熱器主要由傳熱板片、密封墊片、兩端壓板、夾緊螺栓、支架等組成。板片由各種材料制成的薄板用各種不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋，并在板片的四個角上開有角孔，用于介質的流道，板片的周圍及角孔處用橡膠墊片加以密封，框架由固定壓緊板、活動壓緊板、上下導桿和夾緊螺栓等構成。

1.2寬通道板式換熱器。目前，寬通道板式換熱器作為可拆式板式換熱器的一種，換熱介質含有固體雜質較多，可采用更為復雜寬通道板式換熱器。寬通道板式換熱器選用窩形波紋與柱狀兩種形式的板片；板片與板片間形成的介質流道，周邊通過焊接形成密封結構，替代了可拆式板式換熱器的橡膠墊密封結構；寬通道焊接式板式換熱器是由換熱芯體、壓板、半圓殼體、法蘭、盲板、夾緊螺柱以及流體分配箱等組成。

1.3全焊式板式換熱器。全焊式板式換熱器的結構中沒有使用密封墊且采用了焊接，焊接式板式換熱器能承受高溫高壓。焊接式板式換熱器又分為全焊式和半焊式，國內生產的焊接式板式換熱器都是全焊式，國外有少量半焊式。全焊式板式換熱器的換熱板片是由特種不銹鋼，以特制模具壓制而成，表面光滑不易結垢。其獨特的波紋設計使流體在較低的流速下也能產生湍流，傳熱效率高，整個板片束全部采用本體材料由氬弧焊焊接而成，不采用任何非金屬密封材料，因而有較高的耐溫、耐壓性能。

二、板翅式換熱器

板翅式換熱器通常由隔板、翅片、封條、導流板組成。在相鄰兩隔板間放置翅片、導流片以及封條組成一夾層，稱為通道，將這樣的夾層根據流體的不同方式疊置起來，釬焊成一整體使組成板束，板束是板翅式換熱器的核心，配以必要的封頭、接管、支撐等就組成了板翅式換熱器。

板翅式換熱器在凝析氣田牙哈集中處理站的輕烴回收單元采用三股流板翅式換熱器進行天然氣冷量的回收利用，換熱物流分別為原料氣、凝液閃蒸罐來氣和脫乙烷塔來氣。該板翅式換熱器由簡陽四川空分集團生產，現場運行效果良好，未發現堵塞現象。

三、繞管式換熱器

繞管式換熱器是在芯筒與外筒之間的空間內將傳熱管按螺旋線形狀交替纏繞而成，相鄰兩層螺旋狀傳熱管的螺旋方向相反，并采用一定形狀的定距件使之保持一定的間距。經過大量文獻調研，除了在新疆克拉瑪依油田天然氣處理工藝中注醇、節流工藝中原料氣預冷使用了繞管式換熱器，其它類似工藝均未見采用繞管式換熱器的文獻報導，目前該繞管式換熱器出現了凍堵情況，因此不推薦在注醇節流工藝中的原料氣預冷器采用繞管式換熱器。

四、高效換熱設備的選用

對節流、注醇控制烴水露點的低溫分離工藝，因注乙二醇的技術要求，其原料氣預冷器推薦采用固定管板式換熱器，其殼程可采用翅片換熱管提高換熱效果。

對乙二醇再生系統的貧富液換熱，其壓力小于l.OMPa，溫度小于130℃，可采用可拆卸板式換熱器；對于分子篩脫水的天然氣凝液回收裝置，天然氣與天然氣、天然氣與凝液的換熱可采用板翅式、繞管式換熱器當壓力高于lOMPa時，推薦采用繞管式換熱器；對于凝液與凝液的換熱、余熱回收可采用板翅式或全焊式板式換熱器；凝析油穩定系統中的凝析油與凝析油換熱、余熱回收推薦采用寬通道板式換熱器；油氣處理廠中的重沸器推薦采用高效T形翅片管式換熱器；導熱油加熱爐或鍋爐的高溫煙道氣余熱回收推薦采用熱管式空氣預熱器。

五、主要結論

（1）凝析氣田油氣處理廠氣液分離器（低溫分離器等）的分離要求高，推薦采用重力分離+高效分離元件的結構形式，高效分離元件可采用高效絲網除霧器、高效葉片除霧器和高效渦流板除霧器等。對于烴水露點控制的分離場所，推薦采用多級分離工藝，可節能和改善分離效果。

（2）凝析氣田油氣處理廠的凝液分餾塔（脫乙烷、脫丁烷塔等）和乙二醇再生宜優先采用高效規整填料，推薦采用金屬孔板波紋填料，如MellapakPlus板波紋填料；對于采用板式塔的凝液分餾塔（脫乙烷塔，脫丁烷塔等）、凝析油穩定塔，其塔盤可采用高效的浮閥塔盤及其它高效塔盤。例如導向梯形浮閥塔板、ADV微分塔盤、VGPlus塔盤、ConSep塔盤。

（3）對節流、注醇控制烴水露點的低溫分離工藝，因注乙二醇的技術要求，其原料氣預冷器推薦采用固定管板式換熱器，其殼程可采用翅片換熱管提高換熱效果。

（4）乙二醇再生系統的貧富液換熱可采用可拆卸板式換熱器；

（5）對于分子篩脫水的天然氣凝液回收裝置，天然氣與天然氣、天然氣與凝液的換熱宜采用板翅式、繞管式換熱器；當壓力高于lOMPa時，推薦采用繞管式換熱器；對于凝液與凝液的換熱、余熱回收可采用板翅式或全焊式板式換熱器；

（6）凝析油穩定系統中的凝析油與凝析油換熱、余熱回收推薦采用寬通道板式換熱器；

（7）油氣處理廠中的重沸器推薦采用高效T形翅片管式換熱器；導熱油加熱爐或鍋爐的高溫煙道氣余熱回收推薦采用熱管式空氣預熱器。