石腦油加氫進料換熱器的設計與優化

摘 ?????要： 據統計，在2022年上半年我國石油石化行業的總體營收為38?948.84億元，同比增長了31.55%，全行業實現規模凈利潤1?571.06億元，同比增長了25.88%。這標志著，中國石油石化行業正呈現出蓬勃的發展態勢，這與先進機械設備的應用有著不可分割的關系。以此為基礎，分析了石腦油加氫進料換熱器的設計方案，并且對設計方案的優化策略進行重點討論。

關 ?鍵 ?詞：石腦油加氫進料；換熱器；設計策略；優化

中圖分類號：TE965????????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1004-0935（2024）05-0781-04

石油化工企業對于我國國民經濟的快速發展有著重要的作用，而在石油化工企業生產經營過程中 石腦油加氫裝置有著重要的地位。通過石腦油加氫進料換熱器的應用，可以有效去除含硫、含氮、含氧化合物和不飽和的氫。石腦油加氫進料換熱器作為一種重要的預處理設備，在石油化工行業中有著重要的作用。所以，對石腦油加氫進料換熱器的設計和優化方案進行分析，是促進我國石油化工行業進步發展的基礎條件。

1 ?石腦油加氫進料換熱器的設計方案分析

1.1 ?BEU型換熱器

在石腦油加氫裝置運行中，必須保持在高溫、高壓的客觀條件下。在這一過程中，會造成大量的熱量損失，這也是石腦油加氫裝置成本較高的主要原因之一，所以，在對原料進行加熱處理的過程中，通常是使用一定的反應產物，這也使得進料換熱器成為石腦油加氫裝置的重要組成部分。在對石腦油加氫進料換熱器的設計方案進行分析的過程中可以發現，BEU型換熱器其實最為主要的一種換熱器設計方案。BEU形式的換熱器整體的串聯臺數是8臺，并聯臺數可以達到1～2臺左右，這也就意味著機械設備的總數量要達到8～16臺之間，設備的總質量在392～415.6?t之間，總換熱面積可以達到????????9?561.0～9?675.3?m²之間。

1.2 ?BFU型換熱器

在對石腦油加氫進料換熱器進行設計的過程中，BFU型換熱器也是最為主要的一種設計方案。這種設計方案中，串聯設備的數量只需要5臺，即可以滿足正常工作需求，并聯數量與BEU型設計方案基本相同，可保持在最低使用1臺。這也就意味著，BFU型換熱器機械設備的總數量可以控制在5～10臺之間，而且設備的總體質量相對較低，只有279.3～286.3?t。在平均傳熱溫度方面，BFU型換熱器的優勢也相對較大^[1-2]。

1.3 ?換熱器設計對比

在對BEU型和BFU型換熱器設計方案進行對比分析的過程中可以發現，2種類型的設計方案主要是由于殼體的設計方式差異造成的實際差異。例如，BEU型換熱器是E型殼體，而BFU型換熱器是F型雙殼程殼體。石腦油加氫進料換熱器設計方案分析如表1所示。

通過對BEU型和BFU型設計方案的數據進行對比分析也可以發現，BFU型設計方案的整體熱傳導溫差得到了有效提高，所需換熱面積得到了控制，整體設備數量也可以從最低的8臺控制到5臺，總質量減少了31%左右^[3]。近年來，隨著石油化工企業的快速進步和發展，在生產加工中，石腦油加氫裝置的應用也越來越廣泛。進料換熱器的設計方案直接決定了石腦油加氫裝置的整體運行效率。通過綜合對比分析可以發現，BFU型換熱器的整體應用價值相對較高。在石油化工企業生產加工過程中，可以對BFU型換熱器進行充分應用。

2 ?石腦油加氫進料換熱器的設計優化

2.1 ?運行特點分析

想要對石腦油加氫進料換熱器的設計進行優化，首先就需要了解該設備的整體運行特點。在對不同的設計方案進行對比分析中可以發現，在以往使用的進料換熱器運行中，流量整體波動是最需要考慮的重點因素之一。如果在進料換熱器實際運行中兩側流量是保持在相等的狀態，那么每臺換熱器的冷熱流體就不會產生單側流量波動。在這樣的情況下，進料換熱器的整體操作溫度相對可控。與傳統的單系列設備相比，雙系列設計方案在整體設計中，除了基礎的設施之外，還增加了流體分配這項內容，這也使得雙系列設計方案在實際運行的過程中，需要考慮流體分配不均勻而導致的偏流問題。管程入口的熱流是一種反應產物，這也就意味著，熱流在分流的過程中，很容易實現均勻分配。殼程入口的冷流是一種混合物，在分流過程中極容易發生偏流。這就要求，在對進料換熱器進行設計的過程中，要著重考量殼程入口冷流偏流問題。在對石腦油加氫進料換熱器進行設計優化的過程中，可以將這些內容作為基礎數據進行設計優化。

2.2 ?換熱能力優化

在石腦油加氫進料換熱器實際運行中，偏流問題的產生概率相對較高。但是，偏流問題一旦產生，會對整個進料換熱器的換熱能力造成巨大影響。同樣以BEU型和BFU型換熱器為例，作為單殼程換熱器，在實際運行中，如果出現了小流量偏流的問題，短時間內如果沒有得到有效地控制，熱量增加的趨勢會逐步減緩。在這種情況下，即使是持續性增加流量，在整個換熱過程中，也只能產生極少量的換熱量。但是，在對雙殼程進料換熱器進行分析的過程中可以發現，由于基礎設計不同，雙殼程換熱器等不同的機械設備內全都是純逆流，高流量側的換熱量上升趨勢與流量變化的趨勢一直是保持相對一致的狀態。所以，在對石腦油加氫進料換熱器進行設計的過程中，可以以此為基礎，優先選擇雙殼程換熱器的設計方案。這樣不僅可以保證在進料換熱器運行中整體的運行能力得到有效控制，而且即使發生了偏流，對于換熱器的換熱能力也不會產生嚴重的影響，這對于保證石腦油加氫設備的持續穩定運行有著積極的作用。在這樣的條件下，也可以對石腦油加氫設備的運行成本進行有效控制。

2.3 ?殼程影響優化

在石腦油加氫進料換熱器實際運行中，偏流不僅會對機械設備的換熱能力造成影響，也會對機械設備的殼程產生危害。這主要是由于偏流問題一旦產生之后每臺機械設備的操作溫度也會發生一定程度上的改變。通過數據對比分析可以得知，BEU型和BFU型換熱器在整體運行中，如果發生了偏流的情況，那么高流量側機械設備的操作溫度會比常規情況下的操作溫度略低^[4]。而低流量側機械設備的操作溫度會比正常工作情況下的操作溫度高。而且，BEU型換熱器比BFU型換熱器低流量側的單殼程換熱器熱負荷更低。如果在石腦油加氫進料換熱器進料偏流問題產生的過程中，兩側偏流流量保持在相同的狀態，那么BEU型換熱器的操作溫度要低于BFU型換熱器的操作溫度。在石腦油加氫進料換熱器實際運行中，溫度變化會對機械設備的材質以及運行效率產生決定性的影響。如果機器設備在操作中換熱器的整體溫度變化范圍較大，那么在對換熱器生產制造材料進行選擇的過程中就要選擇一些耐熱程度相對較高的材料。這樣在石腦油加氫進料換熱器運行中，才不會由于溫度變化過高對機械設備的完整性造成傷害，這也是有效延長石腦油加氫進料換熱器使用壽命的一種方式。在對不同的進料換熱器進行方案設計的過程中，要充分考量最高操作溫度和設計溫度。

2.4 ?管程影響優化

管程對于換熱器的工作效率有著直接的影響。如果在進料換熱器運行中出現了進料偏流的問題，那么進料換熱器整體的換熱量也會隨之發生改變。管程反應物在實際運行中溫度也會受到一定程度上的影響。通過對合成偏流流量以及管程溫度變化的數據進行對比分析可以發現，隨著殼程偏流流量的逐步提高，流量較高一側的機械設備整體的操作溫度會比正常情況下的操作溫度相對較低，而流量較低的一側的機械設備在整體操作過程中其操作溫度會比正常情況下略高^[5]。而且，每臺機械設備管程最高操作溫度和設計溫度也會產生一定程度上的變化。在對管程以及殼程中反應物進行分析的過程中也可以發現，管程中硫化氫、氨等反應物的濃度相對較高。如果在換熱器運行中，管程溫度下降，在換熱管內就很容易發生化學反應產生氨鹽結晶，這也是造成進料換熱器中管道堵塞的主要原因之一。而且，在進料換熱器實際運行中，一旦發生管道堵塞，會產生嚴重的安全風險，整體的維護成本也相對較高^[6]。所以，在對石腦油加氫進料換熱器進行設計的過程中，一定要充分考量管程影響的問題。只有這樣，才能對管程的溫度進行有效控制，確保石腦油加氫進料換熱器在實際運行過程中不會由于管程溫度過高造成機器設備的損壞，這也是提高石腦油加氫裝置運行效率的重要方式之一。

2.5 ?強化傳熱技術

在石腦油加氫裝置實際運行中，進料換熱器的作用就是對基礎原材料的溫度進行控制，甚至可以說在石腦油加氫裝置整體運行中對溫度的要求相對較為嚴格，所以在對石腦油加氫進料換熱器進行優化設計的過程中，強化傳熱技術也是最為主要的優化策略之一^[7]。例如，在石腦油加氫進料換熱器設計中，可以增加扭曲管換熱器，如圖1所示。

通過將原有的圓管進行扭曲，可以在進料換熱器實際運行過程中，使管內形成一個螺旋流動的空間，介質就可以在管內進行螺旋流動，減少管內介質與管壁之間的摩擦，這也是強化管內管外傳熱效果的一種重要方式^[8]。在石腦油加氫裝置設計的過程中，通過扭曲管換熱器的應用，熱傳導系數有效增強，而且污垢系數得到了有效控制，這使得進料換熱器的工作效率和經濟效益都得到了快速提升。除此之外，在進料換熱器設計中，纏繞管換熱器也是一種重要的優化方式。纏繞管換熱器主要是將傳統的傳熱管以螺旋線形狀為基礎，以芯筒為核心，纏繞而成的一種新型換熱器^[9]。從結構角度分析，纏繞管換熱器的整體結構相對較為緊湊，傳熱效率也相對較高。在石腦油加氫進料換熱器實際運行的過程中，可以將傳統高溫類的多臺串聯管殼式換熱器轉變為單臺纏繞管換熱器^[10]。這樣不僅可以保證進料換熱器整體運行的穩定性，也可以不斷提高換熱器的換熱效率。

3 ?結束語

綜上所述，石腦油加氫裝置在整體運行過程中，對溫度的控制要求相對較高。在節能環保的理念之下，需要對能耗進行有效控制，這也使得進料換熱器成為石腦油加氫裝置優化中的重要內容之一。通過對不同設計方案的對比可以發現，BFU型換熱器的實際應用價值相對較高。想要實現石腦油加氫進料換熱器的設計優化，就要對運行特點、換熱能力、殼程影響、管程影響以及強化傳熱技術等方面進行重點分析。只有這樣，才能快速提高石腦油加氫裝置的運行效率。

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Design and Optimization of?Naphtha Hydrofeeding?Heat Exchanger

HUI Chunyang

（China Kunlun Contracting?&?Engineering Corporation Shenyang Company，?Shenyang?Liaoning 110167，?China）

Abstract：??According to statistics， in the first half of 2022， the total revenue of China's petroleum and petrochemical industry was?????3?894?884 million?Yuan， it increased by 31.55% year-on-year， and the net profit of the whole industry reached 157.106 billion yuan， an increase of 25.88%.This indicates that our petroleum and petrochemical industry is showing a booming development trend， which has an inseparable relationship with the application of advanced machinery equipment. In this paper，?the design scheme of the naphtha hydrofeeding?heat exchanger was mainly analyzed，?and the optimization strategy of the design scheme?was discussed.

Key words：??Naphtha hydrofeeding; Heat exchanger; Design strategy; Optimization

收稿日期： 2023-03-06

作者簡介： 惠春陽（1991-），男，遼寧省沈陽市人，中級工程師，碩士，2016年畢業于西澳大利亞大學環境工程專業，研究方向：煉油化工，綠色低碳相關工程設計。