换热器在石油化工中的应用及维护

2022-09-10

换热器是石油化工、食品制造以及药品制造工业中最为广泛的一类机械设备, 相关研究数据表明, 在现代化的石油化工工业生产中换热器的投资大约占到工业设备总投资的2/5以上, 可见换热器在石油化工生产中的重要地位。目前多种新型高效换热器逐渐兴起, 为石油化工工业生产发展带来诸多促进意义。笔者作为中国兰州石化公司一名技术人员, 结合自己多年换热器应用与维修经验, 就换热器在石油化工工业生产中的应用策略与维护方式进行系统研究, 以期同业工作人员赐教。

1 换热器的技术原理

目前, 石油化工工业领域内换热器的应用最为普遍, 在石油化工生产中换热器的主要用途是加热、预热、过热、蒸发以及制冷等。换热器的工作原理是将热流体的部分热量传递给冷流体, 使工业生产中所需要的流体能够达到科学适宜的温度, 换热器换热操作的实现有多种途径, 包括表面式换热、蓄热式换热、流体连接式换热、直接接触式换热以及复合型换热等多种方式。在石油化工工业生产中换热器的应用需要一定的换热设备以及科学规范的换热工艺流程。

2 换热器在石油化工生产中的具体应用策略

(1) 换热器主要类型

单相流换热器在石油化工生产中有较为广泛的应用, 此种换热器主要用于液体到液体、液体到气体以及气体到气体的换热, 流体在换热过程中不出现相变, 在实际工业生产中单相流换热的主要形式为对流传热。对流传热使用的换热管有内波外螺旋管、波纹管以及螺纹管等, 其中内波外螺旋管、波纹管的传热操作是通过增加对壁面边界层的扰动来进行强化, 螺纹管主要依靠扩大表面积强化传热效果[1]。内波外螺旋管与厚壁波纹管的加工方法比较接近, 均是由滚轧方式制成, 区别在于波纹管内外双面均有波纹, 而内波外螺旋管内壁为波纹状, 外管壁则是螺纹状。内波外螺旋管与波纹管相比, 波距和波谷相应减小, 内波纹高0.5mm, 波距1~6mm。在雷诺数5000~50000的范围内, 管内换热系数是光管的1.8~2.8倍, 略高于波纹管, 压降是光管的3.3~4.1倍, 压降比波纹管低。两者的换热效果基本相当, 螺旋外壁在抗结垢能力方面有一些优势。另外, 外螺旋结构更加有利于管外的冷凝液体的排出, 减少积液滞留现象, 增进换热效果。在石油化工生产过程中可以根据实际换热需求, 合理选择适用的换热器形式, 内波外螺旋管、波纹管以及螺纹管等形式的换热器各有优势, 可充分利用其技术优势。

(2) 换热器的扩能改造

换热器的扩能改造是石油化工生产中比较常见的技术操作, 在换热器扩能改造中一般需要在原换热器热负荷的基础上提升20%~50%的比例, 如果原有的光管换热器无法满足实际生产需求, 则要对光管换热器进行重新设计或是在原来基础上进行技术改造。应当在保证换热器壳体直径不变的情况下要将换热面的表面积增加20%, 管长也应适当增加, 避免直接增加壳体的直径, 带来不必要的麻烦。在换热器改装安装时如果遇到工厂厂房的限制, 可以考虑采用新型高效换热管。

(3) 换热器在节能中的应用

石油化工厂中的换热器的传热效率是影响全长能量利用效率的关键, 因此应当强化换热器的节能设计。实践研究表明使用高效换热管可大幅度提高总传热系数。如果在热量回收单元使用高效特型管换热器, 增大的传热系数和较小的温差可增加能量回收。在石油化工行业原油精馏是所有精馏单元中热能消耗最大的, 如果尽可能多地使用高效特型管换热器代替普通光管换热器, 将从产品物流中回收更多的热量, 提高原油进入加入炉时的温度, 节省燃料, 减少有害气体与CO2的排放。

3 换热器的维护方式

(1) 换热器表面的维护

在换热器运行一定时间之后, 换热外表面与换热管的外层容易形成大量的污垢堆积, 这样的情况会使换热器的传热系数大大降低, 相关研究数据表明, 污垢量较大时污垢的热阻会占到总热阻的一半以上, 形成大量的浪费。所以在换热器使用过程中应当及时清理换热管外表面, 也可以进行技术改进, 为换热器设置自行除尘设备。

(2) 换热器内部的维护

在波纹管换热器使用过程中与其他光管相比更不易结垢, 所以在波纹管高等换热器运行过程中应尽量保持较高的传热系数, 增进节能效果。另外, 需要定期对换热器各组件进行性能检测, 保证换热器运行的节能性。

4 结语

换热器在石油化工工业生产设备中居于重要地位, 换热器对于石油化工生产工作发挥重要作用, 因此技术人员应当加深对换热器的了解研究, 掌握正确的换热器应用方法与维护策略, 以保障换热器的工作效率与质量。随着科学技术的发展, 新型高效加热器出现, 并且解热功能与加热质量不断提升, 因此石油化工单位应当积极引进新型加热设备, 技术人员通过研讨学习掌握新型加热设备的应用方法与维护策略, 提高石油化工工业生产效率与质量并且充分节约能源, 提升生产效益。

摘要：本文主要介绍换热器的技术原理, 以及其在石油化工工业生产中的应用方式, 包括其应用技术原理以及在石油化工生产节能中的应用, 并简单介绍几种换热器的维护方式, 希望可以为石油化工工业生产提供有效参考经验。

关键词：换热器,石油化工,应用策略,维护方式,研究