热交换器在石油化工领域的应用.doc

精品文档热交换器在石油化工领域的应用石强，孔博阳，王志博 （ 070403214，070403208，070403217 ）摘要：换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。本文介绍了几种热交换器在石油，化工等领域的具体应用。关键词: 热交换器 传热系数 特点 应用 引言换热器的作用可以是以热量交换为目的。即在确定的流体之间，在一定时间内交换一定数量的热量;也可以是以回收热量为目的，用于余热利用;也可以是以保证安全为目的，即防止温度升高而引起压力升高造成某些设备被破坏。换热器的作用不同，其设计、选型、运行工况也各不相同。一:在酸洗行业中，聚四氟乙烯换热器的应用聚四氟乙烯换热器亦称为塑料王换热器，超强的耐蚀防老化性能使其广泛应用于化工、酸洗、电镀、医药、阳极氧化等行业，同时，由于其耐温性能极佳，既适用于蒸汽加热，亦适用于热水加热或冻水冷却。聚四氟乙烯塑料它具有无以伦比的化学稳定性和冷热稳定性（-250260）。F4换热器管板和管束(4mm毛细管)均是采用先进的焊接工艺烧结而成，各种性能优异。聚四氟乙烯换热器形式多种，其中有包括W型、L型、U型、O型、平板型及环绕型等形状的沉浸式换热器，还有塔式换热器以及管壳式换热器，其中塔式换热器和管壳式换热器(亦称为壳管式换热器)的外壳根据不同的换热流程和换热媒体既可采用金属材料或高分子材料制作；聚四氟乙烯换热器既可用于蒸汽加热也可用于热水加热或冷水冷却。采用聚四氟乙烯换热器加热酸洗液的方式具体优势如下：、表面处理中酸洗工序速度加快是利于成本降低。由于酸液加热后H+氧化能力加强，有利于与氧化物的反应，化学平衡向正方向加快。、表面处理行业中酸洗工序的铁酸比提高，就是降低了生产成本，、聚四氟乙烯换热器是置于酸洗槽内（或槽外）的，将蒸气（或热水）打入换热器的毛细管内，在管壁传导的作用下，迅速平稳地加热酸洗液，酸洗时产生的酸雾不会象蒸汽直冲时液体翻腾将酸雾大量地带出。而冷却后的冷凝水从毛细管内导出酸洗槽体。此方式有利于酸雾的治理。其次，板式换热器在重油催化裂化装置中的应用管壳式换热器是一种传统的换热设备,具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠及能承受高温、高压等优点。板式换热器的优点：(1) 传热系数高(2) 对数平均温差大(3) NTU大(4) 耐温承压能力强(5) 占地面积小(6) 重量轻(7) 污垢系数低(8) 清洗方便全焊接板式换热器于2007年12月在800kt/a重油催化裂化装置产品精制部分投用,连续运行3个月后完全达到设计标准,期间运行数据及关键指标见表2。表2数据说明,全焊接板式换热器作为重油催化裂化装置产品精制部分贫液/富液换热器完全可以达到设计要求。此次尝试,一方面设备的占地面积仅为管壳式换热器的1/10,投资仅为管壳式换热器的1/6,另一方面提高了换热效率,为全装置的节能降耗工作奠定了基础。二：热管换热器在石油化工企业中的应用安庆石化炼油厂减压炉于1995年运用热管式空气预热器回收烟气余热，烟气从365降至165，空气从进口温度20升至220，每小时回收热量8.82 GJ，此热管式空气预热器的成功运用说明热管式换热器完全可以用于石化行业中一些燃用高含硫燃料的恶劣工况。石油化工企业中的许多加热炉和裂解炉，例如制造乙烯用的石脑油裂解炉，排烟温度一般在200400之问，并且燃烧后的废气往往不利于排空，采用热管式空气预热器利用这部分废气预热助燃空气，可以达到很好的节能效果。国内外许多加热炉采用了两种或三种热管式换热器相结合的流程来回收烟气的高温余热。即首先将高温烟气通过余热锅炉降至500600，产生1.93 MPa的蒸汽，降温后的烟气通过空气预热器将空气预热至250，烟气温度降至300以下进人热管省煤器，将105的脱氧水加热至250左右，烟气温度降至300以下，经引风机送至烟囱排放。这种流程具有很大的经济优越性。选择既经济又高效的烟气换热装置是脱硫工艺中的关键环节，利用未脱硫的高温烟气通过换热器去加热脱硫后的净烟气，使净烟气从40被加热到提升烟气的抬升高度。利用脱硫换热器既可以回收高温烟气的热量、节省能源，又可以保证脱硫塔的正常工作、减少水消耗，同时提高脱硫塔的脱硫效率、降低对大气的二次污染。该换热器有一个矩形的外壳，内部由许多单根热管组成，热管的布置形式可以是错列呈三角形的排列，也可以是顺列呈正方形的排列。在矩形壳体内部的中央有一块管板（中孔板）把壳体分成两部分，形成高温流体（原烟气）和低温流体（净烟气）的通道。当高、低温流体同时在各自的通道中流过时，热管就将高温流体（原烟气）的热量传给低温流体（净烟气），实现了两种流体的热交换，使原烟气的温度降低达到去吸收塔的温度，净烟气的温度升高满足排放的要求。在换热器中，热管数量的多少取决于换热量的大小，为提高换热系数，在热管上缠绕翅片，这样可使所需的热管数目大大减少。因此，采用热管式换热装置具有较强的经济意义和社会意义。三：热管换热器在石油化工企业中的应用随着我国对乙烯产品需求量的不断增大,为降低能耗,发挥出规模效应的优势,新建乙烯装置大多是800 kt/a以上甚至百万吨级别的。高通量换热器(1)高通量管换热器的结构特点。高通量管是采用特定的喷涂设备,将具有较高结合强度的复合粉末高速地通过火焰喷射到经过严格清洁处理并预热过的被加工管表面基体上,在普通换热管表面基体上附着一层多孔金属层,形成多孔表面,用以显著提高沸腾给热系数的强化换热管。根据不同的强化需求可加工成管内多孔表面或管外多孔表面。其强化机理是改变沸腾表面,多孔的表面形成了众多能够长期稳定存在的泡核沸腾中心,使膜状沸腾改变为泡核沸腾。液体在微孔中以薄液膜的形式处于四周受热状态,气泡内气体升温后迅速膨胀破裂,脱离沸腾表面,此时液体借助表面张力作用不断吸入微孔,并在孔穴中受热、蒸发,使沸腾设备保持在泡核沸腾的状态下。由于改变了沸腾状态,使总传热效率得到大幅度的提高。同时,液体在孔穴内受气泡不断膨胀、收缩而持续循环作用,故孔穴也不易被油垢或脏物堵塞。图1为多孔表面微观结构。（图1多孔表面微观结构）1：高通量管换热器的优点。1)传热系数高。由于沸腾始终保持在泡核沸腾状态,沸腾给热系数为光管的38倍,从而大幅提高了沸腾设备的总传热系数。2)传热温差小。由于液体是以薄液膜形式传热和汽化,在相同热负荷下传热温差仅为普通表面的1/41/7,在0.61.0传热温差下即可开始沸腾。并可以应用于生物和医药工程中不宜高温沸腾的物料。3)临界热负荷高。多孔表面管的临界热负荷比光管高1.52.0倍。4)防结垢能力强。由于是多孔表面管,流体在多孔表面的循环量为光管的1015倍。大量的液体循环对换热管表面起到清洗作用,因而有比光管更强的抗污特性,不易结焦。5)性能价格比高。由于提高了传热效率,减小了设备体积,在降低设备投资的同时也减少了相应的建设费用,体现出较高的性价比。从高通量管换热器的结构特点、强化传热原理上可以推断出它所适合使用的场所,其工艺参数见表1。因为该换热器壳层的温差非常小,且壳程流体有相变的要求(由液态转化为气态),故非常适合采用有表面多孔层的高通量的换热管的形式,使膜状沸腾改变为泡核沸腾状态,增大传热系数。2工业应用对于乙烯装置的几个大的冷凝换热器如第一脱丙烷塔冷凝器、丙烯精馏塔冷凝器、丙烯冷剂冷凝器等在壳程有相变要求,且换热介质温差较小,表面张力较低,适合采用螺纹翅片管换热器,可有效减少占地面积、节约大量的金属材料,降低设备费用。3采用高效换热器应注意壳程和管程对流传热系数的均衡总传热系数简化后可以由3部分组成:同时增加管程和壳程的对流传热系数,使壳程和管程传热系数相对均衡,消除管程传热的瓶颈,显著地提高传热效果。在总的传热量不变的情况下,降低了换热面积,使设备的总重量减少,达到减少占地和节约投资的目的。4结论传统的换热器存在占地面积大,换热效率低,需要较大的传热温差,易结垢等缺点,不适合大换热量的情况下使用。高效换热器采用特殊的多孔的喷涂层,传热温差小,总传热系数高,抗污防结垢能力强,传热系数高,能适应临界热负荷高的场所,而且特别适合有相变的场所。同时由于提高了传热效率