热交换器-工艺设计原理

1、2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 冷换设备的传热与压降计算模型冷换设备的传热与压降计算模型 高莉萍高莉萍 中国石化工程建设有限公司中国石化工程建设有限公司 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 1工艺设计基础工艺设计基础 2实用强化传热技术实用强化传热技术 3空气冷却器空气冷却器 内内 容容 概概 要要 工艺设计基础工艺设计基础 工艺设计基础工艺设计基础 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 前前 言言 管壳式热交换器适用于冷却、冷凝、加热、蒸管壳式热交换器适用于冷却、冷凝、加热、蒸 发和余热回收等，具有结构简单、操作

2、弹性大、发和余热回收等，具有结构简单、操作弹性大、 可靠度高、技术成熟等优点，但其传热效率不可靠度高、技术成熟等优点，但其传热效率不 如紧凑式热交换器高。如紧凑式热交换器高。 管壳式热交换器的设计，要考虑的因素很多，管壳式热交换器的设计，要考虑的因素很多， 如：介质性质、操作压力、操作温度、选用设如：介质性质、操作压力、操作温度、选用设 备材料的性质等。备材料的性质等。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 能量平衡方程能量平衡方程 热交换器中发生的热量传递和变化，符合热力学第一定热交换器中发生的热量传递和变化，符合热力学第一定 律。其能量平衡方

3、程律。其能量平衡方程 总传热速率方程：以换热管外表面积为基准的总传热系总传热速率方程：以换热管外表面积为基准的总传热系 数数K。 mccchhh tKSHHWHHWQ)()( 1221 i o ii o iwo A A hA A rrr hK 11 ) 1 ( 1 0 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 流体定性温度：粗算热交换器时，用于确定物性数据的流体定性温度：粗算热交换器时，用于确定物性数据的 温度点。温度点。 当流体处于过渡及湍流区（当流体处于过渡及湍流区（Re2100时）：时）： 当流体处于层流区（当流体处于层流区（Re2100时）：

4、时）： 对数平均温差：用于表达总传热速率方程的平均温度差，对数平均温差：用于表达总传热速率方程的平均温度差， 其值等于热交换器两端处温度差的对数平均值。其值等于热交换器两端处温度差的对数平均值。 chD ttt6 . 04 . 0 chD ttt5 . 0 12 21 1221 ln )()( tT tT tTtT tm 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 当量直径：定义为当量直径：定义为4倍管际空间的面积除以管子的润湿周边倍管际空间的面积除以管子的润湿周边 当管子呈正方形排列时当管子呈正方形排列时 ： 当管子呈正三角形排列时：当管子呈正三角形

5、排列时： 总传热系数：表示一台热交换器的传热能力，等于各项热阻和的倒总传热系数：表示一台热交换器的传热能力，等于各项热阻和的倒 数。数。 垢阻：垢阻是考虑沉淀和传热材料表面腐蚀引起的附加热阻。热阻垢阻：垢阻是考虑沉淀和传热材料表面腐蚀引起的附加热阻。热阻 大小取决于介质类型、温度条件、流动速度、壁面材料和清洗周期大小取决于介质类型、温度条件、流动速度、壁面材料和清洗周期 i o ii o iwo A A hA A rrr hK 111 0 o ot e d dp d 22 4 4 o ot e d dp d 2 1 84 3 4 22 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公

6、司 常常 用用 准准 数数 努塞尔特准数：表示对流传热系数的准数努塞尔特准数：表示对流传热系数的准数 雷诺准数雷诺准数Re：确定流动状态的准数。：确定流动状态的准数。 普兰特准数：表示物性影响的准数。普兰特准数：表示物性影响的准数。 格拉斯霍夫准数：表示自然对流影响的准数。格拉斯霍夫准数：表示自然对流影响的准数。 / lhNu /.ReGl /.Pr p C 223 )6 . 3/()(tgdGr i 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 所谓强化传热，就是指提高换热器的传热速所谓强化传热，就是指提高换热器的传热速 率率Q。传热基本方程式为：。传

7、热基本方程式为： 从传热基本方程式中可以看出，提高传热系从传热基本方程式中可以看出，提高传热系 数、增大传热面积或提高平均温度差，均可数、增大传热面积或提高平均温度差，均可 提高传热速率。因此，学术研究、工业设计提高传热速率。因此，学术研究、工业设计 和生产实践都从这三方面考虑强化措施。和生产实践都从这三方面考虑强化措施。 mr tFSKQ 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 强化传热手段之一强化传热手段之一 增加传热面积增加传热面积 S 提高单位体积内的传热面积提高单位体积内的传热面积 紧凑式换热器：板式紧凑式换热器：板式 二次扩展传热面积：

8、翅片二次扩展传热面积：翅片 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 强化传热手段之二强化传热手段之二 提高流体有效平均温差提高流体有效平均温差 关键：温差校正系数关键：温差校正系数 12 21 1221 ln )()( tT tT tTtT FtFt rmre e t 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 基基 本本 概概 念念 强化传热手段之三强化传热手段之三 提高总传热系数提高总传热系数 途径：途径： 提高膜传热系数提高膜传热系数 降低污垢热阻降低污垢热阻 i o iwo i o i A A rrr A A hhK 11

9、1 0 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-无相变传热无相变传热 管内外膜传热系数的通用表达式均可表达为：管内外膜传热系数的通用表达式均可表达为： Kern公式公式： .Pr.Re. 3 1 n CNu .Pr.Pr.Re. . 3 1 3 1 H n JC dh 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-冷凝传热冷凝传热 热阻分配法：将冷凝传热分为冷凝液膜传热和汽相传热两热阻分配法：将冷凝传热分为冷凝液膜传热和汽相传热两 部分分别计算，再组合而

10、成冷凝侧的综合传热系数部分分别计算，再组合而成冷凝侧的综合传热系数 管程汽相显热传热系数一般按通用公式计算：管程汽相显热传热系数一般按通用公式计算： 壳程采用单弓形折流板时，计算方法同上。壳程采用单弓形折流板时，计算方法同上。 vlc hhh 111 14. 03/18 . 0 )()(Pr)(Re023. 0 w v vv i v sv d h 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-冷凝传热冷凝传热 冷凝液膜传热系数的计算随其所在位置不同而不同冷凝液膜传热系数的计算随其所在位置不同而不同 水平管内冷凝液膜传热系数 u

11、剪力控制区 u重力控制区 u过渡区 m tttt il i l XXd h 120 1 )(Pr)Re(023. 0 2 4 . 0 1 8 . 0 1 3/13/1 2 )(Re )( 47. 1 gi l vll llrl g Ch )()5 . 1 ( 重力区剪力区剪力区过渡区llfll hhJhh 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-冷凝传热冷凝传热 冷凝液膜传热系数的计算随其所在位置不同而不同冷凝液膜传热系数的计算随其所在位置不同而不同 水平管外冷凝液膜传热系数 u过渡区：分别计算重力控制下的冷凝液膜传热系

12、数和剪力 控制下的冷凝液膜传热系数，获得过渡区冷凝液膜传热系 数 加权系数， ，无因次 重力区剪力区过渡区ldldt hhh)1 ( 4 . 12J d d 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-沸腾传热沸腾传热 卧式热虹吸重沸器出口管线较长、压降较大，不卧式热虹吸重沸器出口管线较长、压降较大，不 适用于低压和真空操作工况，以及结垢较严重的适用于低压和真空操作工况，以及结垢较严重的 场合。为避免发生场合。为避免发生“干壁干壁”现象，卧式热虹吸重现象，卧式热虹吸重 沸器的汽化率不应过大。沸器的汽化率不应过大。 立式热虹吸

13、重沸器一般采用固定管板、单管程，立式热虹吸重沸器一般采用固定管板、单管程， 在管内汽化、壳侧为加热介质。出口管一般与塔在管内汽化、壳侧为加热介质。出口管一般与塔 体相接。适用于低压和真空操作，在换热面积较体相接。适用于低压和真空操作，在换热面积较 小或中等的工况，单位换热面积的费用较低，并小或中等的工况，单位换热面积的费用较低，并 且占地少且占地少 。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-沸腾传热沸腾传热 卧式重沸器的沸腾传热系数卧式重沸器的沸腾传热系数 ： ：管壁与沸腾液之间的传热温差， 33. 2 0 163.

14、1tZh 33. 3 102 . 117. 069. 0 Pr10Pr4Pr8 . 110. 075. 0 c PZ n r m o N d 1 )(D3.280.714 t )( A 100.86m 5- ot oo dpA yW ) 1 (ln75. 1 24. 0 N n t 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-沸腾传热沸腾传热 立式热虹吸重沸器立式热虹吸重沸器 蒸发段流动沸腾传热系数蒸发段流动沸腾传热系数 tpbbt hhh tpll i F d 4 . 08 . 0 tp PrRe023. 0h 4625.

15、 117. 16- 33. 2 Re102.531 1 tpl bb F tZh 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-管壳式换热器管壳式换热器-沸腾传热沸腾传热 立式热虹吸重沸器立式热虹吸重沸器 显热段传热系数：按管程液体的通用公式计算显热段传热系数：按管程液体的通用公式计算 立式热虹吸重沸器平均总传热系数按对流段和蒸发段的长立式热虹吸重沸器平均总传热系数按对流段和蒸发段的长 度加和得到度加和得到 L HKHK K b蒸发段显热段显热段 14. 040 1 80 1 1 PrRe0230 . o d .h 2014.11.18 中国石油化工股

16、份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-空冷式热交换器空冷式热交换器 空冷式热交换器空冷式热交换器 传热原理和流体动力学与管壳式热交换器是一样的，只是传热原理和流体动力学与管壳式热交换器是一样的，只是 由于没有壳体，管束外的流体流动不同于管壳式热交换器。由于没有壳体，管束外的流体流动不同于管壳式热交换器。 其总传热速率方程、热量平衡守则、传热面积计算方法与其总传热速率方程、热量平衡守则、传热面积计算方法与 管壳式热交换器一样，管内传热、压降计算方法与管壳式管壳式热交换器一样，管内传热、压降计算方法与管壳式 热交换器管内的一致，可以根据管内介质是无相变冷却还热交换器管内的一致，可以根

17、据管内介质是无相变冷却还 是冷凝工况，分别按照本节选择合适的公式计算。是冷凝工况，分别按照本节选择合适的公式计算。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 工艺设计基础工艺设计基础-强化传热机理强化传热机理 强化总传热系数的关键强化总传热系数的关键 hK h m 11 Re du Re u 实用强化传热技术实用强化传热技术 实用强化传热技术实用强化传热技术 实用强化传热技术实用强化传热技术 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 强化传热 单相传热 层流强化产生涡流 湍流强化破坏层流 波纹管、翅片管、螺旋或 扭带内插管 相变传热 强化冷凝 水平壳程

18、波纹管、径向翅片管、螺 旋槽管Thermo excel-C 水平管程 内螺纹翅片管、扭带内插 管、重复粗糙肋管 竖直管程 纵向翅片管、波纹管、 螺旋槽管 强化蒸发 薄膜蒸发波纹竖直管 沸腾传热 锯齿型翅片管、T型翅片 管、多孔表面管 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 各种内翅管 各种外翅管 缩放管 螺旋槽管横纹管波纹管 C管 多孔管 实用强化传热技术实用强化传热技术-强化传热管强化传热管 管外纵槽管内多孔表面高通量管 厚壁碳钢波纹管 高通量波纹管 厚壁不锈钢波纹管 薄壁不锈钢波纹管 螺旋波纹管 铝多孔表面高通量管 不锈钢多孔表面高通量管 实用强化传热技术实用强化传热

19、技术-强化传热管强化传热管 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 强化传热手段之一强化传热手段之一 增加传热面积增加传热面积 S 目前已经成功应用于生产装置上的有管型有：螺目前已经成功应用于生产装置上的有管型有：螺 纹管、横纹槽管、螺旋槽管、纵槽管、纹管、横纹槽管、螺旋槽管、纵槽管、T型翅片管、型翅片管、 表面多孔管、锯齿形翅片管。表面多孔管、锯齿形翅片管。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 螺纹管、横纹槽管、螺旋槽管螺纹管

20、、横纹槽管、螺旋槽管 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 纵槽管、纵槽管、T型翅片管型翅片管 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 制氢装置重整气制氢装置重整气-锅炉给水换热器：锅炉给水换热器： 壳体和换热管材质：均为壳体和换热管材质：均为1.25Cr-0.5Mo-Si， 特点：该卧式换热器的壳侧进出口嘴子设计为上特点：该卧式换热器的壳侧进出口嘴子设计为上 进上出，要求严格控制壳侧介质不得带液进入后进上出，要求严格控制壳侧介质

21、不得带液进入后 续设备。续设备。 问题：壳程气体横向冲刷引发严重的弹性失稳振问题：壳程气体横向冲刷引发严重的弹性失稳振 动及声振。消除振动最有效的方法是采用折流杆动及声振。消除振动最有效的方法是采用折流杆 替代弓形折流板，但工艺要求壳侧介质同侧进出，替代弓形折流板，但工艺要求壳侧介质同侧进出， 折流杆结构会导致短路危险，折流杆结构会导致短路危险， 解决方案：最后采用螺旋折流板解决了问题。解决方案：最后采用螺旋折流板解决了问题。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 制氢装置重整气制氢装置重整气-锅炉给水换热器：

22、锅炉给水换热器： 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 针对管程的强化传热研究包括内插件和传热针对管程的强化传热研究包括内插件和传热 管。管。 内插件技术简便易行，内插件是一种扰流子，内插件技术简便易行，内插件是一种扰流子， 强化流体扰动、破坏管壁壁面的边界层，从强化流体扰动、破坏管壁壁面的边界层，从 而达到强化传热的目的，并具有防垢、除垢而达到强化传热的目的，并具有防垢、除垢 的作用。的作用。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换

23、热器 常用的内插件形式是扭带形内插件常用的内插件形式是扭带形内插件 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 Cal Gavin有限公司（有限公司（Cal Gavin Limited） 拥有专利的产品拥有专利的产品HiTRAN的强化传热效果更的强化传热效果更 加显著。加显著。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 HiTRAN应用：催化裂化装置的重循环气油应用：催化裂化装置的重循环气油 冷却器（冷却器（Heavy Cycle Gas

24、 Oil Cooler） 工艺条件：用入口温度为工艺条件：用入口温度为46的冷却水将的冷却水将 11.76kg/s的的HCGO从从138冷却至冷却至66。 效果：减少效果：减少75%的传热管。的传热管。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 有、无有、无HiTRAN内插件的结构对比内插件的结构对比 壳径壳径 传热管传热管管程数管程数 传热面积传热面积 热力学计算结果热力学计算结果 mm外径X长度 mm 根数 m2管程膜传 热系数 W/m2.K 管程压 降 kPa 普通光管普通光管152425.4X6090 18

25、2888745170 HiTRAN 68925.4X60903711178.529570 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 缠绕管式换热器缠绕管式换热器 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 双面强化传热的换热管有：波纹管、内波纹外螺纹管、扭曲管、高通量管双面强化传热的换热管有：波纹管、内波纹外螺纹管、扭曲管、高通量管 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热

26、器管壳式换热器 波纹管的波峰与波谷之间有一定的高度差，波纹管的波峰与波谷之间有一定的高度差， 管内流动呈等直径流束和弧形流束。流体沿管内流动呈等直径流束和弧形流束。流体沿 流动方向在波峰处速度降低、静压增大，波流动方向在波峰处速度降低、静压增大，波 谷处速度增加、静压减小，导致流速和压力谷处速度增加、静压减小，导致流速和压力 呈现周期性的变化、冷热流体流动达到湍流，呈现周期性的变化、冷热流体流动达到湍流， 从而破坏了边界层和污垢层的厚度，显著提从而破坏了边界层和污垢层的厚度，显著提 高传热系数高传热系数 。 扭曲管使管、壳程流体均呈螺旋状流动，扭曲管使管、壳程流体均呈螺旋状流动， 2014.1

27、1.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 美国联合碳化物公司制造了高通量（美国联合碳化物公司制造了高通量（Higll Flux）商用表面多孔管）商用表面多孔管, 日立公司生产了日立公司生产了E管。管。 即：烧结型表面多孔管即：烧结型表面多孔管 。 强化传热机理：多孔管的表面有大量内凹型强

28、化传热机理：多孔管的表面有大量内凹型 的空穴，可以产生大量的汽泡核心的空穴，可以产生大量的汽泡核心 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 高通量管多用于小温差的重沸器中高通量管多用于小温差的重沸器中 以某以某60万吨万吨/年芳烃联合装置为例，在其年芳烃联合装置为例，在其304 万吨万吨/年吸附分离装置中采用了年吸附分离装置中采用了3台、台、113万万 吨吨/年岐化装置和年岐化装置和244万吨万吨/年异构化装置中各年异构化装置中各 采用采用1台。使用高通量管台。使用高通量管8500根，传热面积根，传热面积 380

29、0m2，最大壳径达，最大壳径达2300mm。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术 其中抽余液塔底重沸器作对比设计，其基本工其中抽余液塔底重沸器作对比设计，其基本工 艺参数见表。艺参数见表。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 效果：采用普通光管立式重沸器，需多台并效果：采用普通光管立式重沸器，需多台并 联，传热面积至少联，传热面积至少3600m2；采用高通量管作；采用高通量管作 为换热管，只需要为换热管，只需要1台，传热面约台，传热面约1135 m2

30、即即 可满足要求。可满足要求。 结论：由二者的对比可见，具有双面强化功结论：由二者的对比可见，具有双面强化功 能的高通量管在解决大负荷、小温差沸腾的能的高通量管在解决大负荷、小温差沸腾的 问题上，具有显著的优势。问题上，具有显著的优势。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-管壳式换热器管壳式换热器 种类种类适用工况适用工况强化效果强化效果 螺纹管螺纹管对流对流 沸腾沸腾提高提高1倍倍 内波纹外螺纹管内波纹外螺纹管对流对流 沸腾沸腾提高提高1倍倍 波纹管波纹管对流对流 沸腾沸腾 冷凝冷凝提高提高1倍倍 纵槽管纵槽管管外冷凝管外冷凝提高提

31、高30% 表面多孔管表面多孔管沸腾沸腾提高提高10倍倍 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-紧凑式换热设备紧凑式换热设备 目前螺旋板式换热器、板框式换热器、板焊目前螺旋板式换热器、板框式换热器、板焊 式换热器均可在炼油装置中找到应用。式换热器均可在炼油装置中找到应用。 如催化重整装置中的进料热交换器，由于其如催化重整装置中的进料热交换器，由于其 冷热流进出口温差冷热流进出口温差400左右，流量较大，左右，流量较大， 需交换的热负荷高，其换热效果对降低全套需交换的热负荷高，其换热效果对降低全套 装置能耗、节约投资和减少操作费用有着重装置

32、能耗、节约投资和减少操作费用有着重 要的作用。要的作用。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-紧凑式换热设备紧凑式换热设备 催化重整装置进料热交换器特点：催化重整装置进料热交换器特点： 冷热流进出口温差大：冷热流进出口温差大：400左右；左右； 流量较大，需交换的热负荷高；流量较大，需交换的热负荷高； 允许压降低；允许压降低； 介质含有很高比例的不凝气，换热器传热系介质含有很高比例的不凝气，换热器传热系 数比较低。数比较低。 若采用普通管壳式换热器，只能采用阻力降若采用普通管壳式换热器，只能采用阻力降 较小的立式单管程热交换器较小的立

33、式单管程热交换器 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-紧凑式换热设备紧凑式换热设备 目前的解决方案是采用大型板壳目前的解决方案是采用大型板壳 式热交换器。式热交换器。 国外板壳式热交换器单台最大规国外板壳式热交换器单台最大规 模已达到模已达到16000 m2。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-紧凑式换热设备紧凑式换热设备 以某以某200万吨万吨/年催化重整装置为例，反应器进料换年催化重整装置为例，反应器进料换 热器进料的允许压降仅为热器进料的允许压降仅为0.034MPa，

34、热流体的允，热流体的允 许压降也仅仅为许压降也仅仅为0.052MPa，而需完成的热负荷为，而需完成的热负荷为 121MW。其基本工艺参数见表。其基本工艺参数见表 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-紧凑式换热设备紧凑式换热设备 若采用普通立式管壳式换热器，需要的管束若采用普通立式管壳式换热器，需要的管束 重量约为重量约为450,000kg，按照国内目前的制造，按照国内目前的制造 能力，应该是能力，应该是4台并联；台并联； 采用板焊式（采用板焊式（Packinox）换热器，则管束）换热器，则管束 （板束）尺寸为（板束）尺寸为2800 x

35、11000mm，管束重量，管束重量 仅仅99,000kg。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-紧凑式换热设备紧凑式换热设备 各种板式换热器性能对比各种板式换热器性能对比 可拆式可拆式半焊式半焊式全焊板框式全焊板框式板壳式板壳式钎焊式钎焊式 结构所有板片和垫 片密封在框架 内 两片板片焊 接在一起， 构成板片对， 板片对之间 以垫片密封 全部板片通 过焊接形成 密封通道， 无密封垫片 在管壳式换 热器壳体内， 用板片焊接 形成板束取 代管束 无框架、密 封垫，板片 以铜、镍或 不锈钢直接 焊接在一起 适用温 度 垫片决定垫片决定-30

36、300C-45500C-160220C 适用压 力 02.5MPa01.6MPa03.0MPa04.5MPa04.5MPa 维护可全拆开清洗焊接板对CIP 清洗；垫片 侧拆开清洗 CIP清洗壳体拆开清 洗，焊接板 片CIP清洗 CIP清洗 特点清洗简单根据介质特 点确定流程 适合中温、 中压工况 适合高温、 高压工况 性价比较高 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却器 一、强化传热一、强化传热 随着装置处理能力的增强，考虑气候变暖随着装置处理能力的增强，考虑气候变暖 的影响，空气冷却器的重量越来越大，尤的影响，空气冷

37、却器的重量越来越大，尤 其在缺水地区，往往空冷器后不再设置水其在缺水地区，往往空冷器后不再设置水 冷却器，这个问题更加突出。冷却器，这个问题更加突出。 例：某装置的一台主分流塔顶空冷器，热例：某装置的一台主分流塔顶空冷器，热 负荷大、热流体出口温度与空气入口的温负荷大、热流体出口温度与空气入口的温 差小；湿差小；湿H2S工况需要控制流速。核算结工况需要控制流速。核算结 果需要果需要40片片15X3m，占地面积，占地面积1800 m，迫，迫 切需要采用高效技术。切需要采用高效技术。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却

38、器 目前国内采用最多的是表面蒸发湿空冷器，目前国内采用最多的是表面蒸发湿空冷器， 板式空冷器也已经获得了成功的应用，国板式空冷器也已经获得了成功的应用，国 外采用外采用HiTRAN内插件强化传热，并解决内插件强化传热，并解决 高倾点问题。高倾点问题。 表面蒸发湿空冷适用于炼油化工厂的低温表面蒸发湿空冷适用于炼油化工厂的低温 位油品冷却，其原理是通过蒸发管外水膜位油品冷却，其原理是通过蒸发管外水膜 来强化传热，可使介质冷却至环境湿球温来强化传热，可使介质冷却至环境湿球温 度度+5。具有结构紧凑、传热效率高等特。具有结构紧凑、传热效率高等特 点点 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海

39、高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却器 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却器 以南方某厂产物空冷器为例，其热流体工以南方某厂产物空冷器为例，其热流体工 艺参数见表艺参数见表 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却器 按照空气入口温度按照空气入口温度36进行设计，需要进行设计，需要 10片片9X3m的空冷器管束，但是由于介质的空冷器管束，但是由于介质 出口温度为出口温度为46，当空气温度达到，当空气温度达到38时，

40、时， 冷却效果就很难保证了。冷却效果就很难保证了。 采用采用6台台6X3的表面蒸发湿空冷，就可以的表面蒸发湿空冷，就可以 满足设计需要，而且由于水雾的使用，可满足设计需要，而且由于水雾的使用，可 以保证空气入口温度的稳定性。以保证空气入口温度的稳定性。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却器 二、高倾点、冻凝问题二、高倾点、冻凝问题: 如果采用普通空冷器结构，即使设置百叶如果采用普通空冷器结构，即使设置百叶 窗、蒸汽加热排管，仍无法避免介质沉积窗、蒸汽加热排管，仍无法避免介质沉积 结蜡问题。按照结蜡问题。按照API的规定，这种工况只的规定，这种工况只 能采用热风外循环的措施。能采用热风外循环的措施。 热风外循环结构复杂，占地面积很大，而热风外循环结构复杂，占地面积很大，而 且限制了空冷器的性能，并可能因此而影且限制了空冷器的性能，并可能因此而影 响产品质量。响产品质量。 2014.11.18 中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司 实用强化传热技术实用强化传热技术-空气冷却器空气冷却器 热风外循环热风外循环: 2