石化行业中换热器的种类及用途原理

金猴闹天

　　在现阶段，在石油化工行业中，换热器的应用是非常广泛的。接下来，小七跟大家分享石油化工行业中换热器的种类及用途原理。

1 石油化工行业中的热管换热器

　　通常情况下，热管换热器在石油化工行业中的回收废热的恶劣工况中的使用是非常广泛的，主要包括高含硫的燃料生产等恶劣工况。在石油化工行业的生产工艺中，非常关键的设施就是高温加热和裂解设施，具体来说，在小分子烯烃生产中所选取的高温石油脑裂解炉，其排烟的温度能够达到200℃～400℃，而且，恶劣的工况也不利于工业生产所形成的尾气的排空。空气预热热管式换热器能够借助于废气的余温来对于空气进行加热，从而起到助燃的作用，一方面能够起到节能降耗的作用，另一方面，也有利于回收尾气避免空气污染问题的恶化。在当今时代，多种管式换热器组合的方式在国内外得到了普遍推广，从而能够取得节节能排流的良好效果。

　　热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特殊的传热特性可控制管壁温度，避免露点腐蚀目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，进行热回收以及综合利用工艺过程中的热能，已取得了显著的经济效益。主要有以下三种：

　　气-气热管换热器（热管空气预热器）

　　气-气热管换热器是从排出的热气中吸收废热，然后再把热量传给冷的空气的一种新型换热器，类似于锅炉常用的空气预热器。空气预热器象省煤器和过热器一样成了大型锅炉整体正常而必要的一部分。空气预热器加速了燃料烘干过程，减少了低值燃料和湿燃料着火困难，扩大了这些燃料的经济燃烧，同时还可以提高锅炉整体的蒸汽生产量。

　　气-液热管换热器（热管省煤器)

　　热管在工业余热回收、能量利用上有着广阔的天地。气-液热管换热器应用于从排烟中回收热量，去加热水再加以利用。是非常经济又非常容易做到的，效果非常令人满意，特别是高温排烟炉，排烟温度高，显得更为优越。

　　气-液热管换热器是由排气端把热管的一端插入，每根热管都是并在管壁上，绕有翅片以增加吸热面。另一端放在水箱中，当高温烟气经吸热段，热管介质蒸发产生蒸气到另一端去放热，加热水箱中的水。特别适用于较高烟气余热利用。

　　气-汽热管换热器

　　气-汽热管换热器构造，热管冷凝段安装在沸水器内，热管蒸发段插入锅炉排烟道中，通过热管进行热量传递，将冷水加入到100℃从而获得所需要沸水也可以把冷水加热成100℃以上的蒸汽。

2 石油化工行业中的螺旋折流板换热器

　　螺旋折流板换热器是一种现代化的高效换热设施，在世界上众多的国家和地区都获得了广泛的应用。自从20世纪50年代开始，我国的石油化工行业开始推广应用螺旋折流板换热器，与此同时，在20世纪60年代中期，实现了卷床卷制批量生产。与此同时，螺旋折流板换热器技术在我国的发展也是非常快速的。和传统的换热器相比来说，螺旋板式换热器存在着许多优势。它能够加热和冷却醇类、树脂、尿素、小分子单体聚合烯烃类、汽柴油、氨水、氯水、盐水、强碱强酸及氮氢氨混合气等。

　　折流板是提高换热器工效的重要部件。传统换热器中最普遍应用的是弓形折流板，由于存在阻流与压降大、有流动滞死区、易结垢、传热的平均温差小、振动条件下易失效等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难，目前所采用的折柳板，一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成近似的螺旋面。在折流时，流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板，在相同工况下，这样的折流板（被称为非连续型螺旋折流板）可减少压降45%左右，而总传热系数可提高20%～30%，在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。

　　螺旋折流板换热器与普通管壳式换热器不同的是壳程的折流板是以螺旋状排列的，这样使壳程介质自进口向出口呈螺旋状、连续旋转推进，将传统的横向折流方式变成纵向螺旋折流方式。折流通道为螺旋式，不会出现流动“死区”，由于换热器壳程中的介质呈螺旋式的柱塞流动方式，在壳程横截面径向产生速度梯度，将每根换热管都置于换热介质旋涡中，提高了流体的径向湍流程度，有利于冲刷壳程内的颗粒物及沉淀物，防止垢污沉积。

3 石油化工行业中的薄膜蒸发器

　　按照成膜原因及流动方向不同，可分为升膜蒸发器、降膜蒸发器、刮膜蒸发器三种类型。薄膜蒸发器机组由蒸发器、汽液分离器、预热器三个部件和一只简易分离器组成，蒸发器为升膜式列管换热器。

　　薄膜蒸发器由一个或多个带夹套加热的圆筒体及筒内旋转的刮膜器组成。刮膜器将进料连续地在加热面刮成厚薄均匀的液膜并向下移动；在此过程中，低沸点的组份被蒸发，而残留物从蒸发器底部排出。

　　通常情况下，薄膜蒸发器主要应用在石油化工行业的烧碱浓缩、硫化碱蒸发、树脂和橡胶的干燥等工艺中，薄膜蒸发器的应用能够取得非常巨大的经济利润。相对于传统的通用的铸铁大锅等设施来说，薄膜蒸发器具有如下优势。

　　1）占地面积比较小，能够进行机械化蒸发，使用起来非常简单，运转效率非常高。

　　2）受到在转子刮板的推动力，薄膜蒸发器能够取得非常良好的传热效果，并且薄膜蒸发器的表面蒸发时间也变得更短，从而很难出现结垢结焦的问题，不会造成过多的沉淀物质的累积，有利于除垢。

　　3）薄膜蒸发器配套的导热油炉不会消耗过多的煤矿等燃料，能够节约大量的能源。

　　4）薄膜蒸发器的使用有利于工艺放大设计，能够取代釜式干燥器，有利于降低放大生产过程中的误差。

　　然而，在实际应用的过程中，薄膜蒸发器的应用也具备一定的瓶颈。薄膜蒸发器的沟槽刮板的材料是聚四氟乙烯，它具备较强的耐腐蚀功能，却很难抵抗高温。为了应对这一问题，可以采用石墨等耐腐蚀耐高温材料。与此同时，薄膜蒸发器的；工艺管线是无缝管，必须一个月进行一次管道更换工作，为了应对这一问题，可以采用不锈钢或含有乃腐蚀的内衬的管道，例如，氟塑料换热器内衬，确保管道不被腐蚀。

4 石油化工行业中的高效板式换热器

　　高效板式换热器是采用不同的换向片和不同的组装方法实现的，可分为单流程、多流程和混合流程，应根据工艺要求选择。一般温差大于对数平均温差1.8倍的介质，应采用多流程，板间流速的适应值0.3~0.5m/s，流速太低时，应采用双流程或多流程。

　　高效板式换热器应用于制药、食品、化工等行业的液体热量交换，以及某些应用中的巴氏消毒。

　　在石油化工行业中，换热器的种类和数量都是非常众多的，它们对于压力和温度也存在着非常高的要求。高效板式换热器就能够更好地应对较高的压力以及较高的温度。具体来说，焊接式板式换热器具备较强的便捷性、体积小、重量轻、存在着良好的传热性能、价格低廉，因此，在海上石油的生产过程中得到了良好的应用，它能够对于机械润滑油和淡水进行冷却，又能够在石油矿场中冷却相关的中间产物，而且也能够用来加热原油。石油化工行业中的高效板式换热器的应用也存在着一定的瓶颈问题，也就是说，很难精确地设计以及计算工艺流程，在石油化工行业的生产实践过程中，经常会由于工艺流程设计得不合理而出现巨大的经济损失。

　　为了解决这一问题，可以对于石油化工行业实际应用中冷却用板式换热器阻力进行运算分析，按照换热器特点和导热原理所假设的壁面的液相沿流道呈线性增加，模拟出流道长度、真实质量含气率、体积含气率之间的关系公式，并贴近实际数据。石油化工行业中的冷却过程存在部分集态冷凝，会在换热表面形成液膜，因此，可选用板翅式一类的紧凑式换热器时，同时要达到合理经济的换热器，必须从结构参数角度考虑调整换热器，仅考虑换传热面积和富裕量并不完善。