高效绕管式换热器的节能分析与工业应用

高效绕管式换热器的经验交流节能分析与工业应用张先安（镇海炼化维修安装公司，浙江宁波315207）对盘管式换热器的节能进行了分析并根据工业实际情况，提出了使用盘管式换热器简化工艺流程，优化运行条件并大大降低能耗的想法. 关键字: 绕管式换热器；节约能源；工业应用CLC编号: TQ051. 5文档代码: B物品编号: 1001-4837（2008）05- 0054- 04E节能和工业用高效率的W型管的换热器ZHANG X ia n-an（Zhenha i Refining＆Chemica lMa in tenance and Installation Co.，N in gbo 315207，Ch in a）摘要: 节能技术的原理是通过缠绕管热量的应用交换器进行了讨论. 介绍了工业上热交换器的实例，并分析了其节能技术. 根据工业应用提出了在系统中使用的绕管式热交换器的方案. 优化了工厂的工艺和操作条件，结果表明，这种绕管式换热器可以大大降低能耗. 型号: 绕管​​式换热器；节能；在粉煤灰的工业应用示例中，解释了在当前的炼油厂中加氢，天然气分离，天然气1引言在所有的热交换单元中，管壳式换热器具有设计和制造的优势，广泛用于工业生产中. 据估计，管壳式热交换器热交换器约占中国热交换器总产量的80％.

到目前为止，已开发出各种类型的高效管壳式换热器，例如螺旋折流板式换热器，螺纹管式换热器，波纹管式换热器，螺旋波纹管式换热器等. 筒管式换热器具有特殊的结构，绕管式换热器同时具有多种介质的传热，结构紧凑，单位体积传热面积大，无热膨胀问题，且体积大温度差小负载条件下传热性能良好的特点#54#[1]高效节能技术，广泛用于气化，低温甲醇洗涤装置等缠绕管式热交换器. 2盘管式换热器的高效性能在设计和选择换热器时，必须首先确定决定换热器的冷热流体之间的温差. 一般而言，对于相同的热交换量，温差越大，所需的相应热交换器面积就越小. 从这个角度来看，似乎热交换器的温度差越大越好. 但是从热力学角度看，热转变过程本身是不可逆的. 热源与被加热体之间的温度差越大，热的有用能量的损失就越大. 有效地实现了管式换热器. 作者结合了十多年的设计和制造经验，通过第25卷第5期进行了研究. 186号总容器在加强热传递的同时，允许冷热流体充分交换热量，最大程度减少了有用能量的损失. 绕组管热交换器层在各层之间反向缠绕. 这种特殊的结构极大地改变了流体的流动状态并形成了强大的湍流作用. 由于管内螺旋流的强化作用，在管侧的传热系数也增加了. 同时，垫等部件继续扰动壳体侧的流动，这三个方面的综合作用使绕管式换热器的传热性能大大提高.

对于一般结构的气-气换热设备，传热系数约为75〜365W /（m#K），但对于绕管式换热器，在某些特定条件下，总传热系数它可以达到500W /（m#K）以上. 另外，通过合理地调整层数和间隔，在壳侧对冷流体和热流体的选择并不明显. 以原料气热交换器为例，管侧冷却流体与管侧加热流体的总传热系数之差仅为2％. 3与普通管壳式换热器的比较绕管式换热器的紧凑结构主要体现在单位体积的传热面积大. 管直径为8〜21 mm的传热管的传热面积可以达到100〜170 m / m;普通管壳式换热器的传热面积仅为54〜77 m / m，是缠绕管式的，约占加热器的45％. 普通的管壳式换热器挡板的作用是改变流体的流动方向并支撑管子. 在传统的弓形折流板换热器中，壳侧流体以弯曲的Z形流动，但是这种折流板布置存在一些问题: （1）沿途的压降大，并且容易产生流动停滞死区； （2）旁流和漏流降低了管束的有效质量流速； （3）高流体流速会引起热交换管的振动，并缩短热交换器的寿命. 因此高效管式换热器，许多研究致力于改变传统的挡板结构.

根据调查，超过90％的普通管壳式换热器在不同程度上存在结垢问题，导致传热性能不佳且传热效率降低，平均可超过30％. 除了直接的能量损失，它还将减少生产工厂的运营负荷并影响整个工厂的生产能力. 此外，设备结垢还会增加流体流动阻力，这会增加设备的功耗. 定期停车清洁也会增加设备的运行成本. 对于绕管式热交换器，管中的流体以螺旋方式通过，从而减少了壁粘附的可能性和结垢的趋势. 壳侧2 3 2 3 2 2流体通过缠绕管横向交叉流动，并在相邻的管，层和层之间连续分离和合并，这增强了壳流体的湍流并减少了相同流速下的沉积. 赔率. 对于合适的流体（通常是指不含颗粒和纤维的流体），绕管式换热器的管壳侧均具有良好的抗垢性，可确保设备长期和高负荷运行. 4绕管式换热器的节能分析及工业应用实例绕管式换热器的节能性能表属消耗品少； （3）冷热端差小，（冷）热能得到充分利用，系统得到优化； （4）设备具备长期运行的条件.

镇海炼化化工维修安装总公司与合肥通用机械研究所联合开发的盘管式换热器已连续十年在各个行业领域应用，其高效节能特性已得到验证. 实际项目. . 4.1甲烷化装置的应用在镇海炼油厂和石化公司化肥厂甲烷化制氢项目中，以气-气换热器为例，压力为7.33 MPa，温度为7.33 MPa为20 e. ，在气体-气体热交换器中反应后，将CO + CO2含量约为0.8％的原料气与温度为340 e的工艺气体进行交换，充分利用其热量使其上升为催化剂在活性温度280〜350 e的范围内，进入R 1甲烷化炉的脱硫层，除去少量的H 2 S，进入甲烷化炉的催化剂层进行甲烷化，降低了CO + CO的含量. 2至40 mg / m以下. 气体-气体热交换器的设计条件如表1所示. 表1气体-气体热交换器的设计条件介质设计温度（e）工作温度（e）设计压力（MP a）工作压力（ MP a）允许压降（M Pa）状态参数（N#m3 / h）在热侧反应后，工艺气体455340 8. 3 7. 25 0. 04 71269冷侧进料气体430 20/295 8. 3 7. 33 0. 04 728953甲烷化制氢工程设备，最初设计为使用两套四个焊接的U型管热交换器，固定的管板/管箱串联连接.

设备构造基于原始系统的改造. 由于设备维护空间不足和维护困难#CPVT#55#高效能分析和工业上应用的高效缠绕管换热器Vol251 No5 2008度等，共使用了2种缠绕管式换热器，两者均设计项目管束直径（mm）管束长度（mm）设备总重（kg）占地面积（包括维护空间）（m2）该程序如表2所示. 管式换热器方案DN 800（1个单元）-DN 550（1个）单元）8500（1个单元）-7200（1个单元）〜16930 2. 3表2两种设计方案的比较焊接U型管更换加热器计划DN 800（2个单元）-DN 600（2个单元）6200（4个单元） 〜35100 42.3（不考虑管束芯抽拉所需的空间）镇海炼制甲烷化制氢装置气体-气体热交换器于2002年初成功启动，至今已连续运行6年. 2007- 03- 24 12B 00 2007- 03- 31 13B 00 2007- 04- 28 17B 00 2007- 05- 05 18B 00 2007- 06 -09 23B 00 2007- 06- 17 00B 00 2007- 07- 08 03B 00 2007 -07- 15 04B 00 2007- 07- 17 16B 00 2007- 07- 18 10B 00 2007- 08- 01 10B 00 2007- 08- 06 10B 00以上，设备阻力稳步下降，热交换效果显着，热端的温度差接近7 e.

设备的实际测量温度参数如表3所示. （e）冷端温度差35. 58 33. 89 28. 28 18. 62 36. 17 37. 02 40. 05 44. 84 11. 60 14. 74 39. 56 33. 82 [2]表3 4120-E1气-气热交换器测得的温度值管侧温度壳侧温度#1管侧入口319. 64320. 021#管侧出口85 . 27 89. 18 84. 86 82. 82 87. 79 88. 96 90. 66 88. 20 83. 65 81.19 84. 73 85. 241#壳侧入口36. 86 39. 52 38. 58 38. 48 37. 85 38. 68 41. 08 36. 24 38. 89 37. 08 35. 97 36. 281#外壳侧面出口312. 42 313. 08 312. 41 310. 19 314. 25 314. 21 312. 44 316. 20 311. 78 310. 14 311. 32 312. 93热端7. 22 6. 95 6. 67 5. 88 6. 72 6. 53 7. 14 6. 92 5. 97 5. 43 6. 78从表2中可以看到6. 60319. 09 316. 06 320. 97 320. 73 319. 58 323. 12 317. 75 315. 56 318. 10 319. 53从表2中可以看出: 3（1）在相同负载条件下，绕管式热交换器的设备重量明显小于tha在这种情况下，重量减轻了52％，单位负载的金属负载显着节能，特别是对于设计压力高，设计温度高的热交换器. 我们可以更好地体现其高效，紧凑，节省材料的优势.

（2）设备占地很小. 在这种情况下，绕管式换热器的面积仅为其他解决方案的5％. 占地面积小将是设备翻新和扩展的决定性特征. 同时，新设备还将在当前土地信息短缺中发挥巨大作用. 在使用全套绕管式热交换器的低温#56#甲醇洗涤过程中，此功能也特别明显. 某公司在大型氮肥的国产化改造中采用了绕管式换热器后，该装置占据了2个区域，节省了1200 m. （3）管中的流体和壳侧流体的螺旋流连续地分离并在相邻的管，层和层之间汇合，并且流体平滑地流动. 由于设计中使用的气体流速高，气体携带的少量灰尘不易沉积. 设备已经运行了很长时间. 冷（热）端温度差是恒定的，并且壳管侧流体的压降等于调试的初始阶段. （4）热端和热端之间的差异很小. 由于反应后工艺气体的温度通常仅超过三百度，这与设计条件高效管式换热器，普通的管壳式换热器有所不同，因此操作过程中的热端差通常大于40 e，从而导致原料第25卷第5期中的气体在容器的第186个热交换器中与较冷的过程气体进行热交换后，很难将其升高到催化剂的活动温度范围280〜350 e. 该系统无法有效地进行甲烷化反应并实现该过程.

但是，盘管式热交换器的优越性能使其可以在苛刻的工艺条件下保持冷介质的出口温度. 4.2加氢裂化装置的应用在镇海炼油厂建设年产150万吨/年的加氢裂化装置中，通过反复比较螺纹锁紧环式换热器方案和盘管式换热器方案，系统运行和设备的投资，制造周期其他方面最终选择了缠绕管式热交换器作为高压系统的热交换器. 表4列出了反应流出物/混合进料热交换器的设计参数. 表4 E1001反应流出物/混合进料热交换器的设计参数项目介质工作压力（MP a）工作温度（e）总质量流量（kg / h）总液体流量（％）设计压力（MP a）设计温度（e）壳侧混合进料16154（in）/ 356（out）204355 88. 09（in）/ 86. 32（out）16. 8 371 2007- 11-13 14B 00 383.0 220.5126. 4368. 1管侧反应流出物14. 3 411（in）/ 255（out）226515 12. 78（in）/ 46. 84（out）15. 02 440高压氢化绕管换热器投资更多一年多来，综合性能得到一致好评: （1）缠绕管式换热器用于高温高压加氢裂化系统后，工艺流程简单，如图1所示.

图1工艺流程图（2）进行了充分的热交换，充分体现了热端小端差的特性. 具体数据如表5所示. （3）节油. 在进一步优化系统后，预计投资将进一步减少. 表5实测的数值参数名称E1001管侧入口温度（e）E1001管侧出口温度（e）E1001壳侧入口温度（ e）E1001壳侧出口温度（e）2007-11-14 14B 00 384.219.7.127.0 368.6 2007-11-15 14B 00383.221.7 7 128.9368.1 2007- 11-16 14B 00 383. 4 221. 5 129. 1 368. 6 2007- 11-16 16 18B 00 384. 1 222. 7 129. 2 369. 5接近物料在反应器中反应的温度反应堆，目前加热炉F1001的负荷仅不到设计值的20％，仅一项燃料节省效益就接近1600万元/年，后续同类系统设计将得到极大优化. 一旦取消加热炉F1001或将其更改为启动炉，资本投资，设备占地面积和实际设备运营成本将大大降低.

4.3天然气汽化装置的应用发电厂使用液化天然气作为燃气轮机的燃料. 天然气的设计条件见表6. 表6天然气工程气化介质的设计条件单次气化量（N#m3 / h）介质入口温度（e）出口气体温度（e）入口LNG压力（M Pa ）参数LNG 25000（20e，1.031325 ba r）-162 \ 7 3. 5〜4. 0（G）通过与开放式化油器，浸入式燃烧化油器和带中间传热介质的蒸发器（水浴式）进行比较和分析使用具有缠绕管结构的蒸发器. 该系统如图2所示. 通过实际使用，不仅显示了上述方面的节能特性，而且还显示了这种情况. 图2水浴缠绕管结构蒸发器系统（续第20页）#57#CPVT的应用储罐Vol251 No5 2008表面接触中的杆结构考虑时，拉杆末端施加的力为最大力除以2除以钢筋的横截面积，即F / PR = 92.77 Pa. 解决了拉杆和气缸之间的连接模型. 图11显示了位移图，图12显示了应力图. 从分析结果可以看出，拉杆与气缸之间连接的最大位移为0.56 mm，最大位移位于拉杆的上端区域.

与点接触模型相比，位移值大大降低. 最大应力位于拉杆与气缸壁接触的部分. 主应力和副应力的值为253.69 MPa. 与点接触模型相比，应力值大大降低. 此，工程师，通讯地址: 上海美图12固体应力拉杆分析（续第57页）解决了低温换热的条件流体积水的结冰问题为进一步讨论系统中循环水的冷却找到了解决方案.

在这种情况下，用于加热液态天然气的热源是发电厂的联合循环涡轮机的冷却循环水. 在与液化天然气进行热交换之后，液态天然气的汽化吸收了大量的冷却水热能，并且适当降低了循环水的温度，从而增加了蒸汽轮机. 以达到增加发电量的目的. [1]张先安，陈永东，王建良. 纠缠管式换热器的工程应用[J]. 氮肥，2004，27（1）: 9-11. [2]王家明. 低温甲醇洗涤提纯技术的进展与应用［Ｊ］. 江苏化工，2007，35（4）: 13-17. 接收日期: 2008-03-07更新日期: 2008-04 -23（2）绕管式换热器具有换热充分，相差小的特点冷，热端不仅可以节省能源，而且可以优化系统和工艺，对整个设备具有良好的综合节能效果； （3）在介质中，盘管式换热器可以长时间安全运行. 参考文献: 5结论（1）绕管式换热器是一种高效换热器，具有占地面积小，单位负荷金属消耗低的特点. 它不仅可以有效地减少新设备尤其是旧设备的改造和扩建方面的投资. ，而紧凑的绕管式换热器更有利于装置的布置；作者简介: 张现安，高级工程师，副经理. #20#

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