炼油加热管壳换热器-参数

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摘要：本文围绕炼油加热过程中的管壳换热器展开深入探讨。分析其在炼油加热系统中的关键作用，阐述影响其性能的主要因素，包括设计参数、流体特性、操作条件等。介绍针对性能优化的设计改进措施与运行调整策略，同时探讨运维管理中的常见问题及解决方法，旨在为炼油企业提高加热效率、降低能耗、保障设备稳定运行提供理论支持与实践指导。

一、引言
在炼油工业中，加热过程是众多工艺环节的基础，对原油及各种中间产品的温度控制直接影响着后续的分离、反应等工艺效果和产品质量。管壳换热器作为炼油加热系统中应用最为广泛的热交换设备，具有结构坚固、适应性强、处理能力大等优点，能够承受高温高压的工作环境，满足炼油生产多样化的需求。然而，随着炼油行业对能源利用效率和设备运行可靠性的要求不断提高，如何优化管壳换热器的性能并加强其运维管理成为亟待解决的重要问题。
二、管壳换热器在炼油加热系统中的作用
2.1 热量传递核心设备
管壳换热器通过管程和壳程中不同温度流体的热交换，实现热量的传递和温度的调节。在炼油加热过程中，它可以将高温热源（如蒸汽、热油等）的热量传递给低温的原油或中间产品，使其达到所需的工艺温度，为后续的蒸馏、裂化、改质等工艺提供适宜的条件。
2.2 能源回收利用关键环节
在炼油生产中，许多工艺过程会产生大量高温废热。管壳换热器能够有效地回收这些废热，将其用于预热进入系统的低温物料，从而减少对外部热源的需求，降低能源消耗，提高能源利用效率，实现节能减排的目标。
三、影响管壳换热器性能的主要因素
3.1 设计参数
传热面积：传热面积是影响换热器换热能力的重要参数。传热面积越大，在相同传热系数和温差条件下，能够传递的热量就越多。但过大的传热面积会增加设备的成本和占地面积。
管程和壳程结构：管程的管径、管长、管数以及壳程的折流板形式、间距等结构参数会影响流体的流动状态和传热效果。合理的结构设计可以增强流体的湍流程度，提高传热系数，减少污垢沉积。
材质选择：炼油介质通常具有腐蚀性，材质的选择直接影响换热器的使用寿命和安全性。应根据介质的成分、温度、压力等条件，选择合适的耐腐蚀材质，如不锈钢、钛材等。

3.2 流体特性
物性参数：流体的密度、粘度、比热容、导热系数等物性参数会影响其传热和流动性能。例如，高粘度的流体流动阻力大，传热系数低，需要采取相应的措施来改善其流动和传热效果。
污垢特性：炼油介质中往往含有杂质、胶质、沥青质等成分，容易在换热器表面形成污垢层。污垢的存在会增加热阻，降低传热系数，同时还会增大流动阻力，影响设备的正常运行。
3.3 操作条件
温度和压力：温度和压力的变化会影响流体的物性参数和传热效果。在高温高压条件下，流体的传热系数可能会增大，但同时也会对设备的材质和密封性能提出更高的要求。
流量：流量的变化会影响流体的流速和湍流程度。适当的流量可以保证良好的传热和流动效果，但流量过大或过小都会对换热器的性能产生不利影响。
四、管壳换热器性能优化措施
4.1 设计改进
优化传热面积：通过精确的热力计算，结合实际工况和节能要求，合理确定传热面积。可以采用强化传热技术，如采用高效传热管（如螺纹管、波纹管等），在相同的传热面积下提高传热效率。
改进管程和壳程结构：优化管程的排列方式，如采用正三角形排列或转角正三角形排列，增加管外流体的湍流程度；合理设计壳程的折流板，采用弓形折流板、螺旋折流板等不同形式，改善壳程流体的流动状态，减少死区和短路现象。
选择合适的材质：根据炼油介质的特性，选择具有良好耐腐蚀性和机械性能的材质。对于腐蚀性较强的介质，可以采用双相不锈钢、镍基合金等高性能材质，或采用内衬防腐层的方法延长设备使用寿命。
4.2 运行调整
控制流体参数：通过调节流体的温度、压力和流量，使其保持在最佳的运行范围内。例如，适当提高流体的流速可以增强湍流程度，提高传热系数，但要注意避免流速过大导致设备磨损和能耗增加。
优化操作程序：制定合理的开车、停车和正常运行操作程序，避免频繁的启停和大幅度的负荷变化。在开车前，应对换热器进行充分的预热和排气，防止产生热应力和气阻；停车时，应按照规定的程序进行冷却和排液，避免设备因急冷急热而损坏。
实施在线清洗：定期采用在线清洗技术，如化学清洗、高压水射流清洗等，去除换热器表面的污垢，恢复其传热性能。在线清洗可以减少停车清洗的次数，降低生产成本，提高设备的利用率。
五、管壳换热器运维管理中的常见问题及解决方法
5.1 泄漏问题
原因分析：泄漏可能是由于密封垫片老化、损坏，管子破裂，壳体焊缝开裂等原因引起的。
解决方法：定期检查密封垫片的状况，及时更换老化或损坏的垫片；对管子进行定期检测，如采用涡流检测、超声波检测等方法，发现破裂的管子及时进行堵管或更换；对壳体焊缝进行无损检测，及时发现并修复裂纹。
5.2 振动问题
原因分析：流体流动引起的振动可能是由于流速过高、折流板间距不合理、管子固有频率与流体激振频率接近等原因导致的。
解决方法：调整流体的流速，使其在合理的范围内；优化折流板的设计，合理设置折流板间距；在管子中安装防振支架或改变管子的支撑方式，调整管子的固有频率，避免共振现象的发生。

5.3 污垢堵塞问题
原因分析：污垢堵塞主要是由于炼油介质中的杂质、胶质等在换热器表面沉积形成的。
解决方法：加强介质的预处理，如采用过滤、沉降等方法去除介质中的杂质；定期进行清洗，根据污垢的类型和程度选择合适的清洗方法和清洗剂；在换热器入口处安装过滤器或阻垢器，减少污垢的进入。
六、结论
管壳换热器在炼油加热系统中发挥着至关重要的作用。其性能的优劣直接影响到炼油生产的能源消耗、产品质量和设备运行的可靠性。通过优化设计参数、改进运行调整策略以及加强运维管理，可以有效提高管壳换热器的性能，降低故障发生率，延长设备使用寿命，为炼油企业实现节能减排、提高经济效益提供有力保障。炼油企业应高度重视管壳换热器的性能优化与运维管理工作，不断探索和创新，以适应炼油行业日益严格的发展要求。