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纏繞式換熱器節(jié)能特點分析

文檔作者：劉克安文檔來源：中國石油化工股份有限公司天津分公司工程部		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年03月19日
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E&amp;amp;C Te chnol ogyI 工程技術(shù)
劉克安
中國石油化工股份有限公司天津分公司工程部天津300271
摘要中石化天津分公司芳烴裝置是上世紀70年代末從日本揮發(fā)油公司引進的，采用美國UOP分離技術(shù)生產(chǎn)對二甲苯
但X) 。為了更好的降低裝置的能耗，提高經(jīng)濟效益，在芳烴裝置歧化反應(yīng)進料用高效的纏繞管式換熱器代替換熱
效果較差的U型管式換熱器，原來。U”型管式歧化反應(yīng)進出料換熱器熱端溫差為87℃，纏繞管式換熱器歧化反應(yīng)
進出料熱端溫差降低為30"C，使換熱效率提高了300以上，每年實際節(jié)約燃氣可達1245．6t ，年創(chuàng)直接效益580萬
元以上。
關(guān)鍵詞纏繞管式換熱器高效換熱歧化反應(yīng)
中圈分類號TE969 文獻標識碼B 文章編號1672- 9323 C2011)06— 0078一02
1歧化工藝流程及“u”型管式換熱器分析
1．1歧化工藝流程簡介
芳烴部芳烴裝置歧化反應(yīng)進料工藝路線為來自歧化進料儲
罐(TK一501)的甲苯料與重整裝置的補充氫氣混合后，一同送歧
化混合進料換熱器(E一505A／B／C／D) 殼程，與走管程的歧化反
應(yīng)器出料進行換熱升溫后，再由反應(yīng)進料加熱爐(H-501) 進一
步加熱，升溫至歧化反應(yīng)所需溫度后，進入歧化反應(yīng)器
(R- 501) 。采用串聯(lián)式換熱器進行熱量交換，見表l 。
1．2。u”型管式換熱器換熱效率較低
1．2．1目前歧化反應(yīng)進出料換熱器熱端溫差為87℃(見表2)，
熱端溫差(即為熱流入口溫度一冷端出口溫度) 可以看出目前歧
化反應(yīng)進出料換熱器( E一505A／B／C／D) 換熱效率較低，兩種物
料沒有進行充分的熱交換，導(dǎo)致部分反應(yīng)熱量沒有利用，熱損失
較大。
I ．2．2設(shè)備占地空間大，“U”型管式換熱器的安裝方式為地面，
兩臺為一組上下布置，占地面積達60m2左右，管殼材質(zhì)分別為
高溫合金鋼盯BA23一SC和A204Gr A。已經(jīng)使用30a，到了更
換備臺的周期，所以更換為纏繞式換熱器經(jīng)濟上為最佳機會。
從表2中可以看出，歧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其反應(yīng)溫升為
( 463- 448) 15"( 2。根據(jù)上表目前歧化反應(yīng)進出料換熱器熱端溫差
為(466- 379)8712，按照通常衡量換熱器好壞的其中一個判斷標
準，即熱端溫差( 即為熱流入口溫度一冷端出El 溫度)可以看出
目前歧化反應(yīng)進出料換熱器E一505A／B／C／D共計4臺處于較
低技術(shù)運行水平，潛熱較高利用價值大，因此具有較大的節(jié)能改
造空間。
2新型的纏繞式換熱器的特點及性能
2．1纏繞式換熱器的特點
( 1) 纏繞式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊較大單位容積傳熱面積的
特點，單位容積傳熱面積是普通換熱器的2倍以上。對管徑為
8～21t ur n的傳熱管，每m3容積的傳熱面積可達l oo～170m2l 而
普通列管式換熱器，每m3容積的傳熱面積只有54～77m2，是繞
管式換熱器的45％左右。
( 2) 繞管式換熱器層與層之間換熱管反向纏繞，這種特殊
結(jié)構(gòu)極大地改變了流體流動狀態(tài)，形成強烈的湍流效果，湍流狀
表1‘u。型管換熱器的參數(shù)
換熱設(shè)備外形設(shè)計溫度∞) 設(shè)計壓力帥a)
設(shè)備位號設(shè)備名稱型式
面積重量尺寸殼管殼管
E一505A 歧化混合進料換熱器u型管式132．4r n2 77∞ 750X6000X19 427 516 4．0 3．43
￡_一506B 歧化混合進料換熱器U型管式132．2r n2 7150 擊750X6(X)OX18 349 427 4．07 3．43
E一505C 歧化混合進料換熱器U型管式132．7m2 7300 擊750X6000×20 235 349 4．07 3．47
E一505D 歧化混合進料換熱器u型管式132．7m2 7450 由750x6000x20 235 235 4。07 3．43
表2現(xiàn)場檢測操作參數(shù)
f 換熱器名稱形式進料溫度℃(殼程／管程) 出料溫度‘C( 殼程／管程) 加熱爐溫度℃G差口／出口) 反應(yīng)器溫度℃( 進口／出口) j
l 歧化進出料換熱器u型管式27／466 379／ 132 376／448 448／ 463
7’『8 I 石油化工建設(shè)20”．06
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表3歧化進料纏繞式換熱器( E- 505) 設(shè)計參數(shù)
殼程a 71I 物料：上進下出管程( 冷物料：下迸上出)
設(shè)備位號E一505
入口出口入口出口
操作溫度f c) 463 43．18 27 448
設(shè)計溫度f c) 4∞ 460
設(shè)計壓力OVl Pa) 2．8 3．2
計算壓力降歸a) <35 <130
安裝形式立式總傳熱面積㈣1844 殼體內(nèi)徑(mm) 1100
設(shè)備高度( m) 22560 換熱管規(guī)格中12×1．2 換熱管排列正三角形
管子管板連接強度焊+貼脹焊縫系數(shù)1．O 殼體材料321
換熱管材料321
態(tài)更強烈，提高了換熱系數(shù)，減小了傳熱面積，以最少的材料達
到最佳的換熱效果，同時考慮壓降和換熱系數(shù)的最佳組合關(guān)系，
以最小的壓降達到最好的換熱效果即高效換熱【l l 。
( 3) 纏繞管式換熱器由于管端存在一定長度的自由彎曲
段，因而具有很好的撓性，傳熱管的熱膨脹可部分自行補償，減
輕了對管板焊接的應(yīng)力影響，減少了管頭與管板焊縫的泄漏可
能性。同時，具有抗振動，耐高低溫差大的特點，使用壽命可相對
延長。
( 4) 介質(zhì)溫度端差?。河捎谄洫毺氐穆菪p繞結(jié)構(gòu)，介質(zhì)在
換熱管束中停留更長時間，換熱更加充分，故冷熱介質(zhì)溫度端差
小，實際熱端溫差可達l O℃左右佇J。
( 5) 高壓下采用管道式八角墊自緊式密封，纏繞管換熱器
徹底改變了大型高壓換熱器的密封結(jié)構(gòu)、提高了密封可靠性，保
證了裝置安穩(wěn)長周期運行，繞管結(jié)構(gòu)采用換熱管與殼體組合結(jié)
構(gòu)，耐壓性能好，具備在22MPa 下使用。
( 6) 管內(nèi)介質(zhì)以螺旋方式通過，殼程介質(zhì)逆流橫向交叉通過
繞管，避免了螺紋鎖緊環(huán)折流板結(jié)構(gòu)換熱器在折流板背面存在的
換熱死區(qū)和垢物積聚沉淀，因此介質(zhì)流暢、不存在換熱死區(qū)；同時
流體在相鄰管之
間、層與層之間
不斷地分離和匯
合，使殼體側(cè)流
體的湍流加強，
減少層流，降低
了壁面附著的可
能性、換熱器結(jié)
垢傾向低。
( 7) 纏繞管
結(jié)構(gòu)可以滿足多
種介質(zhì)同時換熱的要求，與板式換
熱器相比，通過調(diào)整管間距，層差距
可以使介質(zhì)流動阻力僅十多kPa
，達到板式換熱器的阻力降水平，而
且對于各種介質(zhì)之間不存在壓差限
制的要求、優(yōu)于板式換熱器，在同等
條件下，適當調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)僅略增
大換熱器直徑即可采用纏繞管式換
熱器替代進口設(shè)備、打破國外技術(shù)
1、9-一上、下管箱，2、爭一
管板，卜支撐芯管，4一
纏繞管，5- - - 護板，卜殼
體，7一支撐端板
壟斷，且降低了工藝介質(zhì)的操作難度。
圖1纏繞式換熱器結(jié)構(gòu)圖
( 8) 設(shè)備重量小，占地少，配管簡單、安裝檢維修便捷，設(shè)備
投資相對較低。
( 9) 纏繞管結(jié)構(gòu)避免了大型管箱等大型鍛件的生產(chǎn)加工，
降低了主要材料因生產(chǎn)廠家少、進口、生產(chǎn)能力不足等導(dǎo)致的長
周期，從而有效縮短整個設(shè)備的制造周期。。
2．2纏繞式換熱器的性能要求
根據(jù)芳烴裝置歧化反應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備布置空間和工藝要求，按
照熱交換的技術(shù)參數(shù)計算所需的設(shè)備換熱面積，采用一臺立式
裹4換熱器實際進出料溫度參數(shù)
【‘_ 換熱器名稱形式進料溫度f c)C殼程／管程) 出料溫度( oc) e殼程／管程) 反應(yīng)器溫度∞) ( 進口／出口)
— —
l 歧化進出料換熱器纏繞管式換熱器440／27 65／410 430／440
纏繞式換熱器替代四臺“U”型管式換熱器。
2．3改造后換熱器工況
芳烴裝置將歧化反應(yīng)器的4臺進出料換熱器更換為1臺
高效能新式纏繞式換熱器后，由于管內(nèi)介質(zhì)的螺旋運動、殼程介
質(zhì)的橫向錯流，使得換熱器傳熱性能得到非常好的加強，換熱系
數(shù)較高，換熱效果得到很大的提高。
從表3、4中可以看出，進出料換熱器改用纏繞管式換熱器
后進料和出料的設(shè)計溫差為25"C(463／448U)，由于實際工況
發(fā)生了變化，進料( 殼程／管程) 為440／27| 《2，出料( 殼程／管
程) 為65／410℃，實際得到的溫差為30℃。改造前后對比，改造
前(殼程／管程) 進出料溫差為87"C(466／379)，則改造后(殼程
／管程) 進出料溫差為30U( 440／410) 。
3結(jié)論
( 1) 換熱效果明顯提高，物料反應(yīng)熱量得到了較充分的利
用。通過運行觀察，當初所提供給纏繞式換熱器的設(shè)計進出料量
表5燃料氣消耗年統(tǒng)計表
E- 505投用前E- 505投用后節(jié)約量
kg／hr 180．1 24．4 155．7
t ／a 1440 ' 弱．2 1245．6
和操作溫度與實際運行的參數(shù)存在一定的偏差，殼程和管程的
進出料溫度為440／410．【2，差值為30" ( 2。
( 2) 燃料氣消耗明顯降低。根據(jù)裝置加熱爐消耗的燃氣量
統(tǒng)計，投用后可節(jié)約燃料氣155．7l 【g／hr ，按年運行8000hr 計
算，共可節(jié)約燃料氣1200t 以上。以2010年燃料氣均價4642元
／t 計算(不含稅)，可節(jié)省燃料氣費用500萬元／a以上。一年半
的運行時間即可收回全部投資。
參考文獻
1蚶奐熱器設(shè)計手冊》錢頌文主編．
2《換熱器》蘭州石油機械研究所主編．
(收稿日期：201l 一09—11)
石油化工建設(shè)2011．∞l 7r 9

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