纏繞管換熱器是近幾年開發的一種特殊管殼式換熱器, 由殼體和繞管芯體兩部分組成[1]。纏繞管換熱器具有結構緊湊、傳熱效率高、熱端溫差小以及無熱膨脹問題等優點。目前, 纏繞管換熱器廣泛應用在低溫甲醇洗、氣分、天然氣氣化、煉廠加氫、加氫裂化以及連續重整等裝置。重整工藝的主要目的是將低辛烷值的石腦油轉化成高辛烷值的汽油組分, 或者生產高芳烴含量的化工原料, 同時副產氫氣。
纏繞式換熱器在連續重整裝置中的應用
在連續重整裝置中, 預加氫進料換熱器、重整進料/產物換熱器, 再生部分燒焦進料換熱器都屬于工藝流程關鍵位置的換熱器, 負荷大、換熱深度較深, 其選型將影響到整個裝置的有效運行。
1 普通換熱器存在的問題
1.1 預加氫進料換熱器
預加氫進料換熱器是預加氫部分換熱系統的核心, 其換熱效果是影響預加氫反應部分能耗高低的關鍵。過去, 預加氫進料換熱器采用的是普通管殼式換熱器, 由于單臺普通換熱器可實現的熱端溫差較大, 所以此位置采用了6臺同樣尺寸的換熱器, 兩兩重疊, 串聯布置。
(1) 普通換熱器采用折流板, 來改變流體流動方向并起著支撐管的作用, 會造成一些問題:阻力損失大, 易產生流動滯止死區;殼程流速高時, 會造成管束的震動, 影響壽命[2]。
(2) 普通管殼式換熱器一般都有不同程度的結垢問題, 造成傳熱系數下降, 影響傳熱效果, 降低換熱器負荷, 從而造成整個裝置的生產能力下降。
(3) 采用U型管換熱器, 設備占地大。更重要的是, 六臺管殼式換熱器串聯操作, 管殼程壓力降大。預加氫反應部分, 根據循環氫系統的壓降, 調整壓縮機出口壓力, 循環氫系統壓降增大, 將加大壓縮機的功率。
1.2 重整進料/產物換熱器
重整進料/產物換熱器要求換熱深度深, 管殼程壓降損失小, 運行安全可靠。過去, 重整進料/產物換熱器采用板式換熱器。但是板式換熱器由于特殊的結構, 存在易損壞、可靠性差等缺點, 特別是國產的板式換熱器, 已損壞多臺, 采用板式板式換熱器已經不能保證裝置穩定可靠的運行。
(1) 板式換熱器密封性較差, 易泄露, 需常更換墊圈, 影響正常操作[3]。
(2) 流道小, 一旦板式換熱器入口過濾器故障, 易造成流道堵塞, 造成流動阻力增大, 增大能耗。
(3) 板式換熱器的密封圈使用條件有很大限制, 如果在生產過程中, 操作溫度和操作壓力波動, 易造成密封圈損壞, 致使裝置非計劃停車。
1.3 燒焦進料換熱器
燒焦進料換熱器管殼程介質為再生氣, 要求換熱深度深, 管殼程壓降小。過去, 燒焦進料換熱器采用的直管立式換熱器。但是直管立式換熱器能夠達到的換熱效率低, 同樣的負荷, 要求的換熱面積大。同時會導致換熱器熱端溫差較大, 回收的熱量較少, 增大燒焦電加熱器和再生氣循環后冷器的負荷, 增大操作成本。
2 纏繞管式換熱器的高效性能
將以上三個位置的換熱器采用纏繞管式換熱器, 預加氫進料換熱器由原來的6臺串聯改為2臺串聯, 重整進料/產物換熱器和燒焦進料換熱器都更換為一臺高效纏繞管式換熱器。纏繞管式換熱器具有以下高效性能:
2.1 纏繞管換熱器采用自吸收熱膨脹管束, 結構簡單可靠, 可承受高壓;設備運行安全可靠。不受設備操作過程中溫度和壓力波動變化的影響, 抗裝置“波動”能力顯著提高, 能有效避免因裝置“波動”使設備損壞泄漏, 造成非計劃停車, 從而達到生產穩定可靠運行。
2.2 纏繞管換熱器管內流體以螺旋方式流動, 同等流速下, 降低了壁面附著的可能性以及結垢傾向;殼側流體湍流程度較高, 流體沉積的幾率較低。相比U型管換熱器, 纏繞管換熱器的管殼成結垢傾向大大降低。
2.3 纏繞管換熱器接管與管箱間采用法蘭連接, 密封性能好, 不易泄露。
2.4 纏繞管換熱器管殼程換熱效率高, 結構緊湊, 占地面積小;纏繞管換熱器管殼程壓力損失小, 可減小裝置內壓縮機的功率, 降低裝置能耗。
2.5 纏繞管換熱器能達到較低的熱端溫差, 降低冷流體出口介質后續的加熱爐 (或電加熱器) 的負荷, 節省燃料 (或電量) ;同時降低熱流體出口介質后續的空冷器 (或水冷器) 的負荷, 降低電量 (或循環水) 的消耗;降低操作成本。
3 結語
文中介紹了纏繞管換熱器在連續重整裝置中的應用, 主要用于預加氫進料換熱器, 重整進料/產物換熱器和燒焦進料換熱器等位置上, 其具有以下優點:
(1) 纏繞管換熱器采用采用自吸收熱膨脹管束, 傳熱管的熱膨脹可自行補償。
(2) 纏繞管換熱器抗裝置“波動”能力強, 能夠保證裝置穩定可靠運行。
(3) 纏繞管換熱器密封性能好。
(4) 纏繞管換熱器結構緊湊, 換熱效率高, 熱端溫差小, 抗垢性能好, 管殼程壓降小等優點。
摘要：纏繞管換熱器是一種特殊管殼式換熱器, 用于連續重整裝置中預加氫進料換熱器, 重整進料/產物換熱器和燒焦進料換熱器等位置。纏繞管換熱器具有結構緊湊、傳熱效率高、熱端溫差小的優良性能, 又具有抗操作波動、無泄漏、無熱膨脹的特點, 可作為連續重整裝置中較為理想的高效、高可靠性的換熱設備。
關鍵詞：纏繞管換熱器,連續重整,應用
參考文獻
[1] 都躍良, 張賢安.纏繞管換熱器的管理及其應用前景分析[J].化工機械, 2005, 32 (3) :180-185.
[2] 張賢安.高效纏繞管式換熱器的節能分析與工業應用[J].壓力容器, 2008, 25 (5) :54-57.
[3] 馬小明, 劉慧華.板式換熱器半片失效分析[J].石油化工設備, 2007, 36 (3) :93-96.