缠绕管换热器是近几年开发的一种特殊管壳式换热器, 由壳体和绕管芯体两部分组成[1]。缠绕管换热器具有结构紧凑、传热效率高、热端温差小以及无热膨胀问题等优点。目前, 缠绕管换热器广泛应用在低温甲醇洗、气分、天然气气化、炼厂加氢、加氢裂化以及连续重整等装置。重整工艺的主要目的是将低辛烷值的石脑油转化成高辛烷值的汽油组分, 或者生产高芳烃含量的化工原料, 同时副产氢气。
缠绕式换热器在连续重整装置中的应用
在连续重整装置中, 预加氢进料换热器、重整进料/产物换热器, 再生部分烧焦进料换热器都属于工艺流程关键位置的换热器, 负荷大、换热深度较深, 其选型将影响到整个装置的有效运行。
1 普通换热器存在的问题
1.1 预加氢进料换热器
预加氢进料换热器是预加氢部分换热系统的核心, 其换热效果是影响预加氢反应部分能耗高低的关键。过去, 预加氢进料换热器采用的是普通管壳式换热器, 由于单台普通换热器可实现的热端温差较大, 所以此位置采用了6台同样尺寸的换热器, 两两重叠, 串联布置。
(1) 普通换热器采用折流板, 来改变流体流动方向并起着支撑管的作用, 会造成一些问题:阻力损失大, 易产生流动滞止死区;壳程流速高时, 会造成管束的震动, 影响寿命[2]。
(2) 普通管壳式换热器一般都有不同程度的结垢问题, 造成传热系数下降, 影响传热效果, 降低换热器负荷, 从而造成整个装置的生产能力下降。
(3) 采用U型管换热器, 设备占地大。更重要的是, 六台管壳式换热器串联操作, 管壳程压力降大。预加氢反应部分, 根据循环氢系统的压降, 调整压缩机出口压力, 循环氢系统压降增大, 将加大压缩机的功率。
1.2 重整进料/产物换热器
重整进料/产物换热器要求换热深度深, 管壳程压降损失小, 运行安全可靠。过去, 重整进料/产物换热器采用板式换热器。但是板式换热器由于特殊的结构, 存在易损坏、可靠性差等缺点, 特别是国产的板式换热器, 已损坏多台, 采用板式板式换热器已经不能保证装置稳定可靠的运行。
(1) 板式换热器密封性较差, 易泄露, 需常更换垫圈, 影响正常操作[3]。
(2) 流道小, 一旦板式换热器入口过滤器故障, 易造成流道堵塞, 造成流动阻力增大, 增大能耗。
(3) 板式换热器的密封圈使用条件有很大限制, 如果在生产过程中, 操作温度和操作压力波动, 易造成密封圈损坏, 致使装置非计划停车。
1.3 烧焦进料换热器
烧焦进料换热器管壳程介质为再生气, 要求换热深度深, 管壳程压降小。过去, 烧焦进料换热器采用的直管立式换热器。但是直管立式换热器能够达到的换热效率低, 同样的负荷, 要求的换热面积大。同时会导致换热器热端温差较大, 回收的热量较少, 增大烧焦电加热器和再生气循环后冷器的负荷, 增大操作成本。
2 缠绕管式换热器的高效性能
将以上三个位置的换热器采用缠绕管式换热器, 预加氢进料换热器由原来的6台串联改为2台串联, 重整进料/产物换热器和烧焦进料换热器都更换为一台高效缠绕管式换热器。缠绕管式换热器具有以下高效性能:
2.1 缠绕管换热器采用自吸收热膨胀管束, 结构简单可靠, 可承受高压;设备运行安全可靠。不受设备操作过程中温度和压力波动变化的影响, 抗装置“波动”能力显著提高, 能有效避免因装置“波动”使设备损坏泄漏, 造成非计划停车, 从而达到生产稳定可靠运行。
2.2 缠绕管换热器管内流体以螺旋方式流动, 同等流速下, 降低了壁面附着的可能性以及结垢倾向;壳侧流体湍流程度较高, 流体沉积的几率较低。相比U型管换热器, 缠绕管换热器的管壳成结垢倾向大大降低。
2.3 缠绕管换热器接管与管箱间采用法兰连接, 密封性能好, 不易泄露。
2.4 缠绕管换热器管壳程换热效率高, 结构紧凑, 占地面积小;缠绕管换热器管壳程压力损失小, 可减小装置内压缩机的功率, 降低装置能耗。
2.5 缠绕管换热器能达到较低的热端温差, 降低冷流体出口介质后续的加热炉 (或电加热器) 的负荷, 节省燃料 (或电量) ;同时降低热流体出口介质后续的空冷器 (或水冷器) 的负荷, 降低电量 (或循环水) 的消耗;降低操作成本。
3 结语
文中介绍了缠绕管换热器在连续重整装置中的应用, 主要用于预加氢进料换热器, 重整进料/产物换热器和烧焦进料换热器等位置上, 其具有以下优点:
(1) 缠绕管换热器采用采用自吸收热膨胀管束, 传热管的热膨胀可自行补偿。
(2) 缠绕管换热器抗装置“波动”能力强, 能够保证装置稳定可靠运行。
(3) 缠绕管换热器密封性能好。
(4) 缠绕管换热器结构紧凑, 换热效率高, 热端温差小, 抗垢性能好, 管壳程压降小等优点。
摘要：缠绕管换热器是一种特殊管壳式换热器, 用于连续重整装置中预加氢进料换热器, 重整进料/产物换热器和烧焦进料换热器等位置。缠绕管换热器具有结构紧凑、传热效率高、热端温差小的优良性能, 又具有抗操作波动、无泄漏、无热膨胀的特点, 可作为连续重整装置中较为理想的高效、高可靠性的换热设备。
关键词：缠绕管换热器,连续重整,应用
参考文献
[1] 都跃良, 张贤安.缠绕管换热器的管理及其应用前景分析[J].化工机械, 2005, 32 (3) :180-185.
[2] 张贤安.高效缠绕管式换热器的节能分析与工业应用[J].压力容器, 2008, 25 (5) :54-57.
[3] 马小明, 刘慧华.板式换热器半片失效分析[J].石油化工设备, 2007, 36 (3) :93-96.