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摘要：本文主要研究高效换热器在数百万吨乙烯装置中的应用。首先，分析了高通量管换热器，波纹管换热器和螺纹管换热器的结构特点，优点和工业应用。 其次，在使用高效换热器时，应注意壳侧与管侧之间的对流换热系数的平衡。
关键词：强化传热；高通量换热器；波节管换热器
近年来我国的经济发展速度不断加快，工业发展方面对乙烯产品的需求量也在不断的增加，想要降低对乙烯产品的能耗，需要从生产规模方面进行。我国多数的乙烯装置都超过了800万吨/年，甚至超过千万吨。这样的生产带来了大规模的设备问题，特别是在热转换过程中，表观传热和传热面积显着增加。在约100万吨的乙烯装置中，热交换器具有很大的传热能力，如第一丙烯塔，第二丙烯塔，蒸馏塔和丙烯蒸馏塔，其中丙烯的热负荷高达89001KW。在对普通的换热器进行使用的时候，其主要特点是热面积大，占地面积大，为设备的使用带来了极大的不便，既没有达到节能的效果，也没有达到节省投资的效果。因此，上述热量应使用高效率，高通量或高强度的热量。高效换热法已广泛应用于中国沿海的大型乙烯装置企业。
一、高通量换热器介绍
（一）加强传热机理
1、高通量管换热器特点
高通量换热器是一种具有特殊喷淋设备的增强型换热器管。经过严格的清洗和处理，采用高速火焰喷涂的方法将结合强度高的复合粉末喷涂在加工管表面处。运用专业的技术将普通的换热管光滑的表面变成多孔形式的表面，这样做的目的是提高换热器的换热能力。管道内外多孔表面可根据不同的加固要求进行加固。通过改变沸腾表面的形式来加强传热机理，在多孔的换热管表面可以进行长期的沸腾模式。这种液体以薄膜的形式加热。气泡中的气体迅速膨胀，加热后离开沸腾的表面。此时液体通过表面张力不断进入沸腾装置，并在孔内加热，使沸腾装置处于沸腾状态[1]。沸腾状态的改变大大提高了总传热效率。同时，由于气泡的膨胀和收缩，孔隙内的液体不断收缩，使孔隙不易被油脂或污垢堵塞。
2、高通量管式换热器的优点
1)高通量管式换热器其最大的优点就是传热能力高，在换热管中，沸腾面一直都是在沸腾的状态下，这就将换热管的换热能力扩大了3 ~ 8倍，大大提高了沸腾设备的总换热系数。
2)高通量管换热器传热温差小。由于膜的液体传热和蒸发，热负荷传热表面的温差仅为普通传热表面的1/4-1/7。它可以在0.6-1.0 c沸腾，也可以用于不适合高温沸腾的生物制药工程材料。
3)高通量管换热器的高热流量。多孔表面管的临界热负荷是光滑表面管的1.5-2.0倍。
4)高通量管换热器具有较强的阻垢作用。多孔的表表面，在不断有流动液体进行循环的换热管中流动，可增加其流动的速度，速度增加，对管内结构形成冲击，这样的冲击对管内壁具有一定的清洁作用。其性能优于光滑管，且不易结焦。
5)高通量管热性价比高。由于传热效率的提高和设备体积的减小，减少了对设备的投资，施工成本得到了间接的降低，这就是高通量管性价比高的地方。
6)加强沸腾。沸腾换热速率与换热表面气泡速度密切相关。普通光滑管换热器表面的核心是换热器管表面原有的缺陷。高通量管是一种薄的多孔金属涂层。传统换热器管表面有许多相互连接的隧道。它形成大量的人工蒸发岩心，大大提高了气体成核的概率。当气泡长大并逸出时，整个传热过程都是由相互连接的多孔层减少局部液体引起的。同时，表面多孔层增加了传热面积，这是高通量管内沸腾传热增强的另一个重要原因。在沸腾传热过程中，液体是相变的必要条件之一。普通光滑管换热器管的表面粗糙度相对较小，气泡曲率半径也较小。在高温下产生气泡是必要的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高通量管降低了沸腾所需的当量，并在非常小的壁面上产生强成核沸腾。沸腾只需要光管壁的七分之一到八分之一[2]。用高通量换热器替代传统换热器不仅在技术上可行，而且具有显著的强化传热效果。当热源为介质时，同一规格高通量管式换热器的总传热系数是光滑管式换热器的2-5倍。
7)加强冷凝。在格雷戈里效应的作用下，换热器管表面具有良好的膜结。所述底槽能有效加速液膜的形成，降低液膜的热阻，实现强化冷凝。纵向传热面积的增大是导致表面多孔高通量管凝结强化的另一个重要原因。
（二）工业应用
多孔表面强化了氟氯昂、水份、液氮、苯系物、石油、乙醇等工质的沸腾传热。表面多孔换热管可用于各种传热过程。使用表面多孔管的热主要是水平的，或垂直的，也可以是粉末冶金的，也可以是余热锅炉。所属多孔表面管可用于炼油厂、石化企业、乙烯、催化浆料、乙醇、乙二醇等装置的乙烯分离器塔顶和分选装置。它能使换热器面积减少80%以上，使制冷机的体积减小80%以上。新型多孔沸腾表面换热器具有稳定的长期运行性能和无结焦结垢，大大降低了热源介质的消耗，甚至降低了热源介质的温度[3]。
二、波节管、螺纹管换热器
（一）强化传热机理
当流体在波纹管内流动时，由于管道表面的不规则性，流体的速度和压力在波峰与凸面之间发生突变，这样的突变对边界层产生了涡流等影响。边界层中会有涡流的产生，这样会对边界层和边界层外的液体出现混合现象，容易对边界层产生破坏，从而提高了热量传播洗漱。这样的影响对边界层的热阻能力产生干扰，大大的降低了热阻能力。同时，管外换热系数增大。波结换热器管内外侧形成了湍流，流体中的颗粒物质不易在管壁上面形成堆积，也不易结垢[4]。
（二）在工业中的使用
乙烯装置中，有几种换热的方式是常用的，例如第一脱丙烷塔冷凝器、丙烯精馏塔冷凝器等等，根据外壳的需求不同，对热传介质的温差产生影响。降低表面的张力。适用于平头管热的使用，减少受热面积，减少对材料的需求，从而减低了企业生产的成本。
三、采用高效换热器应注意壳程和管程对流传热系数的均衡
根据总传热系数K值，如果多孔金属涂层喷涂的传热系数仅在表面上增加α1，则根据传热计算公式，如果传热系数α2太小，则将成为影响整个传热和产生热阻的主要因素。即使壳侧的传热系数大于1，总传热系数K也不会显着增加，总传热系数K不会产生明显的传热效果。由于外表面多孔涂层的结构，高通量换热器的换热管中的传热系数将增加两倍，这将在结构中产生湍流。通过增加壳管末端的均匀传热系数，壳管末端的传热系数相对平衡，消除了壳管末端传热的瓶颈，传热效果显着提高。在恒定的总传热条件下，减少了传热面积，减少了设备总重量，达到了减少占地，节约投资的目的[5]。
结束语：
综上所述，传统的换热器使用中，会发现，其面积大，传热效率不高，温差大，在管壁内部容易结垢等问题，对传热功能产生影响。本文研究的高效换热器运用的是将多孔方式加入到传热管中，减少温差，提高了总的传热能力，同时也能够防止关闭内部有结垢的现象出现，有强大的去污功能。高效换热技术特别适用于不同的传动场合，能够降低了相应的建设成本，提高了性价比。随着该技术的发展，它将在大型乙烯装置中得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]曾庆峰，魏翔，赵金海，郭彦，龚燕，刘富余，李向进，于型伟.换热器在炼化行业的应用进展[J].石油石化节能，2017，7(04)：49-52+11-12.
[2]吕伟.高通量管换热设备在气分装置上的应用[J].石油和化工设备，2011，14(06)：11-12+10.
[3]张方方，高莉萍.一种新型高效换热器在连续重整装置中的应用[J].石油化工设备技术，2017，38(04):1-6.
[4]李永哲.高效换热器换热管失效的原因研究[J].黑龙江科技信息，2016(18):155.
[5]严伟.高效换热器在乙二醇精馏中的应用[J].中小企业管理与科技(中旬刊)，2015(06):170.
论文作者:李龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
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