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[摘要]近年来，随着我们石油化工行业的快速发展，换热器已经成为石油化工行业中一种常见的换热设施，在石油化工行业中得到广泛的应用。本文主要介绍了板式换热器、热管换热器和高通量换热器的特点和应用领域，并且详细阐述了高通量换热器的应用和发展。
[关键字] 换热器 石油 化工 高通量 热管
中图分类号：TU433
前言
石油、化工行业是换热器最主要的应用领域，约占换热器30%的市场份额。石油、化工生产中几乎所有的工艺过程都有加热、冷却或冷凝过程，都需要用到换热器。换热器的性能对石化产品质量、热量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要作用。目前，换热器正朝着大型化、高效率、高合金化、低温差、低压力损失方向发展。
一、板式换热器在石化工业中的应用
在石油化工上，随着生产工艺的不断改进，板式换热器在天然气的液化、分离装里，及合成氛工业中逐步地获得应用，在化工领域板式换热器在重油催化裂化装置中得到了应用。板式换热器在石油工业的应用主要是在各种油品的加热及冷却、塔顶气体的冷凝和冷却、工厂冷却水系统、工厂酸性水的处理、海洋钻井平台用于海水冷却循环淡水或乙二醇粗尚油冷却、脱盐装置、淡水蒸馏、三甘醇脱水时进行热回收及冷却气等方面。在石油化工装置中，使用板式换热器的优点是由于温差小，不仅可以充分利用冷量，减少因存在温差造成的不可逆损失，而且改变了制冷的级别，从而使制冷所需的功率降低。
板式换热器是一种传统的换热设备，具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠及能承受高温、高压等优点。板式换热器的优点：
1）传热系数高；2）对数平均温差大；3）NTU大；4）耐温承压能力强；5）占地面积小；6）重量轻；7）污垢系数低；8）清洗方便。
二、热管换热器在石化工业中的应用
石油化工企业中的许多加热炉和裂解炉，例如制造乙烯用的石脑油裂解炉，排烟温度一般在200～400℃之问，并且燃烧后的废气往往不利于排空，采用热管式空气预热器利用这部分废气预热助燃空气，可以达到很好的节能效果。
国内外许多加热炉采用了两种或三种热管式换热器相结合的流程来回收烟气的高温余热。即首先将高温烟气通过余热锅炉降至500～600℃，产生1.9～3 MPa的蒸汽，降温后的烟气通过空气预热器将空气预热至250℃，烟气温度降至300℃以下进人热管省煤器，将105℃的脱氧水加热至250℃左右，烟气温度降至300℃以下，经引风机送至烟囱排放。这种流程具有很大的经济优越性。选择既经济又高效的烟气换热装置是脱硫工艺中的关键环节，利用未脱硫的高温烟气通过换热器去加热脱硫后的净烟气，使净烟气从40℃被加热到提升烟气的抬升高度。利用脱硫换热器既可以回收高温烟气的热量、节省能源，又可以保证脱硫塔的正常工作、减少水消耗，同时提高脱硫塔的脱硫效率、降低对大气的二次污染。
该换热器有一个矩形的外壳，内部由许多单根热管组成，热管的布置形式可以是错列呈三角形的排列，也可以是顺列呈正方形的排列。在矩形壳体内部的中央有一块管板（中孔板）把壳体分成两部分，形成高温流体（原烟气）和低温流体（净烟气）的通道。当高、低温流体同时在各自的通道中流过时，热管就将高温流体（原烟气）的热量传给低温流体（净烟气），实现了两种流体的热交换，使原烟气的温度降低达到去吸收塔的温度，净烟气的温度升高满足排放的要求。在换热器中，热管数量的多少取决于换热量的大小，为提高换热系数，在热管上缠绕翅片，这样可使所需的热管数目大大减少。因此，采用热管式换热装置具有较强的经济意义和社会意义。
三、高通量换热器在石化工业中的应用
随着我国对乙烯产品需求量的不断增大，为降低能耗，发挥出规模效应的优势，新建乙烯装置大多是800 kt/a以上甚至百万吨级别的。
（1）高通量管换热器的结构特点。
高通量管是采用特定的喷涂设备，将具有较高结合强度的复合粉末高速地通过火焰喷射到经过严格清洁处理并预热过的被加工管表面基体上，在普通换热管表面基体上附着一层多孔金属层，形成多孔表面，用以显著提高沸腾给热系数的强化换热管。根据不同的强化需求可加工成管内多孔表面或管外多孔表面。其强化机理是改变沸腾表面，多孔的表面形成了众多能够长期稳定存在的泡核沸腾中心，使膜状沸腾改变为泡核沸腾。液体在微孔中以薄液膜的形式處于四周受热状态，气泡内气体升温后迅速膨胀破裂，脱离沸腾表面，此时液体借助表面张力作用不断吸入微孔，并在孔穴中受热、蒸发，使沸腾设备保持在泡核沸腾的状态下。由于改变了沸腾状态，使总传热效率得到大幅度的提高。同时，液體在孔穴内受气泡不断膨胀、收缩而持续循环作用，故孔穴也不易被油垢或脏物堵塞。
（2）高通量管换热器的优点。
1）传热系数高。由于沸腾始终保持在泡核沸腾状态，沸腾给热系数为光管的3～8倍，从而大幅提高了沸腾设备的总传热系数。
2）传热温差小。由于液体是以薄液膜形式传热和汽化，在相同热负荷下传热温差仅为普通表面的1/4～1/7，在0.6～1.0℃传热温差下即可开始沸腾。并可以应用于生物和医药工程中不宜高温沸腾的物料。
3）临界热负荷高。多孔表面管的临界热负荷比光管高1.5～2.0倍。
4）防结垢能力强。由于是多孔表面管，流体在多孔表面的循环量为光管的10～15倍。大量的液体循环对换热管表面起到清洗作用，因而有比光管更强的抗污特性，不易结焦。
5）性能价格比高。由于提高了传热效率，减小了设备体积，在降低设备投资的同时也减少了相应的建设费用，体现出较高的性价比。从高通量管换热器的结构特点、强化传热原理上可以推断出它所适合使用的场所，其工艺参数见表1。
因为该换热器壳层的温差非常小，且壳程流体有相变的要求（由液态转化为气态），故非常适合采用有表面多孔层的高通量的换热管的形式，使膜状沸腾改变为泡核沸腾状态，增大传热系数。
（3）高通量换热器的工业应用
对于乙烯装置的几个大的冷凝换热器如第一脱丙烷塔冷凝器、丙烯精馏塔冷凝器、丙烯冷剂冷凝器等在壳程有相变要求，且换热介质温差较小，表面张力较低，适合采用螺纹翅片管换热器，可有效减少占地面积、节约大量的金属材料，降低设备费用。
采用高效换热器应注意壳程和管程对流传热系数的均衡，总传热系数简化后可以同时增加管程和壳程的对流传热系数，使壳程和管程传热系数相对均衡，消除管程传热的瓶颈，显著地提高传热效果。在总的传热量不变的情况下，降低了换热面积，使设备的总重量减少，达到减少占地和节约投资的目的。
传统的换热器存在占地面积大，换热效率低，需要较大的传热温差，易结垢等缺点，不适合大换热量的情况下使用。高效换热器采用特殊的多孔的喷涂层，传热温差小，总传热系数高，抗污防结垢能力强，传热系数高，能适应临界热负荷高的场所，而且特别适合有相变的场所。同时由于提高了传热效率，减小了设备体积，在降低设备投资的同时也减少了相应的建设费用，有较高的性能价格比。
结束语
随着科学技术的不断进步和换热器技术的日益成熟，高通量换热器将会在石油化工装置上得到越来越广泛的应用和发展，高效节能换热器的研究将成为当下换热领域研究的热点。
参考文献：
[1]余国宗，化工机械工程手册》，化学工业出版社，2003.1.
[2]秦叔经、叶文邦等，《换热器》 ，化学工业出版社，2003.
[关键字] 换热器 石油 化工 高通量 热管
中图分类号：TU433
前言
石油、化工行业是换热器最主要的应用领域，约占换热器30%的市场份额。石油、化工生产中几乎所有的工艺过程都有加热、冷却或冷凝过程，都需要用到换热器。换热器的性能对石化产品质量、热量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要作用。目前，换热器正朝着大型化、高效率、高合金化、低温差、低压力损失方向发展。
一、板式换热器在石化工业中的应用
在石油化工上，随着生产工艺的不断改进，板式换热器在天然气的液化、分离装里，及合成氛工业中逐步地获得应用，在化工领域板式换热器在重油催化裂化装置中得到了应用。板式换热器在石油工业的应用主要是在各种油品的加热及冷却、塔顶气体的冷凝和冷却、工厂冷却水系统、工厂酸性水的处理、海洋钻井平台用于海水冷却循环淡水或乙二醇粗尚油冷却、脱盐装置、淡水蒸馏、三甘醇脱水时进行热回收及冷却气等方面。在石油化工装置中，使用板式换热器的优点是由于温差小，不仅可以充分利用冷量，减少因存在温差造成的不可逆损失，而且改变了制冷的级别，从而使制冷所需的功率降低。
板式换热器是一种传统的换热设备，具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠及能承受高温、高压等优点。板式换热器的优点：
1）传热系数高；2）对数平均温差大；3）NTU大；4）耐温承压能力强；5）占地面积小；6）重量轻；7）污垢系数低；8）清洗方便。
二、热管换热器在石化工业中的应用
石油化工企业中的许多加热炉和裂解炉，例如制造乙烯用的石脑油裂解炉，排烟温度一般在200～400℃之问，并且燃烧后的废气往往不利于排空，采用热管式空气预热器利用这部分废气预热助燃空气，可以达到很好的节能效果。
国内外许多加热炉采用了两种或三种热管式换热器相结合的流程来回收烟气的高温余热。即首先将高温烟气通过余热锅炉降至500～600℃，产生1.9～3 MPa的蒸汽，降温后的烟气通过空气预热器将空气预热至250℃，烟气温度降至300℃以下进人热管省煤器，将105℃的脱氧水加热至250℃左右，烟气温度降至300℃以下，经引风机送至烟囱排放。这种流程具有很大的经济优越性。选择既经济又高效的烟气换热装置是脱硫工艺中的关键环节，利用未脱硫的高温烟气通过换热器去加热脱硫后的净烟气，使净烟气从40℃被加热到提升烟气的抬升高度。利用脱硫换热器既可以回收高温烟气的热量、节省能源，又可以保证脱硫塔的正常工作、减少水消耗，同时提高脱硫塔的脱硫效率、降低对大气的二次污染。
该换热器有一个矩形的外壳，内部由许多单根热管组成，热管的布置形式可以是错列呈三角形的排列，也可以是顺列呈正方形的排列。在矩形壳体内部的中央有一块管板（中孔板）把壳体分成两部分，形成高温流体（原烟气）和低温流体（净烟气）的通道。当高、低温流体同时在各自的通道中流过时，热管就将高温流体（原烟气）的热量传给低温流体（净烟气），实现了两种流体的热交换，使原烟气的温度降低达到去吸收塔的温度，净烟气的温度升高满足排放的要求。在换热器中，热管数量的多少取决于换热量的大小，为提高换热系数，在热管上缠绕翅片，这样可使所需的热管数目大大减少。因此，采用热管式换热装置具有较强的经济意义和社会意义。
三、高通量换热器在石化工业中的应用
随着我国对乙烯产品需求量的不断增大，为降低能耗，发挥出规模效应的优势，新建乙烯装置大多是800 kt/a以上甚至百万吨级别的。
（1）高通量管换热器的结构特点。
高通量管是采用特定的喷涂设备，将具有较高结合强度的复合粉末高速地通过火焰喷射到经过严格清洁处理并预热过的被加工管表面基体上，在普通换热管表面基体上附着一层多孔金属层，形成多孔表面，用以显著提高沸腾给热系数的强化换热管。根据不同的强化需求可加工成管内多孔表面或管外多孔表面。其强化机理是改变沸腾表面，多孔的表面形成了众多能够长期稳定存在的泡核沸腾中心，使膜状沸腾改变为泡核沸腾。液体在微孔中以薄液膜的形式處于四周受热状态，气泡内气体升温后迅速膨胀破裂，脱离沸腾表面，此时液体借助表面张力作用不断吸入微孔，并在孔穴中受热、蒸发，使沸腾设备保持在泡核沸腾的状态下。由于改变了沸腾状态，使总传热效率得到大幅度的提高。同时，液體在孔穴内受气泡不断膨胀、收缩而持续循环作用，故孔穴也不易被油垢或脏物堵塞。
（2）高通量管换热器的优点。
1）传热系数高。由于沸腾始终保持在泡核沸腾状态，沸腾给热系数为光管的3～8倍，从而大幅提高了沸腾设备的总传热系数。
2）传热温差小。由于液体是以薄液膜形式传热和汽化，在相同热负荷下传热温差仅为普通表面的1/4～1/7，在0.6～1.0℃传热温差下即可开始沸腾。并可以应用于生物和医药工程中不宜高温沸腾的物料。
3）临界热负荷高。多孔表面管的临界热负荷比光管高1.5～2.0倍。
4）防结垢能力强。由于是多孔表面管，流体在多孔表面的循环量为光管的10～15倍。大量的液体循环对换热管表面起到清洗作用，因而有比光管更强的抗污特性，不易结焦。
5）性能价格比高。由于提高了传热效率，减小了设备体积，在降低设备投资的同时也减少了相应的建设费用，体现出较高的性价比。从高通量管换热器的结构特点、强化传热原理上可以推断出它所适合使用的场所，其工艺参数见表1。
因为该换热器壳层的温差非常小，且壳程流体有相变的要求（由液态转化为气态），故非常适合采用有表面多孔层的高通量的换热管的形式，使膜状沸腾改变为泡核沸腾状态，增大传热系数。
（3）高通量换热器的工业应用
对于乙烯装置的几个大的冷凝换热器如第一脱丙烷塔冷凝器、丙烯精馏塔冷凝器、丙烯冷剂冷凝器等在壳程有相变要求，且换热介质温差较小，表面张力较低，适合采用螺纹翅片管换热器，可有效减少占地面积、节约大量的金属材料，降低设备费用。
采用高效换热器应注意壳程和管程对流传热系数的均衡，总传热系数简化后可以同时增加管程和壳程的对流传热系数，使壳程和管程传热系数相对均衡，消除管程传热的瓶颈，显著地提高传热效果。在总的传热量不变的情况下，降低了换热面积，使设备的总重量减少，达到减少占地和节约投资的目的。
传统的换热器存在占地面积大，换热效率低，需要较大的传热温差，易结垢等缺点，不适合大换热量的情况下使用。高效换热器采用特殊的多孔的喷涂层，传热温差小，总传热系数高，抗污防结垢能力强，传热系数高，能适应临界热负荷高的场所，而且特别适合有相变的场所。同时由于提高了传热效率，减小了设备体积，在降低设备投资的同时也减少了相应的建设费用，有较高的性能价格比。
结束语
随着科学技术的不断进步和换热器技术的日益成熟，高通量换热器将会在石油化工装置上得到越来越广泛的应用和发展，高效节能换热器的研究将成为当下换热领域研究的热点。
参考文献：
[1]余国宗，化工机械工程手册》，化学工业出版社，2003.1.
[2]秦叔经、叶文邦等，《换热器》 ，化学工业出版社，2003.