上海炫风实业集团有限公司（炫风节能）是一家专注于节能环保设备研发、制造、销售的公司，致力于为社会提供高效、环保的节能设备。
公司成立于2013年，主要经营压力容器、超导热管、余热锅炉、余热回收设备、工业窑炉节能设备、空压机节能设备的研发、制造；锅炉安装及销售；工业节能改造工程、水暖电安装建设工程、环保建设工程的施工；从事节能环保技术领域内的技术开发、技术服务；合同能源管理等。
炫风节能拥有一批专业的管理和技术人才，不断进行技术革新，完善服务质量，研发产品应用于多个领域，给客户创造了较大的经济效益，为社会节约了大量的能源，保护了环境。
摘要：随着近代工业化的推进，低碳工业势不可挡，工业领域相继出现了各种对传统换热器改造的高效节能换热器；但要达到整个生产体系的合理化和能源上的节约，单单是提高换热器的效能不可能接近完美的效果。本文就石油化工领域的实际工况，综述不同种类的换热器的应用环境和换热器的节能研究进展，以及在除垢、问题故障处理方面进行阐述，并提出新的研究思路。
换热器也称为热交换器(heat exchanger)，其主要功能在于实现流体之间的热量转换。在石油化工的生产中，流动介质往往要加热或者冷却，在不同的环境和生产要求中，通过不同种类的换热器，可以使工艺介质达到流程设计中所要求的温度指标，同时满足化学反应工艺的需要。
鉴于换热器的生产原理和功能，其在整个炼油过程中的地位显而易见，是保证工艺介质控温达标、炼油系统运行正常、利用废热节约能源的关键设备，加上换热设备在石化行业中应用的广泛性，也导致其在经济的预算上占有不可窥视的份额，带来的动力消耗和金属损耗的投资也是重中之重。
1、换热器在石化行业中的应用进展
1.1热管换热器在回收废热中的应用
热管换热器常常成功地运用在石油行业中的回收废热的恶劣工况中，例如高含硫的燃料生产。这是因为，在石油化工的生产工艺中，高温加热和裂解设备必不可少，例如在小分子烯烃生产中所用的高温石油脑裂解炉，排烟的温度可达200～400℃，同时恶劣的工况导致产后的废气也不便直接排空。空气预热热管式换热器可以利用废气的余温预热空气助燃，在节能的同时减轻污染。近年来，国内外常常采用多种管式换热器组合，以达到节能排流的效果。主要生产流程如图1。
1.2螺旋折流板换热器在冷换工艺中的应用
螺旋折流板换热器是一种新兴的高效换热设备，起源于1930年瑞典的“Rosenbland”公司提出的螺旋板式换热器结构设想，并很快取得专利权，后英美德日前苏联等国家也相继设计制造了同类产品。我国的化工行业在20世纪50年代开始仿造使用该设备，并在60年代中期完成卷床卷制批量生产，并在1973年编制了“螺旋板式换热器图纸选用手册”，最新的主要有2003版的JB／T4751的《螺旋板式换热器》一书，标志着我国螺旋板换热器的技术水平。相对于传统换热器，螺旋板式换热器有传热系数高和自冲刷防沉积的优点，因而在石油化工行业主要用于汽柴油、氨水、氯水、盐水、强碱强酸及氮氢氨混合气的加热和冷却，以及醇类、树脂、尿素、小分子单体聚合烯烃类及其中间物的加热冷却、冷凝及再煮沸系统。
郝振良等通过实验考察了螺旋折流板和弓形折流板换热器的壳程压降随流量的变化、壳程对流传热Re与Nu的变化以及单位压降下壳程对流传热系数随流量的变化，对不同情况下的选择性做出指导，得出以下结论。
(1)壳程对流传热系数在Re数相同时：弓形折流板系数高于螺旋折流板。
(2)相同壳体直径和流量时：螺旋折流板换热器壳程压降与B螺旋角程反相关关系，但无论是哪种倾角，均小于弓形折流板的壳程压降。
(3)但不同于以上二点的是，在单位压降下，螺旋折流板壳程侧对流传热系数均较高，并在β螺旋角约为40°时对流传热系数到最大值，此时换热器综合传热性能最高。
1.3高效板式换热器在炼油中的节能应用
大中型的炼油厂中，各式换热器高达400台左右，对压力温度要求也高，国外管壳式换热器以达到8.4MPa，1500℃的水平，传热面积达6700m2。由于海上石油平台造价昂贵，所以焊接式板式换热器由于紧凑轻便、传热好、成本低的优点，大量运用在海上石油的生产中，其主要应用领域在于冷却机械润滑油和淡水(缸套冷却水)；同时在石油矿场中，还可以用于原油加热等等。其难点主要在于工艺流程的设计和计算，实际生产中，多因工艺流程不合理造成损失。
陈建伟等理论上就石油化工实际应用中冷却用板式换热器阻力降运算分析，根据换热器特点和导热原理所假设的壁面的液相沿流道呈线性增加，模拟出流道长度、真实质量含气率、体积含气率之间的关系公式，并贴近实际数据，并得出以下结论：
(1)有相变过程的条件下，计算的流体阻力降时，应视为两相或多相流体(不可用单相或均相代替多相流体)，同时采用分流模型进行计算。
(2)石油化工中冷却过程存在部分集态冷凝，会在换热表面形成液膜，所以可选用板翅式一类的紧凑式换热器时，同时要达到合理经济的换热器，必须从结构参数角度考虑调整换热器，仅考虑换传热面积和富裕量并不完善。
1.4薄膜蒸发器在浓缩干燥工艺中的应用
在石油化工的烧碱浓缩、硫化碱蒸发、树脂和橡胶的干燥等工艺中往往可以用到薄膜蒸发器，具有显著的经济效益，导热油炉加热的薄膜蒸发换热器与传统的通用的铸铁大锅等设备相比有以下可取性：
(1)占地减少近6％，实现了机械化蒸发，方便操作，同时由间歇变连续化生产，提高了工业效率。
(2)转子刮板的推动作用下，传热效果较好；同时表面蒸发时间也缩短至一分钟内，不易结垢结焦，产品不易分解，适于热敏性物质；同时沉淀较少，除垢较少。
(3)配套的导热油炉相对铸铁大锅耗煤减少50％，温度达300℃，无压安全。
(4)方便工艺放大设计，可代替釜式干燥器，放大生产中误差较小。
但是实际应用中，目前也存在一些瓶颈问题：沟槽刮板为聚四氟乙烯，耐腐蚀却不耐高温，解决方案有选择石墨等耐腐蚀耐高温物质(>280℃)；工艺管线为无缝管，需30天换一次管道，解决方案有选择不锈钢或含有乃腐蚀的内衬的管道，如氟塑料换热器内衬；循环泵的腐蚀性问题解决。
2、石化行业中换热设备除垢与对策分析
据Steinhagen等对新西兰3000台不同型号不同种类的换热器通信调查，发现90％以上的换热器都存在污垢问题，各种类型的换热器污垢对比图如图2。
国内外数据显示，在炼油工业和化工行业中每年处理污垢所用的到的费用基本上达到1560万，造成了不可忽视的经济和资源上的消耗。
就石油化工的行业实际操作条件，其污垢形成机理及分类可主要分为：腐蚀污垢模型，凝固污垢模型，表面材料诱导模型，气测污垢模型和化学反应污垢模型。在具体的作业预测中，可以按照以上几个种类进行分类预测，根据不同的工况选择不同的换热器，并计算出最佳清洗周期，减少经济上的损失。另外，根据其作业的高温高压等恶劣工况，处理的主要方法有强化传热、机械清洗法、化学清洗法及在线检测实时清洗。
3、石化行业中换热器故障分析维修
3.1换热器的防腐蚀磨损
石油化工的换热器控制中，常常会出现腐蚀泄漏事故，阻碍了生产的平稳运行，也是石油化工中的主要设备故障之一。这种泄露主要分为冲刷泄漏和腐蚀泄漏。目前针对这种现象，主要是出现问题后的修补，已及从生产工艺上避免，或者是在换热器接触面材料和换热器型号的选择上减少工业中的损耗。
3.1.1换热器腐蚀磨损的形成原因
从原料上分析：由于石油化工行业的生产环境中，生产原料石油中所含有比较复杂的化学成分，加上油质粘度大，并且含有不规则的不等大小的各种固体物质，导致换热器的接触面的介质比较复杂，硬件上常常伴随着物理性的摩擦损伤和化学性的强腐蚀。
从化学工艺上分析：整个石油化工的生产链条都是需要高温(>1000℃)高压(2500MPa左右)的条件，同时，各种腐蚀交互影响，例如生产过程中所要求的高流速，是冲刷腐蚀产生的直接缘由，同时也恶化加速了已出现腐蚀性泄露。由此可见，换热器的设备故障中，泄漏与腐蚀总是相辅相成，存在着协同恶化的效应。
3.1.2换热器腐蚀磨损的分类及石化行业对策
(1)换热器表面的腐蚀磨损
表面腐蚀是换热管泄漏中最常见，约占90％。石油化工中的生产介质，往往具有一定的粘连性。含有固体细粒、气泡的高速流体冲刷换热器的传热表面，引起高达10MPa的局部表压，可导致金属表面发生疲劳剥蚀。因此，工艺会要求介质流速大于2m／s。
(2)换热器表面沉积造成电化学腐蚀
炼油中介质粘度大，有时候会发生凝固等现象，导致介质滞留在换热器表面，形成沉积。凝固沉积的不牢固、不连续及不均匀的性质，导致裂缝和间隙的产生，同时缝内外氧差异接而引发电化学腐蚀。可阻止的反应包括：金属溶解反应，即阳极氧化；阴极还原反应；电化学不均匀性的恶性循环扩大式反应。
(3)换热管水侧表面的腐蚀
在热交换装置中，常常以水为热交换介质，水的腐蚀也就无处不在。形成机理主要包括：pH值降低，水汽渗透，溶解氧、CL-、S2-等侵蚀。反应大体分为化学反应腐蚀或电化学反应腐蚀。换热管水侧表面防腐要求：材料表面具有良好的导热性、附着力；材料选择耐温变性和较大的硬度的物质；有优良的耐离子侵蚀性、阻垢性良好和抗水汽渗透能力。
3.1.3换热器腐蚀防护
目前，在石油化工行业中换热器的防腐蚀方法主要分为：阳极牺牲保护法；换热器防腐涂料的开发，例如，在接触面有一层极薄的金属涂层或无机涂层，可完全隔离有害物质和污垢，目前应用较广泛的有CH—784系环氧氨基防腐涂料；另外，出于防水质腐蚀，在换热器材料上也可以有改进，不锈钢、铜钛合金换热器效果好，但造价贵。
3.2换热器法兰裂缝焊接技术
目前应用于工业现场的维修技术主要有冷熔焊补技术。冷熔焊补技术⋯是在气体保护焊的基础上发展起来的新型维修技术，石油化工中换热器的损伤与修复中常常用到。主要特点有：
(1)发热量小，焊接时间短，仅需几十毫秒，同时不会有退火变色问题。
(2)焊接熔池体积小，不足2mm3，应力方向分散，工件承载集中应力小，无裂纹、不变形；同时是有惰性气体保护，即无气孔气泡。修复性优良，表面光亮整洁。
(3)焊接设备小，适合现场实时焊补，可选用的焊丝多泛，对应于各种材料的换热器即使焊接修复。
4、展望
值得注意的是，不仅仅是不同的工艺要求了不同种类的换热器，同时，换热器的并联或串联，对工艺系统的运行也有着至关重要的影响。另外，零部件的搭配选型也是一个重要的环节，可靠性的设计要求零部件在最大范围上适于石化工业中随机应变的强度和应力，这项理念的创新性也弥补了常规设计所不足。
在节能减排方面，除了对换热器的新型改进，在换热器材料的开发项目上有着巨大的潜力，尤其是换热器表面涂料行业，大致方向是轻便、耐高温高压、耐腐蚀、价格便宜和操作上经济合理。目前，各种模拟运算及软件的开发也是一个重要的新方向，在污垢预算和周期性预算方面有方向性的指导作用。
如果喜欢我的分享，欢迎持续关注留言、转发、点赞，不想错过每篇文章，设置一下☆标呀，我会继续更新更多有价值的内容。
欢迎留言区讨论哦，谢谢耐心阅读。祝身体健康，家庭幸福！
承接
余热利用及余热发电业务
电话：13321898722
扫码加微信
