新型换热设备概述
1、余热回收
在石油炼制过程中存在大量可以利用的余热，随着炼油技术的日臻完善，节能工作在炼油厂日趋重要，因此对节能技术的要求也日益提高。在炼油厂存在着众多加热炉，节能的一个重要途径就是降低加热炉的排烟温度，回收余热降低能耗。由于炼油厂使用的燃料油质量日益恶化、稠度增大、酸值提高、灰分增加，因此常规使用的换热器，例如列管式或回转式换热器就日渐暴露出固有的缺点，回转式空气予热器一方面因为有转动部件，间隙不易控制，易造成大量漏风，使用时能保持15%的漏风率就已经很不错了；另一方面，其制造复杂，精度要求高，易积灰尘且清除困难，严重时甚至出现自燃而使蓄热板变形导致失效。列管式空气予热器，虽然制造简单，但因其采用是光管，传热系数较低，回收同样的热量，所需面积势必增大，造成设备体积大，钢材消耗多，占有场地大等一系列问题。而热管换热器则以其独特的传热原理和设备结构，能够较妥善地解决了强化传热，提高密封性能，减少积灰和改善防腐蚀性能逐渐为大家所接受。
热管是应用工质相变进行传热的，因此具有启动快、传热强度大的特点。
热管空气予热器的优点：
（1）传热效率高，在热管的吸、放热段均可根据需要采用翅片强化传热，弥补气体换热系数低的弱点。
（2）有效地避免烟气、空气串流，每根热管都是相对独立密封件，烟气，空气在管外流动，中间由隔板密封严格分隔。
（3）有效地防止酸露点腐蚀，通过调整热管根数或热管吸热段与放热段的传热面积比，可控制管壁温度，防止露点腐蚀。
（4）有效地防止积灰，予热器设计成变截面结构，保证流体进出采用等速流动，达到自清灰的目的。
（5）传热过程无运动部件，没有附加动力消耗，不需要经常更换热管元件，即使有部分损坏，也不会停炉随时更换，保证正常生产。
（6）结构简单而紧凑，故障少，安装维护容易。
 |
1、换热器壳体构架 2、方园管道 3、无机热管 4、音波发生器（清灰装置 |
表1 常减压热管空气予热器性能参数
| 名称 | 单位 | 2RH850Y | 2RH650Y |
| 流量 | Kg/h | 6.455×104（烟气） 5.792×104（烟气） | 5.05×104（烟气） 4.66×104（烟气） |
| 烟气入口温度 | ℃ | 362 | 360 |
| 烟气出口温度 | ℃ | <180 | 160 |
| 空气入口温度 | ℃ | 20 | 20 |
| 空气出口温度 | ℃ | 225 | 225 |
| 烟气压降 | Pa | 310 | 390 |
| 空气压降 | Pa | 250 | 490 |
| 吹灰蒸汽 | MPa | 1.0 | 0.6 |
| 传热面积 | ㎡ | 冷侧1710 | 冷侧1280 |
| 烟气侧1610 | 烟气侧1200 | ||
| 回收热量 | Kcal/h | 360×104 | 250×104 |
| 效 益 | 万元/年 | 182 | 151 |
2．炼油过程加热和冷却方案
在原油的炼制和处理过程中经常需要将被加热的流体冷却下来而进入下一炼制工序中去。这种型式的冷却往往造成能量的大量损耗，投资大，安全性低，尤其对水资源较贫乏的地区就更为困难。精制油和糠醛系统就是如此，精制油在去白土的装置前必须待其温度由195℃下降到140～130℃，同时去抽提塔的再生糠醛按工艺要求应从150℃下降到140～130℃后才可通过，对于这种情况过去基本上是采用循环水或自然水方式进行冷却，这不仅浪费了大量热量和消耗了泵功率，而且还增加了水的消耗，如果对冷却水处理不好还会造成设备结垢、堵塞和使设备失效。
采用热管式空气冷却器进行冷却，同时对余热进行回收，这不仅提高整个系统的热效率，节省能源，而且还可以克服上述缺点。将热管换热器用精制油和糠醛系统的多流体并联式空气冷却，将予热的空气送入加热炉作为助燃风，达到双重效果，充分发挥了热管换热器的优点。
表2 丁烷脱历青装置热管空气予热器性能参数
| 名 称 | 单位 | RH1000WY |
| 流 量 | Kg/h | 29412（烟气） 27023（空气） |
| 烟气入口温度 | ℃ | 380 |
| 烟气出口温度 | ℃ | 180 |
| 空气入口温度 | ℃ | 20 |
| 烟气压降 | Pa | 〈100 |
| 空气压降 | Pa | 〈100 |
| 传热面积 | M2 | 1100（冷侧） 900(烟气侧) |
| 回收热量 | Kcal/h | 150×104 |
| 效 益 | 万元/年 | 90.8 |
3．螺旋槽管——热管复合式空气予热器方案
此方案的要点是在高温区，烟气入口段，采用螺旋管空气予热器，而在低温区使用热管空气予热器。
螺旋槽管空气予热器其结构简单，传热系数较一般列管空气予热器高出30%，能耐较高温度，可在450℃烟气中长期稳定地工作，造价较低。由于高温区不存在酸腐蚀问题，将螺旋槽管空气予热器布置在高温段不会出现由于酸腐蚀而导致穿孔漏风的危险。而在低温段，采用热管空气予热器，利用热管可调节壁温的特点，可提高受热面的壁温，从而避开酸露点以保证受热面的安全。
本方案充分发挥螺旋槽管和热管这两种形式的空气予热器优点，避免其缺点，因而可获得满意的结果。本方案具有重量轻、造价低，安全可靠性高，运行调节简单等显著优点。在启动工况时，热管最高工作温度仅为215℃，在其安全使用范围内。
为了保证冬季运行的可靠性，在热管予热器空气进口处设置前置预热器，通过提高入口风温，从而提高受热面的工作温度，避免结露。
二、电热膜原油加热器
自控电热膜加热器是专门为储油罐加热研制设计的。该加热器可以代替燃油蒸汽锅炉、电热管等其它加热方法，具有绝缘强度高，安全可靠，寿命长，节电等优点。
以电热膜石英玻璃管为加热元件，该项技术是一项以氧化锡为主体的半导体电热材料，以多晶体半导体载流子滚动学说为基础，定义了电热膜载流子浓度物理量，揭示了载流子浓度对电热膜、功率、寿命、温度、电热转换等规律。电热膜的电热转换率与载流子浓度的变化成线性关系，在这一系列理论基础上，使得电热元件及其制造方法及产品问世。
1．工作原理
（1）电热膜加热元件直接浸入热媒导热油中，通电后产生的热量直接传递给导热油，由循环油泵把被加热的导热油输送到设置在原油罐内部的散热器中，散热器再把热量传递给原油，达到了加热原油的目的。
（2）电热膜加热器采用智能温控数字显示系统，操作非常简便易行。用户可根据需要自行设定温度，当达到指定温度时，自动降压断电，使被加热的原油保持在指定的温度上；当低于指定温度时会自动启动加热。
如果加热管线有漏油时可通过压力传感器传给报警器进行报警并关机。
2．电热膜加热器性能特点
（1）优质材料
内胆与外壳永不腐蚀，耐磨耐冲击力强，寿命长。
（2）电热膜元件
通过绝缘基材表面改性电热膜半导体生成技术，电热转换率高达98%以上，升温快。无明火，寿命是合金电热器的4-5倍，升温断电无滞后现象，有利于精确温控（1℃），不会过热和焦化。
（3）导热油热媒介质
沸点高，350℃温度不汽化，常压，安全可靠。
（4）全自动控制
快速反应，从送电、加热、控温、断电、缺油、故障报警等一系列功能由电脑来实施，无人值守。
（5）热媒循环系统
采用进口耐高温油泵，配备防爆电机。
 |
1．导热油 2．内胆油箱 3．保温材料 4．外壳 5．电热膜石英管加热元件 6．电源线 7．传感器 8．上盖 9．电控柜 10．散热器 11．导热油管路 12．循环油泵 |
三、空气冷却器
随着我国工农业生产的迅速发展，用水量大幅度增加，水资源短缺已成为制约我国经济发展的“瓶颈”问题。节水已成为工业生产的重要研究课题。
在石化厂生产过程中，有大量的冷却水循环使用，如何有效减少用水损耗，降低系统的能耗，冷却系统起着关键作用。传统的水冷却方式受到严峻的挑战。首先，在以冷却塔为冷却方式的生产中，由于水分蒸发，造成大量水资源的浪费，成为工厂沉重的经济负担；其次，当冷却水蒸发速度较快时，水中的杂质会在管路和换热器中大量沉积，不仅造成管路和换热器中的流动情况和传热能力恶化，使功耗增大，而且会腐蚀设备，使设备运行年限大大缩短；再次，环境问题越来越受到关注，而工业用冷却水大多来自于河水，导致河水温度升高会破坏河流中的生态平衡，而冷却设备的泄漏会造成严重的水质污染。采用空气冷却系统不受水资源的限制。
对于水资源，若长期无节制地大量使用，又无回灌措施，所造成的问题就不仅仅是热污染，地下水长期过量开采，水位严重下降，地面下沉，对农业生产和人民生活都会带来严重的负面影响。
密闭式空气冷却器其热水和空气不直接接触，热水的冷却是在空气冷却器内的散热管中实现的，传热为非接触传热。一种干湿式空气冷却器倍受人们的重视，热水与空气进行干式冷却后再进行湿式冷却，随季节环境温差的变化，春秋冬季使用干式冷却方式，夏季气温高，干湿冷却方式同时启动，既满足了生产的需要，又节省了能源。
1．发电厂直接空气冷却器
直接空冷是指将汽轮机的蒸气直接用空气来冷凝，所需冷却空气通常由机械通风方式供给，其散热器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片的若干个管束组成的。直接空冷采用的冷却介质为空气，湿冷采用的循环冷却水。同等容量的空冷机组与湿冷机组相比，其冷却系统本身可节水97%以上，全厂节水约65%以上，是火电厂节水量最多的一项技术。运行中湿冷却塔必须补充水，大约为总冷水流量的3%，以补偿因蒸发和排污损耗的冷却水，其设计耗量为4L/Kwh。
空冷系统的维修费一般为湿冷系统的20%～30%，由于空气冷却器空气侧压力降到100Pa～200Pa，故运行费用很低。与投资成本相结合考虑则直接空冷设备的一次性高额投资往往少于湿冷系统的长期运行费用。
由于空冷机组没有逸出水雾气团，不发生淋水噪声，减轻了对环境的污染，改善了空气的能见度。空冷系统没有排污，故对环境水体无影响。此外，采用空冷系统可避免湿冷机组的汽雾和废热对环境造成污染，在工业区还能防止化工废气和汽雾相遇时产生的化学腐蚀，湿冷系统的排放污水必须进行处理，达到环境保护法规定的清洁度，然后才能排入自然环境中。在一些水源紧张或环境要求严格的地区，必须通过昂贵的废水再循环处理系统对排污水进行处理，以保证节水效益。
表3 用水量对比表
| 机组类型 | 小时用水量m3/h | 日用水量m3/d | 年用水量m3/a |
| 2×600MW湿冷 | 2615 | 62752 | 1438×104 |
| 2×600MW空冷 | 742 | 17808 | 408×104 |
表4 空气冷却器主要参数表
| 名称 | 单位 | 数量 |
| 设计温度 | ℃ | 12 |
| 设计背压 | Kpa | 12 |
| 空冷凝汽器初始温度 | ℃ | 37.9 |
| 空冷凝汽器通风面积 | m2 | 11880 |
| 空冷凝汽器通风风速 | M/s | 2.3 |
| 空冷凝汽器单元数 | 个 | 56 |
| 翅片管束 | 个 | 448 |
| 管束总散热面积 | m2 | 1394950 |
工业冷却系统以空气冷却系统代替水冷却系统是一种行之有效的节水节能方法，既可节约水资源又能保护环境。传统的介质水冷却系统需要配备水池、水泵、换热器、冷却塔等设施。
该空气冷却器结构包括：壳体、壳体上方的空气入口，下方的空气出口，设置于空气进、出口处的风机和空冷器本体。空冷器本体由散热排管按错排方式构成。换热管外部采用高频焊接翅片，管内制成槽沟或锯齿形构造。
采用上述强化传热措施，使空冷器总传系数比传统方法提高了30～60%；通过合理布置结构，使空气流道畅通，外掠气体分离点后移，旋涡压变小，明显增强外侧空气传热效果，从而使风机功率降低，耗电量减少。该空冷器的本体采用整体热浸锌处理，消除传热管与翅片之间的热阻，传热能力大大改善，整个翅片管抗腐蚀能力增强了。
图3 液体介质空气冷却器
1、架子 2、分水包 3、出水管 4、喷淋泵 5、配电箱 6、主体 7、风机
8、吊装环 9、溢流管 10、百叶管 11、水位计 12、回水管 13、水箱 14、管道泵
 图4 卧式液体介质空冷器系统示意图 |
1．压力表 2．循环泵 3．过滤器 4．水压调节 节门 5．空冷器入口 6．空冷器出口 7．空冷器 8．风机 9．喷嘴 10．喷淋管 11．喷淋水槽 12．喷淋泵 13．水箱 |
表5 液体介质空冷器性能参数
| 型 号 参 数 |
CKL-2 0.60 | CKL-2 0.80 | CKL-2 1.00 | CKL-2 1.35 | CKL-2 1.50 | CKL-2 1.80 | CKL-2 2.00 | |
| 冷却能力（KW） （Kj/h） KcaL/h |
60 21.57×104 5.16×104 | 80 28.76×104 6.88×104 | 100 35.95×104 8.60×104 | 135 48.53×104 11.61×104 | 150 53.90×104 12.90×104 | 180 64.00×104 15.48×104 | 200 71.89×104 17.20×104 | |
| 风量（M3/h） | 11,000 | 15,000 | 19,000 | 24,000 | 29,000 | 45,000 | 51,000 | |
| 风机型（T35/11） | 4.5×2 | 5.6×2 | 5.6×2 | 5.6×2 | 6.3×2 | 6.3×3 | 6.3×3 | |
| 风机功率（KW） | 0.37×2 | 0.55×2 | 0.75×2 | 1.1×2 | 1.5×2 | 1.5×2 | 2.2×3 | |
| 管径（DN） | 40 | 50 | 50 | 50 | 50 | 65 | 65 | |
| 油压降 （Mpa） | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.04 | |
| 重 量 (t) | 0.82 | 1.00 | 1.30 | 1.48 | 1.57 | 1.70 | 1.80 | |
| 外 形 尺 寸 （mm） | 长（L） | 777 | 868 | 868 | 868 | 868 | 948 | 948 |
| 宽（W） | 1020 | 1070 | 1110 | 1200 | 1290 | 1380 | 1470 | |
| 高（H） | 1600 | 1800 | 1800 | 1800 | 1900 | 2600 | 2600 | |
3.电器设备空气冷却器
电器设备在工作中产生大量的热量，若不及时散掉会严重影响设备的使用性能和寿命。目前工业上使用的电器设备，因为用户自身的条件各不相同，对冷却水系统重视不够，未按规定使用纯净水，而使用井水、河水或自来水，造成冷却部位结垢，局部温度升高严重影响电器元件的可靠性和使用寿命。研究和实际应用表明，单个半导体元件温度比正常工作温度每升高10℃，系统的可靠性将降低50%。因此电子技术的发展需要良好的散热手段来得保证。
采用空气冷却系统具有紧凑性、可靠性、高效散热率，不需要维修等特点。传统的水冷系统，往往配备板式换热器，二次循环水泵、水池、冷却塔等设施来冷却一次纯净水。二次冷却水消耗量大，板式换热器换热表面容易结垢，严重地影响换热能力，清洗时费工费力，重新装配时容易出现泄漏问题。新型空气冷却器只进行一次换热，传热管形成高热流密度，管外空气侧采用高频焊接，增大了扩展面积，提高了空气换热的能力，纯净水在空冷器传热管内流量，通过管外的空气流把电器设备发生的热量快速散发到大气中去，空气冷却系统长期运行不结水垢，不被异物堵塞。冬季在北方可以在冷却水中加入防冻剂，消除了水路被冻裂的隐患。
冷却水系统配置分水器、回水箱，以保证设备的正常供水和回水。
在夏季环境温度较高和要求冷却水温度降得较低时，在风机和传热管束之间增设喷淋装置，可使传热管表面温度降至湿球温度，增大温差传热效果。温度可实现自动控制，满足不同工艺过程对温度的要求。
该空气冷却器比常规冷却器具有以下优点：
1．无需水池、冷却塔，占地面积小。
2．纯净水封闭循环，水质干净，不结水垢。
3．闭路循环，无杂物进入，不长青苔，不会堵塞管路。
4．体积小，整体性能好，安装方便。
5．封闭循环，耗水量极少。
6．避免夏季电器设备出现冷凝水，导致设备故障的可能性。
7．冬季在北方地区，循环水路中加入防冻液，避免冷却水冻结的危险。
8．耗电量较低。
 图5 电器设备空气冷却器 |
1．轴流风机 2．喷淋管 3．换热管束 4．喷淋泵 5．接水盘 6．循环泵 7．水箱 8．出水管 9．进水管 10．控制 |