下载文档原格式
工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications·87·第44卷第7期2018年7月1 螺旋缠绕管式换热器应用分析从装置应用实际情况来说，在煤化工和其他领域中，以不同的结构形式，被广泛的应用。
以LNG 系列螺旋缠绕管式换热器为例，其类型主要如下：①一级制冷四股流缠绕管式换热器；②二级制冷三股流缠绕管式换热器；③三级制冷两股流缠绕管式换热器等。
此类换热器的应用涉及到多个过程，比如低温混合制冷剂、多股流回热换热过程等，设计计算复杂，缺少通用技术标准以及换热工艺设计计算法等，受到工艺流程或者物性参数等因素的影响，因此难以标准化。
2 螺旋缠绕管式换热器的基本结构常规的单股流螺旋缠绕管的基本结构如图1所示，它主要由1-管程壳体；2-管板；3-壳程筒体；4-螺旋管束组成。
它的螺旋管束是由数根外径φ8mm~φ12mm 的换热管根据一定角度正向反向缠绕而成。
1234图1 螺旋缠绕管换热器的基本结构3 螺旋缠绕管式换热器设计要点3.1 做好力学分析在机械设计中，为保证其使用性能，必须要做好力学分析，包括刚性力学分析和弹性力学分析，进而优化设计。
在进行分析的过程中，主要采用的计算方法包括雷诺数计算法以及普朗特数计算等。
基于力学原理，采用对数平均值法以及体积分率法等进行力学分析。
采用单元模型流场数值模拟分析法可确定其在物理参数，简化计算过程获得管束模型以及结构参数。
采用迭代计算法，结合运用数值模拟计算结果，利用计算机进行设计结果优化，进而保证计算的准确性。
3.2 立足于实际在进行螺旋缠绕管式换热器设计时，要考虑到后期加工制作和使用需求。
多数螺旋缠绕管式换热器的换热管和管板的连接采用强度焊的方法。
因为焊接的质量直接影响着换热器使用性能和寿命，所以在设计和制造环节，需要做好壳程部分的优化设计，通过压力试验或者渗漏试验等，检查接头的致密性以及强度。
第52卷第9期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 9 2023年9月 Liaoning Chemical Industry September，2023收稿日期： 2023-02-15连续重整再生烟气脱氯技术工业应用王国庆（中海石油炼化有限责任公司，北京 100010）摘 要： 阐述了某石化企业重整（II）装置UOP 采用的第三代催化剂再生工艺采用最新的Chlorsorb 氯吸收技术，表明了其再生烟气中的氯化氢和非甲烷总烃已无法满足当前环保要求，对比低温脱氯和高温脱氯两种再生烟气脱氯方案的优缺点，并展示了低温脱氯方案在某石化企业重整（II）装置的应用效果。
关 键 词：重整；再生烟气；低温脱氯；高温脱氯中图分类号：TQ014 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）09-1374-04随着国家对安全环保的高度重视，2015年7月1日国家实施的《GB 31570—2015 石油炼制工业污染物排放标准》，该标准规定了石油炼制工业企业及其生产设施的水污染物和大气污染物排放限值、监测和监督管理要求，其中规定重整催化剂再生烟气排放氯化氢＜10 mg/m 3，非甲烷总烃＜30 mg/m 3[1]。
而根据某石化企业重整（II）再生烟气日常分析，氯化氢质量浓度为2～6 mg/m 3，非甲烷总烃为2 000～4 950 mg/m 3，显然不符合最新国家排放标准。
面对我国严格的环保新标准，某石化企业重整（II）通过实施技术改造在催化剂再生烟气排放后路新增两台脱氯罐，日常保证一开一备，使用低温固定床脱氯技术，高效解决再生烟气中氯化氢含量高的问题，避免氯化氢对设备和环境的污染。
同时，将新增烟气脱氯罐后路改至加热炉的风道中，一方面有效地脱除再生烟气中的非甲烷总烃，另一方面合理利用烟气余热，提高了加热炉热效率。
分析了脱氯罐的投用以及日常操作中的注意事项，以供同行借鉴。
1 再生烟气中HCl 和非甲烷总烃的来源某石化企业重整（II）采用UOP 第三代催化剂再生工艺“CycleMax Chlorsorb”，实现催化剂连续循环，同时完成催化剂再生，主要包括除尘、烧焦、氧/氯化、干燥、还原等步骤，催化剂的循环和再生由催化剂再生控制系统CRCS 来控制。
连续重整装置的工艺优化与能耗降低研究摘要：连续重整工艺是石油化工行业的一种主要生产方式，其能耗问题一直是业内关注的焦点。
本文从工艺优化和能耗降低两个角度，对连续重整装置进行深入研究。
首先，根据连续重整工艺的特性，我们采用了先进的工艺模型，优化连续重整装置的操作参数，同时结合设备性能进行系统优化。
研究表明，一些关键参数的适度调整，如反应器的入口温度和压力，可有效提升混合气组分的质量和产量。
其次，我们通过改进装置设计及运行方式，有效降低了设备的能耗。
实地应用证明，这套方法不仅提升了产品水平，还显著降低了系统运行的整体能耗。
研究成果能为石油化工企业进行连续重整工艺优化和能耗降低提供重要参考。
关键词：连续重整工艺；工艺优化；能耗降低；操作参数；产品水平；引言：连续重整工艺作为石油化工行业中，一种重要的生产方式，始终备受产业界的持续关注和研究。
特别是近年来，随着环保政策的日趋严格，能源也越来越稀缺，能耗的问题在许多产业中都已经成为了首要的问题。
因此，挖掘连续重整装置的工艺潜力，优化其运行策略，以实现产品产量的提高和能耗的降低，成为了当前越来越迫切的需求。
遗憾的是，在此领域的研究工作并不多见，相关的方法和技术仍处于起步阶段。
从这一角度出发，本文将深入探讨连续重整装置的工艺优化与能耗降低，希望为相关产业实践提供有效的理论支持和技术参考。
1、连续重整装置工艺优化连续重整装置是石油炼制生产中重要的一环，直接影响到炼化产品的质量和产量，继而影响炼化企业的生产效益和能源消耗效率[1]。
针对连续重整装置的工艺优化具有重要的理论和实践意义。
1.1 连续重整装置工艺特性分析连续重整装置的运行通道，可分为三个部分：加热、反应和分离，各有其特殊的工艺过程性状。
加热环节是要把原料转换到适宜反应的温度，而温度太高的话则会导致能量消耗和设备的损坏增加。
反应环节需要考虑催化剂的挑选，反应温度和压力的管理，这些都会明确影响到连续重整装置的效果。
缠绕管式换热器的特点与发展周松锐;曹蕾;王锦生【摘要】缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备,具有管束补偿性好、管内的操作压力高、可同时实现多股流的热交换等优点,广泛应用于煤气化废热回收、空气分离、氢液化、稀有气体分离、低温甲醇洗、液氮洗等领域.本文着重介绍了缠绕管式换热器的结构、优点、缺点以及国内的发展情况.【期刊名称】《四川化工》【年(卷),期】2016(019)001【总页数】3页(P34-36)【关键词】缠绕管式换热器;缠绕管;低温甲醇洗;煤化工【作者】周松锐;曹蕾;王锦生【作者单位】东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都,611731;东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都,611731;东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都,611731【正文语种】中文关键词：缠绕管式换热器缠绕管低温甲醇洗煤化工缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备，其结构形式不同于传统的管壳式换热器，近年来已被广泛应用于煤气化废热回收、空气分离、氢液化、稀有气体分离、低温甲醇洗、液氮洗等领域。
缠绕管式换热器的结构如图1所示，主要由芯筒、外壳、换热管、垫条、封头、管板等组成，换热管布置于芯筒与外壳之间的空间内，按螺旋线形状逐层交替缠绕而成，相邻两层换热管的缠绕方向相反，两层换热管之间用金属垫条隔开，形成壳程流道。
换热管一般采用外径为φ6mm～φ15mm的细管，可承受较高压力，因此管内一般走高压流体。
换热管的缠绕角度为6°～20°。
垫条一般为1mm～5mm 厚的带状金属条。
缠绕管式换热器可分为单股流缠绕管式换热器和多股流缠绕管式换热器，如图2、图3和图4所示[2]，其中图4中的多股流缠绕管式换热器带有若干小管板。
缠绕管式换热器的结构发展主要体现在两个方面。
一是换热管的表面形态的改变，如光管、螺纹管、翅片管等；二是换热管缠绕方式的改变，如套管式绕管、并管式绕管等。
(1)结构紧凑，在单位容积内具有较多的换热面积，占地面积小，易实现大型化。
重整换热器类型和操作问题增加重整进料/流出物换热能力使之超过普通的管壳换热器的主要技术有三种：焊接板、螺旋管（twisted tube）和条形折流板(rod baffle)。
后二者可以安装在现有的壳层中并且将壳层一侧的压降减少到最低程度。
焊接板换热器是与管壳式换热器不同的另一种换热器。
如果进行了预安装，在短短的（如，一周）停工期间更换一台Packinox焊接板换热器（WPHE）是可行的。
在那种情况下，为完成安装所有必须要做的是旋转四个工艺管线的弯头和进行水力实验。
对于水平式换热器，将普通类型的管束更换为螺旋管可以很快（两天内）完成。
从后勤角度看，垂直换热器比较复杂，因为涉及到大的起重机；所需要的时间将相当于催化剂再生的时间。
a)焊接板WPHE是由包容在一个压力容器内的焊接板板束组成。
垂直安装和有逆流流动的Packinox换热器可以在工业中提供最高的原料预热温度和最低的装臵回路压降。
在降低操作成本的同时，这种换热器可使处理量增加35%，或者在脱瓶颈的项目中更切实可行，并且可减少加热炉排放的SOx, NOx和CO2。
在重整装臵改造中缺少投资资金的炼油商可以通过一种运行租赁方式为Packinox装臵提供资金，资金是以操作费而不是以投资的方式偿还。
在问题方面，曾经报道有Packinox换热器的问题，特别是在改造的高压半再生装臵中的问题。
在进行设计变更之前，这些装臵通常经历过喷射管的小（3mm）洞被盐类沉积物、建筑残留物和催化剂碎片等那样的东西所堵塞。
堵塞的通常原因是在开工期间未能适当地冲洗上游过滤器和喷射管之间的管线，过滤器过高的压降以及过滤器类型、筛网和安装不当。
Packinox建议如下：●使用两个平行的篮式过滤器；在线使用时一个作为替换用。
●开工时用60目（250微米）过滤器；正常操作时用30目（500微米）。
●过滤器单元总切面 原料管线截面的5倍。
●机械能力至少可承受75psi(517kPa)的压降。
连续重整装置工艺模拟与优化改造发表时间：2019-05-06T10:21:17.660Z 来源：《电力设备》2018年第31期作者：侯鉴桐[导读] 摘要：催化装置作为石油加工过程当中极为关键的一个装置。
（中国石油辽阳石化芳烃厂重整车间 111003）摘要：催化装置作为石油加工过程当中极为关键的一个装置。
此装置的耗能量占全厂耗能量的比重十分大，尤其是连续重整装置。
现阶段由于对连续重整装置投量的不断加大，使得重整装置在加工和耗能量方面存在了一些问题，如果使用适宜的工艺不仅可以减少成本，还能降低耗能量，因此对重整装置的工艺进行优化改造是非常重要的。
关键词：连续重整装置；工艺模拟；优化改造一、重整装置的工艺模拟（一）工艺原理初馏点为－175℃的石脑油是重整装置的关键原料，主要用于生产具有芳烃的重整生成油，其辛烷值RONC=102，芳烃为78%，是芳烃与汽油的调和物，并且还可以产出微量的氢气与液化气。
将催化剂再生主要是为了把重整当中的催化剂经过烧焦去除积炭后，再对它展开氯化和焙烧处理，来提高活性，最后把催化再生剂送到反应装置中，用来循环应用，并严格执行。
（二）工艺特点连续重整装置的工艺环节有预处理、重整反应及催化剂连续再生这三个环节。
以往所应用的传统工艺为法国的IFP第一代连续重整工艺，主要是为了生产高辛烷值汽油，该工艺的生产量为70万吨/年，催化剂再生量是292kg/h。
在2001年，因为化纤工程的出现，使工艺从汽油类转为芳烃类，生产量减少至50万吨/年。
在2004年的十月我国开始对连续重整工艺进行改造，催化剂再生环节使用的工艺是某石油化公司所研制出的LPEC连续重整成套工艺，此工艺将重整反应环节又增添了一个反应器，使生产量从50万吨/年又变为至 70吨/年、催化剂再生量从200kg/h增长到500kg/h。
从2006年到2007年，分别研制出了低碳烧焦工艺和固相脱氯技术，使再生环节运行稳定，并增强了其质量。
・8・ ２００５年第１期 石油和化工节能绕管式换热器技术发展综述 王百战 染绪囷 摘要 绕管式换热器作为高效紧凑换热器的一种，在余热利用和节能方面起着积极的作用。
介绍了绕管式换热器的结构特点以及发展的现状和主要趋势，对换热器系统最佳化和评价方法等问题进行了分析探讨。
关键词 绕管式换热器 技术 发展 在年产３００ｋｔ合成氨５２０ｋｔ尿素的装置中，高效紧凑式换热器的应用是一个显著的特点。
绕管式换热器作为高效紧凑换热器的一种，发挥着自身独有的作用，在余热利用和节能方面起着积极的作用。
本文就绕管式换热器的技术发展、换热研究、制造技术以及优化设计方面作一些粗浅的介绍，可作为绕管式换热器在生产管理和技术管理方面的参考。
１ 绕管式换热器的结构特点 绕管式换热器在结构上较为紧凑，传热效率也高，并且具有一定的温度自补偿能力。
结构特点是用小直径管以螺旋状缠绕在芯管上，而且各层的缠绕方向相反，螺旋圈的径向间距用特制的金属垫条来调节，螺旋圈的角度一般为５－２０°。
绕管式换热器一般适宜用于多股流体间的换热。
多用于净化流程的低温甲醇洗装置以及空分装置。
小直径管有的是单独缠绕，也有的是将两根或多根管子焊接（或并）在一起，做成多管型结构。
图１和图２是双管型绕管式换热器及其解析模型图。
图１ 双管型绕管式换热器 图２ 双管型绕管式换热器的解析模型 ２ 绕管式换热器的现状及发展趋势 从２０世纪７０年代开始，由于化工装置和能源装置在不断地向高参数和大型化发展，同时由于节能形势的发展，高效紧凑式换热器日益受到重视，绕管式换热器也随之趋向大型化和高参数方面的发展。
绕管式换热器的大型化发展也揭示着新的制造水平：大型管板锻件的供用和加工；管束与壳体的装配以及引发的焊接工作量等问题的解决都进入了一个新的层次。
大型管板，孔多、孔密、孔小、孔深，而且孔的精度和光洁度要求很高。
要达到高的加工精度，当然必须依靠高的定位精度来保证。
美国ＣＥ公司采用Ｃｒｏｓｓ公司５轴数控管板钻床，达到了当代超厚管板加工技术的最新水平。
缠绕管式换热器在连续重整装置的应用
金晓晨 黄武生 王建伟 吴峰
（辽宁华锦集团炼化分公司 盘锦 124021）
摘要：介绍了缠绕管式换热器在华锦炼化分公司重整进料换热器的成功应用情况，应用结果表明，采用新型换热器后，装置运行稳定，与国内外同类装置采用的板式换热器换热效果相当。
通过与板式换热器和常规列管式换热器的应用对比，阐述了缠绕管式换热器作为重整进料换热器的优势。
关键词：缠绕管式换热器 连续重整 对比
1 前言
华锦炼化分公司连续重整装置是联合装置的重要组成部分，采用美国UOP公司的工艺技术，由洛阳石化工程公司进行工程设计。
装置与联合装置一同于2007年7月开始开工建设，2009年12月一次投料开车成功。
在华锦连续重整装置中首次采用国产的缠绕管式换热器作为装置进料换热器。
连续重整装置的进料换热器是装置中关键设备，正确选择进料换热器的形式,不仅可以降低重整反应系统的压降,而且还可以降低加热炉的负荷，节约燃料消耗。
由于目前的重整装置都在较低的压力下操作,为了降低重整循环氢压缩机的负荷，还要求重
整反应系统的压降要小。
在国外,林德公司在合成氨甲醇洗系统中推出了缠绕管换
热器系列。
目前该种换热器在我国主要应用于大化肥合成氨
装置。
经过引进的消化吸收，镇海炼化检修安装公司开发了
具有自主知识产权的缠绕管式换热器，已在大化肥、空分、
炼油、化工装置等方面得到了广泛的应用。
2005年镇海炼化
150万吨/年加氢裂化装置上的高压换热器部分首次采用2台
缠绕管式换热器，经过几年运行，该换热器运转正常，与传
统的螺纹锁紧式换热器相比具有占地面积省，换热器热端温
差小，换效率高等特点。
缠绕管式换热器的广泛应用和其占地省、效率高的特点非
常适合连续重整进料换热器对换热器的技术要求，考虑镇海
建安公司在化肥及炼油等装置的丰富应用业绩，经过与洛阳
石化工程公司组成专家组慎重研究，决定在华锦炼化分公司
连续重整装置采用缠绕管式换热器型式，由镇海石化建安工
程公司制作。
2 华锦重整缠绕管式进料换热器结构及基本参数
2.1 设备结构介绍
缠绕管式换热器主要由壳体和芯体及其接管组成，如图一所示。
其中芯体结构较复杂，由中心筒、换热管、垫条及管卡等组成。
是在与管板相连的中心筒上, 以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成管束,再将管束放入壳体内的一种换热器。
其具有结构紧凑、可同时进
行多种介质换热、管内操作压力高、传热管的热膨胀可自行补偿、换热器易实现大型化等特点。
氢气由循环氢入口进入换热器，原料重石脑油自油入口进入换热器后与氢气混合 ,通过分配盘使油气得到充分的混合后进入换热管。
2.2 本装置缠绕管式换热器的主要参数
表一 华锦缠绕管式换热器主要参数
参数 壳程 管程
设计压力 MPa 0.5 0.73
设计温度 ℃ 518 497
污垢热阻 m2K/W 0.0003 0.0003
换热量 kW 26994 26994
传热系数 W/(m2K) 345.049
换热面积 m2 3890
压力降 kPa 33.86 13.95（不含气液分布器）
换热管规格 mm Φ18×1.2 DN=2300
换热管材料 0Cr18Ni10Ti
中心筒规格 mm 720
3 缠绕管式换热器与板式换热器和列管式换热器特点对比
目前重整进料换热器都采用立式换热器,主要有两种型式,一种是列管式立式换热器,另一种是板壳式换热器。
板壳式换热器较管壳式换热器具有更高的传热系数，能够回收更多的热量。
但由于制造难度大，近十年来，多采用进口板壳式换热器( Packinox)。
虽然该设备在技术上完全满足要求，但设备价格昂贵，一次投资费用高且制造周期长。
3.1 换热器运行对比
衡量换热器的好坏主要有两个方面 ,一是热端温差 (热流入口温度与冷流出口温度的差值 ) ，另一方面是管壳程压降总和 (ΔP)。
热端温差越小 (即冷流被热流加热的温度越高 )说明换热效果越好。
对于超低压的重整来说，重整进料 /产物换热器的压降在整个反应系统压降中占有很大的比例。
换热器的压降小可以降低循环氢压缩机的负荷，这些对于大型的连续重整装置是非常重要的。
下面就本50万吨/年连续重整装置进料换热器标定数据与设计数据及列管换热器及进口板式换热器进行工艺操作参数对比，具体见表二。
表二 三种换热器工艺参数对比表
缠绕管式换热器 项目 管壳换热器 板壳式换热器
设计 标定
热端温差，℃ 48 30 30.69 26.2
管程压降，KPa 15 15 24 17.3
壳程压降，KPa 27 24 33.86 48.0
换热器负荷，MW 26.7 28.08 28.08 28.07
加热炉负荷减少，MW 0 1.23 1.23 1.24
设备重量，t 96.5 68 85
从以上对比结果来看，缠绕管式换热器换热效果较好，换热深度与板式换热器基本相当。
壳程压降较大，在标定过程中满负荷情况下壳程压降达到48KPa。
设备重量较列管式换热器轻很多，比板壳式换热器略重。
换热器的轻量化可一方面可以节约钢材，另一方面可以节约安装空间，降低安装费用。
3.2 操作费用及投资对比
三种重整进料换热器投投、操作费用及抽余周期等情况对比见表三。
表三 三种进料换热器投资及操作费用对比表
项目 列管换热器 进口板壳式换热器缠绕管式换热器
进料换热器投资，万元 基准 基准+1200 基准+250
四合一加热炉投资，万元 基准 基准-165 基准-165
总投资变化，万元 基准 基准+1035 基准+85
进料加热炉燃料费用，万元/年 基准 基准-250 基准-245
投资回收期，月 0 49.7 4.16
订货周期，月 基准 基准+6 基准
从以上结果可以看出，进口板壳式换热器虽然重量轻换热效果好，但其一次投资较高，投资回收期长。
采用缠绕管式换热器考虑四合一加热炉投资的减少总投资仅比常规管壳式换热器略高。
3.3 操作方面对比
由于板壳式换热器结构方面原因，为了避免热膨胀应力对设备的损害，要求工艺操作方面在开停工升降温过程必须严格执行规定的升降温速度。
但缠绕管式换热器由于 管束两端均有自由段，因此不存在热膨胀应力。
另一方面由于缠绕管式换热器只有法兰，换热器泄漏的风险非常小。
华锦重整装置在运行过程中也证明了以上两点。
从运行考察和标定结果来看，缠绕管式换热器能够适应各种工况，投用以来一直运行平稳，对比板式换热器升降温严格的速率控制（10-15℃/h），没有严格的限制。
在装置烘炉及开停车期间，完全按照工艺要求操作未发现异常，表现出了不受系统开、停车影响、不受设备运行过程中温度、压力波动变化影响温度升降无严格要求的特点，达到了预期设计目的，为装置长周期安稳长满优运行打下了良好的基础。
4 存在问题讨论
4.1 管壳程差压较大、设备维修及清洗困难
通过表二的对比发现，在标定满负荷工况进料换热器壳程出入口差压达到48KPa，高于设计值。
在以后的正常装置操作过程中，非满负荷工况下壳程压降下降很多。
考虑以上情况，可以通过进一步优化设计降低壳程压降。
压降大是缠绕管式换热器在加氢裂化等装置应用的突出问题，这也是由于其管束结构复杂造成的。
它的结构特点也同样给换热器结垢后的清洗带来了不便，无法用常规的机械清洗法对设备进行清洗除垢，只能采取化学清洗的方法。
在装置大修时可对换热器进行解体，对设备进行全面的检查和维修过程壳体内部检查与检验将十分困难。
4.2 无应用经验，须逐步摸索
在连续重整装置进料换热器的应用中采用缠绕管式换热器尚属首次，装置运行时间还不足两年，还须要几个周期的检验才能确认其在连续重整装置长周期运转的可靠性。
5 结论
通过缠绕管式换热器在辽宁华锦炼化分公司连续重整装置进料换热器一年多的工业应用表明：
1）该换热器的换热强度优于设计值，热端温差达到26.2℃。
大大降低了四合一加热炉的负荷，降低了装置消耗，经济效益显著。
2）虽然其壳程差高较高，但在操作过程中除压缩机能耗略高外未发现其它不利影响。
3）该换热器对工艺操作无苛刻要求，一方面降低了装置操作难度，减少了误操作对设备的损害，另一方面减少了开停工所用的时间，降低于开停工的经济成本。
参考文献：
1、孙晓娟 伍于璞 新型重整进料换热器的技术比较 炼油技术与工程 2010.8
2、何文丰 胡文忠 缠绕管式换热器在加氢裂化装置的应用 加氢裂化技术论文集 2008
3、张贤安 高效缠绕管式换热器的节能分析与工业应用 压力容器 2008.5
4、迟春雨 连续重整装置进料换热器的选择 辽宁化工
5、伍于璞 连续重整的设计能耗再分析 重整年会论文集 2008。
