缠绕管换热器在连续重整装置中的应用 韩清华，刘九竹（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳４７１００３） 摘要：缠绕管换热器是一种特殊管壳式换热器，用于连续 重整装置中预加氢进料换热器，重整进料／产物换热器和烧焦 进料换热器等位置。缠绕管换热器具有结构紧凑、传热效率 高、热端温差小的优良性能，叉具有抗操作波动、无泄漏、无热 膨胀的特点，可作为连续重整装置中较为理想的高效、高可靠 性的换热设备。 关键词：缠绕管换热器；连续重整；应用 缠绕管换热器是近几年开发的一种特殊管壳式换热器，由 壳体和绕管芯体两部分组成…。缠绕管换热器具有结构紧凑、 传热效率高、热端温差小以及无热膨胀问题等优点。目前，缠 绕管换热器广泛应用在低温甲醇洗、气分、天然气气化、炼厂加 氢、加氢裂化以及连续重整等装置。重整工艺的主要目的是将 低辛烷值的石脑油转化成高辛烷值的汽油组分，或者生产高芳 烃含量的化工原料，同时副产氢气。 缠绕式换热器在连续重整装置中的应用 在连续重整装置中，预加氢进料换热器、重整进料／产物换 热器，再生部分烧焦进料换热器都属于工艺流程关键位置的换 热器，负荷大、换热深度较深，其选型将影响到整个装置的有效 运行。 １普通换热器存在的问题 １．１预加氢进料换热器 预加氢进料换热器是预加氢部分换热系统的核心，其换热 效果是影响预加氢反应部分能耗高低的关键。过去，预加氢进 料换热器采用的是普通管壳式换热器，由于单台普通换热器可 实现的热端温差较大，所以此位置采用了６台同样尺寸的换热 器，两两重叠，串联布置。 （１）普通换热器采用折流板，来改变流体流动方向并起着 支撑管的作用，会造成一些问题：阻力损失大，易产生流动滞止 死区；壳程流速高时，会造成管束的震动，影响寿命 。 （２）普通管壳式换热器一般都有不同程度的结垢问题，造 成传热系数下降，影响传热效果，降低换热器负荷，从而造成整 个装置的生产能力下降。 （３）采用ｕ型管换热器，设备占地大。更重要的是，六台管 壳式换热器串联操作，管壳程压力降大。预加氢反应部分，根 据循环氢系统的压降，调整压缩机出口压力，循环氢系统压降 增大，将加大压缩机的功率。 １＿２重整进料／产物换热器 重整进料／产物换热器要求换热深度深，管壳程压降损失 小，运行安全可靠。过去，重整进料／产物换热器采用板式换热 器。但是板式换热器由于特殊的结构，存在易损坏、可靠性差 等缺点，特别是国产的板式换热器，已损坏多台，采用板式板式 换热器已经不能保证装置稳定可靠的运行。 （１）板式换热器密封性较差，易泄露，需常更换垫圈，影响 正常操作 ’。 （２）流道小，一旦板式换热器入口过滤器故障，易造成流道 堵塞，造成流动阻力增大，增大能耗。 （３）板式换热器的密封圈使用条件有很大限制，如果在生 产过程中，操作温度和操作压力波动，易造成密封圈损坏，致使 装置非计划停车。 １．３烧焦进料换热器 烧焦进料换热器管壳程介质为再生气，要求换热深度深， 管壳程压降小。过去，烧焦进料换热器采用的直管立式换热 器。但是直管立式换热器能够达到的换热效率低，同样的负 荷，要求的换热面积大。同时会导致换热器热端温差较大，回 收的热量较少，增大烧焦电加热器和再生气循环后冷器的负 荷，增大操作成本。 ２缠绕管式换热器的高效性能 将以上三个位置的换热器采用缠绕管式换热器，预加氢进 料换热器由原来的６台串联改为２台串联，重整进料／产物换热 器和烧焦进料换热器都更换为一台高效缠绕管式换热器。缠 绕管式换热器具有以下高效性能： ２．１缠绕管换热器采用自吸收热膨胀管束，结构简单可靠， 可承受高压；设备运行安全可靠。不受设备操作过程中温度和 压力波动变化的影响，抗装置“波动”能力显著提高，能有效避 免因装置“波动”使设备损坏泄漏，造成非计划停车，从而达到 生产稳定可靠运行。 ２．２缠绕管换热器管内流体以螺旋方式流动，同等流速下， 降低了壁面附着的可能性以及结垢倾向；壳侧流体湍流程度较 高，流体沉积的几率较低。相比ｕ型管换热器，缠绕管换热器 的管壳成结垢倾向大大降低。 ２．３缠绕管换热器接管与管箱间采用法兰连接，密封性能 好，不易泄露。 ２．４缠绕管换热器管壳程换热效率高，结构紧凑，占地面积 小；缠绕管换热器管壳程压力损失小，可减小装置内压缩机的 功率，降低装置能耗。 ２．５缠绕管换热器能达到较低的热端温差，降低冷流体出 口介质后续的加热炉（或电加热器）的负荷，节省燃料（或电 量）；同时降低热流体出口介质后续的空冷器（或水冷器）的负 荷，降低电量（或循环水）的消耗；降低操作成本。 ３结语 文中介绍了缠绕管换热器在连续重整装置中的应用，主要 用于预加氢进料换热器，重整进料／产物换热器和烧焦进料换热 器等位置上，其具有以下优点： （１）缠绕管换热器采用采用自吸收热膨胀管束，传热管的 热膨胀可自行补偿。 （２）缠绕管换热器抗装置“波动”能力强，能够保证装置稳 定可靠运行。 （３）缠绕管换热器密封性能好。 （４）缠绕管换热器结构紧凑，换热效率高，热端温差小，抗 垢性能好，管壳程压降小等优点。 参考文献： ｆ１１都跃良 张贤安．缠绕管换热器的管理及其应用前景分 析【ＪＩ．化工机械，２００５，３２（３）：１８０—１８５． 『２１张贤安．高效缠绕管式换热器的节能分析与工业应用 ｆＪ１．压力容器，２００８，２５（５）：５４—５７． ｆ３１马小明，刘慧华．板式换热器半片失效分析ＩＪ】．石油化工 设备 ２００７，３６（３）：９３—９６． １１８ ２北
高压水在横纹槽螺旋管中的传热性能研究
王小娟;李庆生
【摘 要】In this paper, having FLUENT software adopted and high-pressure
water taken as the medium to analyze both heat transfer and pressure
drop within the smooth wound tube and that with transverse grooves were
implemented to show that, the heat transfer performance of the wound
tube with transverse grooves out-perform that of the smooth wound tube,
so does its pressure drop.%采用FLUENT软件,以高压水为介质分析了光管螺旋管和横纹槽螺旋管管内流体流动传热和压降性能.结果表明:横纹槽螺旋管的传热性能优于光管螺旋管,同时压降也高于光管螺旋管.
【期刊名称】《化工机械》
【年(卷),期】2017(044)005
【总页数】5页(P564-568)
【关键词】绕管式换热器;光管螺旋管;横纹槽螺旋管;传热性能
【作 者】王小娟;李庆生
【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院;南京工业大学机械与动力工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ051.5 绕管式换热器相对于普通的列管式换热器具有结构紧凑度高、适用温度范围广、可用于高压环境、传热温差小、热应力能自身消除、适应热冲击及可同时进行多种介质的传热等优势。Ferng Y M等利用CFD方法分析了迪恩数De和螺距对绕管式换热器管程传热性能的影响，并通过实验数据验证该CFD模型的合理性[1]。Jayakumar J S等采用实验和数值模拟方法对螺旋管换热性能进行研究，结果表明恒定壁温和恒定热流率边界条件均有一定的误差，采用耦合传热计算方法后，实验和数值模拟结果吻合较好[2]。Rainieri S等实验研究了在光滑螺旋换热管和波纹螺旋换热管内的强制对流传热，结果表明：在低迪恩数时，两种结构的传热效果相近；高迪恩数时，波纹螺旋换热管传热效果强于光管[3]。Yang G等通过迪恩数De、扭曲和普朗特数Pr 3个变量，采用数值模拟方法研究了在螺旋换热管内充分发展的层流对流传热[4]。Zachar A通过数值模拟分析了不同的几何参数和热边界条件对层流和过渡流传热速率的影响[5]。Shokouhmand H和Salimpour M R基于最小熵变原则，采用定壁温边界条件分析了螺旋换热管内的层流流动特性和传热性能[6]。Seban R A和Mclaughlin E F实验分析了水在螺旋换热管内层流和湍流状态下的传热特征，并给出了雷诺数Re范围为6 000～65 500、普朗特数Pr范围为2.9～5.7时的努塞尔数Nu公式[7]。Roger G F C和Mayhew Y R实验研究了螺旋换热管内的对流传热和摩擦系数，并提出了雷诺数Re范围为10 000～100
２０１３年第２期，１３～ｌ７ 舰船防化 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＤＥＦＥＮＣＥ ｏＮ ＳＨＩＰＳ ． ｒ０２．１３￣１７
高翅管换热器传热及流阻特性的数值模拟研究
邱雄飞，刘盛田，郭建增，柳琪，胡兴伟
（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸，０５６０２７）
摘要：建立了高翅管换热器的计算模型，用Ａｎｓｙｓ Ｆｌｕｅｎｔ软件对激光器尾气流经高翅管换热器的 传热及流阻特性进行了数值模拟。结果表明，横向管间距或纵向管间距增大时，翅片管后可能产生
漩涡，横向管间距或纵向管间距的减小对漩涡的形成有抑制作用；横向管间距对换热和流阻特性的
影响强于纵向管间距；合理匹配高翅管换热器横向管间距和纵向管间距，可以在保证低压损的情况 下实现激光器尾气温度显著降低。
关键词：翅片管；耦合传热；压力损失；数值模拟 、
中图分类号：ＴＫ１７２ 文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｄｒｏｐ ｏｆ Ｈｉｇｈｌｙ Ｆｉｎｅｄ
Ｔｕｂｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｑｉｕ Ｘｉｏｎｇ—ｆｅｉ，Ｌｉｕ Ｓｈｅｎｇ—ｔｉａｎ，Ｇｕｏ Ｊｉａｎ－ｚｅｎｇ，Ｌｉｕ—ｑｉ，Ｈｕ Ｘｉｎｇ－ｗｅｉ
（Ｔｈｅ ７ １ ８ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＳＩＣ，Ｈａｎｄａｎ ０５６０２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｉｎｅｄ ｔｕｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｗａｓ ｆｏｕｎｄｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ
ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｇａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎｅｄ ｔｕｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｗｅｒｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｕｇｍｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｏｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｔｕｂｅ ｓｐａｃｅ，ａ ｓｗｉｒｌ ｍａｙ
高通量换热管
表面多孔管是高通量换热管的一种，可以通过附着或者加工出大量空穴作为气泡形核的汽化核心，降低过热度，提高沸腾换热效率。目前表面多孔管的换热有这几种方法：烧结型表面多孔管、火焰喷涂型表面多孔管、电镀型表面多孔管、机械加工型表面多孔管、化学腐蚀型表面多孔管、激光加工型表面多孔管等。图1为不同类型的多孔管示意图。
图1. 表面多孔管示意图
本技术资料将分别介绍这几种多孔管制造方法的工艺及特点以及国内外多孔管的发展状况，并针对目前钛及钛合金表面多孔层的制备技术进行汇总，最后介绍一下表面多孔换热管的性能指标和测试方法。
一、工艺方法
1. 烧结型表面多孔管
烧结型表面多孔管最先发展于上世纪70年代，由美国UOP(Union carbide)公司最先发明，专利号为USA:3384154。主要过程是将铜粉、粘结剂、溶剂混合，通过喷雾或浸渍等方式涂敷在光管内或外表面，再经干燥、脱脂，在960-1000℃烧结制成。各项资料数据表明，烧结型表面多孔管的沸腾传热效果表现最好，尤其是在提高临界热负荷方面,与光管相比临界热流密度可提高一倍以上。在国外，表面多孔管已经广泛应用于各种换热器中,如乙烯分离装置的塔顶冷凝器和再沸器、气分装置的主冷凝一蒸发器以及天然气液化、冷冻、空气调节、乙二醇蒸
发、海水淡化装置等。
目前，烧结型表面多孔管主要使用碳钢(SA170、10#、20Cr、15CrMo)、不锈钢（304、316L）、铝合金(3303)、铜及铜镍（C70600、B10）等材料作为基体管，并按照同种材料相宜的原则选用表面多孔层材质，制备出与基体管表面结合强度高的多孔层，同时在制备过程中还不能产生对基体管力学性能不利的影响。因此该技术的主要难点在于选取合适的粘结剂、添加剂等均匀的涂敷在光管的内外表面，烧结出多孔层与基体结合强度高的多孔管，并且避免烧结温度对基材力学性能产生影响。
国内对于烧结型表面多孔管的研究机构主要有华东理工大学、北京科技大学 等，主要还是以UOP烧结型多孔管技术为基进行研究。
