石化行業(yè)中換熱器的種類及用途原理

　　折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應(yīng)用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動(dòng)滯死區(qū)、易結(jié)垢、傳熱的平均溫差小、振動(dòng)條件下易失效等缺陷，近年來逐漸被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板應(yīng)具有連續(xù)的螺旋曲面。由于加工困難，目前所采用的折柳板，一般由若干個(gè)1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。在折流時(shí)，流體處于近似螺旋流動(dòng)狀態(tài)。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的折流板（被稱為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高20%～30%，在相同熱負(fù)荷下，可大大減小換熱器尺寸。

　　螺旋折流板換熱器與普通管殼式換熱器不同的是殼程的折流板是以螺旋狀排列的，這樣使殼程介質(zhì)自進(jìn)口向出口呈螺旋狀、連續(xù)旋轉(zhuǎn)推進(jìn)，將傳統(tǒng)的橫向折流方式變成縱向螺旋折流方式。折流通道為螺旋式，不會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)“死區(qū)”，由于換熱器殼程中的介質(zhì)呈螺旋式的柱塞流動(dòng)方式，在殼程橫截面徑向產(chǎn)生速度梯度，將每根換熱管都置于換熱介質(zhì)旋渦中，提高了流體的徑向湍流程度，有利于沖刷殼程內(nèi)的顆粒物及沉淀物，防止垢污沉積。

　　按照成膜原因及流動(dòng)方向不同，可分為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、刮膜蒸發(fā)器三種類型。薄膜蒸發(fā)器機(jī)組由蒸發(fā)器、汽液分離器、預(yù)熱器三個(gè)部件和一只簡易分離器組成，蒸發(fā)器為升膜式列管換熱器。

　　薄膜蒸發(fā)器由一個(gè)或多個(gè)帶夾套加熱的圓筒體及筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)的刮膜器組成。刮膜器將進(jìn)料連續(xù)地在加熱面刮成厚薄均勻的液膜并向下移動(dòng)；在此過程中，低沸點(diǎn)的組份被蒸發(fā)，而殘留物從蒸發(fā)器底部排出。

　　通常情況下，薄膜蒸發(fā)器主要應(yīng)用在石油化工行業(yè)的燒堿濃縮、硫化堿蒸發(fā)、樹脂和橡膠的干燥等工藝中，薄膜蒸發(fā)器的應(yīng)用能夠取得非常巨大的經(jīng)濟(jì)利潤。相對于傳統(tǒng)的通用的鑄鐵大鍋等設(shè)施來說，薄膜蒸發(fā)器具有如下優(yōu)勢。

　　1）占地面積比較小，能夠進(jìn)行機(jī)械化蒸發(fā)，使用起來非常簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)效率非常高。

　　2）受到在轉(zhuǎn)子刮板的推動(dòng)力，薄膜蒸發(fā)器能夠取得非常良好的傳熱效果，并且薄膜蒸發(fā)器的表面蒸發(fā)時(shí)間也變得更短，從而很難出現(xiàn)結(jié)垢結(jié)焦的問題，不會(huì)造成過多的沉淀物質(zhì)的累積，有利于除垢。

　　3）薄膜蒸發(fā)器配套的導(dǎo)熱油爐不會(huì)消耗過多的煤礦等燃料，能夠節(jié)約大量的能源。

　　4）薄膜蒸發(fā)器的使用有利于工藝放大設(shè)計(jì)，能夠取代釜式干燥器，有利于降低放大生產(chǎn)過程中的誤差。

　　然而，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，薄膜蒸發(fā)器的應(yīng)用也具備一定的瓶頸。薄膜蒸發(fā)器的溝槽刮板的材料是聚四氟乙烯，它具備較強(qiáng)的耐腐蝕功能，卻很難抵抗高溫。為了應(yīng)對這一問題，可以采用石墨等耐腐蝕耐高溫材料。與此同時(shí)，薄膜蒸發(fā)器的；工藝管線是無縫管，必須一個(gè)月進(jìn)行一次管道更換工作，為了應(yīng)對這一問題，可以采用不銹鋼或含有乃腐蝕的內(nèi)襯的管道，例如，氟塑料換熱器內(nèi)襯，確保管道不被腐蝕。

　　高效板式換熱器是采用不同的換向片和不同的組裝方法實(shí)現(xiàn)的，可分為單流程、多流程和混合流程，應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇。一般溫差大于對數(shù)平均溫差1.8倍的介質(zhì)，應(yīng)采用多流程，板間流速的適應(yīng)值0.3~0.5m/s，流速太低時(shí)，應(yīng)采用雙流程或多流程。

　　高效板式換熱器應(yīng)用于制藥、食品、化工等行業(yè)的液體熱量交換，以及某些應(yīng)用中的巴氏消毒。

　　在石油化工行業(yè)中，換熱器的種類和數(shù)量都是非常眾多的，它們對于壓力和溫度也存在著非常高的要求。高效板式換熱器就能夠更好地應(yīng)對較高的壓力以及較高的溫度。具體來說，焊接式板式換熱器具備較強(qiáng)的便捷性、體積小、重量輕、存在著良好的傳熱性能、價(jià)格低廉，因此，在海上石油的生產(chǎn)過程中得到了良好的應(yīng)用，它能夠?qū)τ跈C(jī)械潤滑油和淡水進(jìn)行冷卻，又能夠在石油礦場中冷卻相關(guān)的中間產(chǎn)物，而且也能夠用來加熱原油。石油化工行業(yè)中的高效板式換熱器的應(yīng)用也存在著一定的瓶頸問題，也就是說，很難精確地設(shè)計(jì)以及計(jì)算工藝流程，在石油化工行業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐過程中，經(jīng)常會(huì)由于工藝流程設(shè)計(jì)得不合理而出現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

　　為了解決這一問題，可以對于石油化工行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中冷卻用板式換熱器阻力進(jìn)行運(yùn)算分析，按照換熱器特點(diǎn)和導(dǎo)熱原理所假設(shè)的壁面的液相沿流道呈線性增加，模擬出流道長度、真實(shí)質(zhì)量含氣率、體積含氣率之間的關(guān)系公式，并貼近實(shí)際數(shù)據(jù)。石油化工行業(yè)中的冷卻過程存在部分集態(tài)冷凝，會(huì)在換熱表面形成液膜，因此，可選用板翅式一類的緊湊式換熱器時(shí)，同時(shí)要達(dá)到合理經(jīng)濟(jì)的換熱器，必須從結(jié)構(gòu)參數(shù)角度考慮調(diào)整換熱器，僅考慮換傳熱面積和富裕量并不完善。