新技术在常减压蒸馏装置中的应用—板式换热器

梁泽涛，王雪莲，刘统华，李爱凌，韩 冰

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东 青岛266071）

新技术在常减压蒸馏装置中的应用—板式换热器

梁泽涛，王雪莲，刘统华，李爱凌，韩 冰

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东 青岛266071）

简要介绍了板式换热器的结构，分析了板式换热器的特点，针对在常减压蒸馏装置中的应用，同管壳式换热器在传热效率及经济性做了对比。结果表明，在常减压装置中某些特定换热台位使用板式换热器代替常规管壳式换热器，既能降低设备投资，又能增加热能回收，实现节能减排。

常减压蒸馏；板式换热器；节能减排

近几年来，在常减压蒸馏装置的设计中发现，高品质原油的供应量逐渐减少，劣质化明显，尤其是进口原油，其硫含量和酸值也呈上升趋势，这些原油对设备的腐蚀性迫使炼厂设备材质升级。而产品质量标准的日益严格，也提高了炼厂加工成本。另一方面国家对能耗的限制也日趋严格，各大炼厂均在积极节能降耗，常减压装置的能耗占全厂能耗的20%左右，降低常减压装置的能耗具有重要意义。板式换热器的应用，既能降低炼厂的设备投资，提高盈利性，又能提高热能回收率，降低装置能耗。目前，管壳式换热器的市场份额在换热设备中达到98%以上，板式换热器的市场份额很小，甚至在石油化工装置中的应用量仅占约1‰。因此，板式换热器的应用在节能减排方面具有极大潜力。

1 板式换热器结构

管壳式换热器中，冷流体和热流体分别在管程或壳程中流动实现传热。板式换热器与其类似，也是间壁式换热器，主要有框架和板片两大部分组成。板片由各种材料制成，由各种不同形式的模具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封或焊接。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。冷热流体在板片间也是逆流换热，与管壳式换热器相同，可根据需要，实现单流程及多流程换热。金属片的材质一般是不锈钢，其厚度随操作介质腐蚀成分及含量的差异而变化。板式换热器的原理示意图如图1所示。

图1 板式换热器原理示意图Fig.1 Schematic diagram of plat heat exchanger

2 板式换热器特点

2.1 传热系数高

板式换热器传热系数更高，一般在3 000~4 500(kcal/m2)·℃·h，比管壳式提高3~5倍。具体表现在：

（1）可以在较低流速下达到湍流，增强传热效果。板式换热器的板片均带有一定规格波纹，如人字形波纹板、水平平直波纹板、瘤形板等，流体在换热器的传热板片沿流体方向的流道断面形状不断变化，大大加强了流动的扰动，与管壳式换热器相比，流体在板式换热器内，可在很低的雷诺数下形成湍流，从而增加了流体的传热性能，如表1所示。

表1 板式与管壳式换热器流态对比Table 1 Flow state of plat and T&S heat exchanger

（2）膜热阻更小。与管壳式换热器相比，板式传热元件没有管内膜阻放大效应。管壳式换热器与板式换热器传热系数如下所示：

管式换热器传热系数：

可见，管壳式换热器换热管壁厚的增加，不仅仅简单理解为增加了金属热阻，而更主要是增大管内膜阻放大效应[1]。

（3）污垢热阻更小。由于板片上沟槽的湍流和混合，板式换热器结构大大减少，板式换热器的污垢热阻通常仅为列管式换热器的1/4~1/5，可以确认的是无论在什么情况下，污垢系数不超过0.000 12 m2·W·℃·h/kcal。

2.2 回收更多热能

在热流温度一定情况下，板式换热器能回收更多热能。由于流体在板式换热器换热板组内呈错流和逆流换热以及其良好的传热性能，使得冷介质能够加热到非常接近热介质的进口温度（称为温度端差），这对于热回收工作非常重要。在单台板式换热器中，液液工况下可以实现3 ℃的温度端差，而两相工况下温度端差最小可达5 ℃。这就可以使原油达到更高的换热终温。以一套1 000万t/a常减压原油预热系统来说，一般的换热网络可将原油预热到290~300 ℃，其余的热量就只有通过加热炉来完成。如果炉前温度每升高5 ℃，则加热炉的热负荷消耗可减少3.7 MW，相应的燃料节省及减少温室气体排放成本将非常客观，总计每年超过一百万美元。美国一家炼厂，通过在原油换热网络中设置板式换热器，通过对比分析，原油进炉温度比调整前使用管壳式换热器提高37.8 ℃，节能效果非常明显[2,3]。

2.3 可显著降低设备投资，缩短投资回收期

随着加工原油硫含量和酸值提高，换热器材质升级极大提高了设备投资，在换热网络中某些台位采用板式换热器，可以显著降低投资。我院设计的某500万t/a常压蒸馏装置中，对常顶油气和高温常压渣油与原油的换热采用了板式换热器，对比如表2。

表2 板式与管壳式换热器投资对比（一）Table 2 Investment of plat and T&S heat exchanger(1st)

在一套1 000万t/a年常减压装置中，对常顶油气和减三减三中换热器与原油的换热采用了板式换热器，对比如表3。

表3 板式与管壳式换热器投资对比（二）Table 3 Investment of plat and T&S heat exchanger(2nd)

通过对比，合理采用板式换热器替代管壳式换热器，可以有效降低设备投资，提高装置盈利能力，缩短投资回收期[4]。

2.4 可显著降低设备安装面积

板式换热器比列管式换热器更紧凑，在相同体积下，板式换热器换热面积是列管式数倍，列管式换热器紧凑度一般是78 m2/m3,板式换热器一般是220 m2/m3。这就使得在相同换热面积前提下，板式换热器金属耗量大大降低。

3 结 论

板式换热器比管壳式换热器具有更高的传热系数；可以提高换热终温，回收更多热能；能够降低装置设备投资，缩短投资回收期；安装面积小，维修维护方便，对炼厂节能减排效果明显。

［1］徐志明，郭进生，郭军生,等.板式换热器热阻和阻力特性的实验研究[J].热科学与技术，2010,9(3)：11-16.

［2］江镇海.高效板式换热器在炼油厂的应用[J].化工装备技术，2010,(3)：61.

［3］江镇海.高效板式换热器在炼油厂的节能应用[J].节能，2010,(3)：60-61.

［4］杨雨松，沈涛，官木松.紧凑型板式换热器在炼油厂的应用[J].炼油技术与工程，2009,39(10)：44-46.

Application of New Technology in Crude Distillation Unit—Plat Heat Exchanger

LIANG Ze-tao，WANG Xue-lian，LIU Tong-hua，LI Ai-ling，HAN Bing
（ CPECC East-China Design Branch，Shandong Qingdao 266071，China）

The structure and specialty of plat heat exchanger were introduced and compared with tube and shell heat exchanger in the crude distillation unit. The result shows that the plat heat exchanger can reduce investment, recovery more energy, achieve energy saving and emission reduction.

Crude distillation unit; Plat heat exchanger; Energy saving and emission reduction

TQ 051.5

A

1671-0460（2011）11-1161-03

2011-08-22

梁泽涛（1982-），男，山东青岛人，工程师，硕士，2008年毕业于中国石油大学（华东）化学工艺专业，从事炼油设计工作。E-mail：liangzetao@cnpccei.cn，电话：0532-80950762。