浅谈某低温罐区换热器的选择

方锦坤

(广东寰球广业工程有限公司，广东 广州 510655)

浅谈某低温罐区换热器的选择

方锦坤

(广东寰球广业工程有限公司，广东 广州 510655)

换热器是低温系统中重要组成部分，它的主要功能是利用外界热量给低温介质加热，以达到介质安全、高效的外输目的。本文针对某低温罐区介绍换热器的选择。

换热器；选择；低温

随着我国经济的快速发展，能源的需求也随之不断增长， 总体而言，我国是多煤少油少气国家，能源对外依存度已经超过六成，而海外能源一部分是通过陆路管道输送至国内，另外很大部分是通过海上运输，而低温储存运输具有体积小，能源密度大等优点，通过大型低温船舶，将国外的液化天然气、液化石油气、液化丙烷和液化丁烷等运输到沿海低温终端储罐，然后利用低温泵升压后，通过低温换热器将低温介质加热至常温液态或气态，采用管道，陆路槽车，装瓶，低温船等方式输配至其他用户。

本文主要结合我国南方某临海低温丙烷罐区项目，介绍低温罐区换热器的选择。

1 常用加热器的形式

目前国际上采用的加热方法有几种，根据热源的不同，可分为两大类：

(1) 使用自然热源如：空气、海水、淡水；

(2) 使用人工热源如：燃气、热水、蒸汽；

使用自然热源的气化器的体积都很大，需要大量的热流体，虽然它的投资巨大，但操作成本低。另外，由于体积过大或因冬季热交换管结冰不能运行，大中型低温罐区很少用空气做热源，空气仅适用于中小型的低温罐区加热，海边地区大多用海水做为热源，淡水资源丰富区域可采用淡水作为热源；使用人工热源的加热器因可以使用高温热源，使加热器结构紧凑，成本低廉，但因消耗燃料气、电或蒸汽，操作成本相对较高。

2 低温罐区常用换热器简介

目前，我国低温罐区工程应用中比较广泛使用的有开架式加热器，浸没燃烧式加热器，水浴式加热器，管壳式换热器等。

2.1 开架式加热器

开架式加热器由一组内部具有星形断面，外部有两条翅的铝合金管组成，管内有螺旋杆，以增加低温流体的传热。管内流低温介质，管外为喷淋的海水，为防止海水的腐蚀，管外镀锌。由于海水中悬浮固体对板面的冲刷磨损，开架式加热器版面的防腐涂层7～8年需重新喷涂一次，停车时间较长，维修成本较高[1]。

开架式加热器使用天然热源海水，海水温度比较稳定，热容量大，是取之不尽的热源，因此操作费用比较低，但对海水的品质有一定要求。开架式加热器需要较高的投资，安装费用也很高。与浸没式燃烧加热器相比，开架式加热器是利用海水，操作消耗主要是海水泵的电耗，所以它的优越点在于操作费用很低，两者之间的运行费用比为1：10[2]。

但这种加热器的加热能力，受气候等因素的影响比较大，随着水温的降低，加热能力下降。通常加热器的进口水温的下限大约为5℃，开架式加热器见图1。

2.2 浸没燃烧式加热器

浸没燃烧式加热器中燃料气和压缩空气在加热器的燃烧室内燃烧，燃烧后的气体通过喷嘴进入水中，将水加热。低温介质经过浸没在水中的盘管，由热水加热。

浸没燃烧式加热器结构紧凑，占地少，水箱恒温能适应低温介质加热量波动及易于快速启动[3]，装置的初始成本低。它使用了一个直接向水中排出燃气的燃烧器，由于燃气与水直接接触。燃气激烈地搅动水，使传热效率非常高。水沿着加热器的管路向上流动，低温介质在管路中加热，加热装置的热效率在98%左右。适合于负荷突然增加的要求，可快速启动，并且能对负荷的突然变化作出反应，可以在10%～100%的负荷范围内运行，适合于紧急情况或调峰时使用。

浸没式燃烧加热器优越性在于整体投资和安装费用较低，与海水开架式加热器相比，外型较小，操作灵活。但是浸没式燃烧加热器的缺点是需要消耗约2%的燃料气，故操作费用高，浸没燃烧式加热器见图2。

图1 开架式加热器

图2 浸没燃烧式加热器

2.3 水浴式加热器

水浴式加热器根据热源不同，可分为热水式、蒸汽加热式、电加热式等。其结构为将导热盘管放入热水槽中，导热管中的低温介质与热水进行热交换，加热至合适的温度。

水加热型加热器的投资较大，但运行费用较低，操作和维护容易，比较适用于基本负荷型的低温介质系统。但这种加热器的加热能力，受气候等因素的影响比较大，随着水温的降低，加热能力下降。通常加热器的进口水温的下限大约5℃。与浸没式燃烧加热器相比，需增设锅炉、循环水泵等设备，操作费用较之高。如果附近配套有电厂，电厂有大量的循环热水，为了能充分利用低温位热源，并减少项目投资，采用循环热水作为热源，加热器可选循环热水水浴式加热器，那样设置比较经济合理，水浴式加热器见图3。

2.4 管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。

图3 水浴式加热器

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板，挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

这种换热器结构较简单，造价相对便宜，操作可靠，可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广泛的一种换热器。热源可采用蒸汽，热水，循环水，淡水等，可采用普通的碳钢或低温碳钢材料，造价便宜，管壳式换热器见图4。

图4 管壳式换热器

3 结论

本项目为丙烷、LPG和丁烷的低温常压罐区，均在低温下储存，最低温度可达-43℃(丙烷)，外输时约需要加热至5℃左右，需要大量的热源，因此选择合适的换热器和加热热源，对本项目的建设费用和运营成本起着非常重要的影响。

本项目地处南方沿海地区以及江河出海口位置，属亚热带海洋性气候，季风盛行，冬无严寒，夏无酷暑，高温多雨，干湿分明。年平均气温为22.3℃，月平均最高气温：27.9℃，月平均最低气温：13.8℃。

上面已经简单介绍了4种在低温罐区中常用的，在实际项目中有可靠工业化应用的换热器，对于本项目而言，前面3种换热器都有着明显的缺点：开架式加热器需要采用海水进行加热，由于海水的腐蚀性，加热器需要采用特殊的材料，如铝合金或者钛合金等，体积庞大，建造价格昂贵，投资费用高；浸没燃烧式加热器需要消耗2%的燃料气，故操作费用很高；水浴式加热器需要用热水加热，增设锅炉、循环水泵等设备，建设和操作费用也高。

综合考虑，本低温罐区决定采用管壳式换热器，利用淡水(江水/消防水)作为热源加热，考虑到该罐区位于江河的入海口，江水泥沙含量高，而且离海太近，江水也有一定腐蚀作用，故考虑采用本项目的消防水作为热源加热，本项目的消防水总量约为16000m3，结合本项目的加热方案，拟建设2台8000m3的消防水罐用于储存库区和码头的消防水，这两个罐中的水平时也作为C3加热的介质使用。这样本罐区的换热器可采用普通的低温碳钢制作，价格低廉，不需单独设置锅炉房等加热设置，降低建设成本，充分挖掘罐区的配套设施潜力。在冬天的时候，由于平均温度只有13.8℃，如果热量不足，可考虑引入附近厂区低压蒸汽对消防水进行辅助加热，可考虑在低温介质换热器回水处加设一个普通的碳钢管壳式换热器，根据具体情况给低温介质加热后的消防水进行加热。

低温罐区换热器的选择是个系统工程，要充分考虑设备投资，运营成本，项目的配套设施等因素，因地制宜，合理配置，已达到最优化配置。

[1] 张 韶.粤东LNG汽化器ORV的方案选择技术要素的分析[J].中国新技术新产品，2011(24):4-5.

[2] 裘 栋.LNG项目气化器的选型[J].化工设计， 2011, 21(4):19-22.

[3] 陈 军，孔令广.浸没燃烧式汽化器的分析优化[J].管道技术与设备，2012(4):55-57．

(本文文献格式：方锦坤.浅谈某低温罐区换热器的选择[J].山东化工，2017，46(06)：89-91.)

Selection of Heater for One Cryogenic Terminal

FangJinkun

(HQCEC(GuangYe)Co.,Ltd.,Guangzhou 510655,China)

Heater is a significant part for low temperature system. Its main function is hotting up cryogenic medium by using outsing quantity of heat.In order to transport the medium in safe and effect way. This paper aim at one cryogenic terminal to introduced the selection of heater.

heater; selection；cryogenic

2017-02-13

方锦坤(1984—)，广西人，大学本科，主要从事化工、环保及天然气工程设计工作

TQ113.25+1.5

B

1008-021X(2017)06-0089-03