换热器传热效率计算在粗苯系统的应用

陈 淼，卓华艳

（济钢集团有限公司 化工厂，山东 济南250101）

换热器传热效率计算在粗苯系统的应用

陈 淼1，卓华艳2

（济钢集团有限公司 化工厂，山东 济南250101）

在粗苯生产中需要定期测算评估换热器的换热效率，再决定停换热器清洗维护的时间。本研究给出了与换热介质流量及进出换热器介质温度相关的换热器传热效率核算方法，计算出的换热效率真实体现了实际的换热器内部介质之间传热效率的高低以及换热器内部结垢程度，为清洗换热器提供了参照。

粗苯系统；换热器；热效率计算

1 前言

在粗苯生产中，换热器富油温度的高低，直接决定着粗苯工序的能耗指标。当换热器热效能降低到一定程度时将不能满足实际工况的需要，能耗损失也很大，此时就需要对换热器进行除垢清洗维护。然而，化工生产是一个连续的过程，每一次的开停，换热器能量和原料损失都很大。所以要定期测算评估换热器的换热效率，再决定需要停工清洗的时间。本研究讨论了如何准确核算换热器的传热效率，以评估换热器的换热能力,为换热器的清洗维护提供依据，减少系统停工带来的损失。

2 计算分析

目前尚未有统一严格计算换热器热效率差的公式。理论上计算换热器的热效率，通常采用输出热量与输入热量之比，即

但计算的仅仅是换热器热效率的基本概念，仅反映出该换热器外壳绝热性能的优劣，不能反映换热器结构本身的影响和介质之间传热效率的高低。而实际上不同的换热设备结构不同，流体流向、流体类型也都有差别，导致换热效率也各不相同，需要综合换热器的各种结构特点，寻找出最合适的传热效率表达式。

换热器有一个最大可传递热量的概念，作为一个理想换热器，在理想工况下（不发生对外热辐射，管道内外部不结垢，介质流体在内部不存在阻力等），最大可传递的热量可以全部用来转化为冷介质升温的能量或者热介质降温散发的热量，此时传递效率为100%。但是在实际生产实践中，存在各种各种影响能量恒定的外在因素，导致换热器能量传递效率不可能达到100%。本研究以济钢化工厂一系统粗苯贫富油螺旋板换热器为例，换热器的换热基本方程式如下[1]：

式中：G1、G2分别为贫油、富油流量，T1、T2分别为贫油油进出换热器的温度，t1、t2分别为富油进出换热器的温度，C为油的比热，K、F分别为换热器的传热系数和传热面积，△tp为加热与被加热介质之间的对数平均温度差。要使加热介质的热量100%地传给被加热介质，需要△tp→0，t2=T1，即换热器完成热传递后一端的温度差为0，称为理想换热器，但实际上是不可能的。由此，换热器的热效率表达式[3]应为：

由式（3）知，理想换热器最大可传递热量：

被加热介质吸收的真实热量：

代入换热器介质之间传公式（2），即

3 传热效率计算

根据目前济钢化工厂一系统粗苯的生产模式，贫油从塔底出来，与富油在一级、二级贫富油换热器进行换热[2]，换热器类型有螺旋板式及板框式，实际测量温度见表1。

以一段5#贫富油换热器数据为例计算该换热器的热效率和介质之间的传热效率。其中贫富油流量90 t/h，富油流量70 t/h

利用公式（1）基本概念的热效率公式计算出的换热器热效率为：

表1 济钢化工厂一系统粗苯贫富油换热器测量数据

利用式（4）基本概念的热效率公式计算出的换热器热效率为：

以上分析和计算结果表明：

1）采用基本概念的热效率公式（1）计算所得换热器的热效率为73.7%，这个数据只能反映换热器外表面绝热性能的好坏和热量损失的高低，而不能反映换热器内部结垢对介质之间换热性能的影响。

2）采用热效率表达式（4）计算所得的结果62.9%，真实体现了实际的换热器内部介质之间传热效率的高低以及换热器内部结垢的严重程度，可为清洗换热器提供参照。

3）根据以上计算结果，定期测算换热器进出口温度，再对比生产工艺数据，依此评判是否需要停换热器进行维护清洗。评估方法简单易行。

4）考虑到换热器本身结构以及散热等因素，参照相关文献，换热器效率达到90%以上就是很好的操作水平。

5）在两相介质接触时，介质的温度越高，换热效率越好。这是由于温度越高，流体之间接触越剧烈，反之温度越低，热辐射以及热传导明显下降。

6）被加热流体的温差＜5℃时，热流体的冷却很大程度上是自身在换热器内部散热带来的温降。此时换热器即使满足工艺要求也存在较大的管理漏洞。

4 结语

济钢化工厂原来只是简单的检查进出口温差来评判换热器效率，停工清洗影响产量损失较大，有的时候清洗完后，换热器效率几乎没有变化。本研究探讨的换热器换热效能和内部介质之间热传递效率的计算方法是一种监测评估方法，通过这种方法来评估确认换热器换热能力，确定换热器是否需要维护清洗简单有效，对济钢化工厂换热器维护管理有指导意义。2015年，济钢化工厂一系统仅换热器清洗带来的产量损失就高达40 t，按照目前市场价格来计算，损失达20万元。换用本研究方法评价换热器后，2016年粗苯几乎很少进行换热器清洗，清洗周期变长，粗苯产量也稳中有升，为企业带来了实际的价值。

[1] 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2] 吕佐周，王光辉.燃气工程[M].北京：冶金工业出版社，1994.

[3] 贾颂祺，丁伯民，徐英，等.化工设计设备[M].北京：化学工业出版社，2002.

Application of Heat Transfer Efficiency Calculation of Heat Exchangers in Crude Benzol System

CHEN Miao,ZHUO Huayan

（The Chemical plant of Jinan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

In the production of raw benzene,the heat exchanger efficiency needs to be calculated and evaluated frequently,then the time to replace and to wash the translator is decided.This study presents the heat exchanger efficiency calculationmethod for the flow and heat transfermedium andmedium temperature in and out of the heat exchanger.It provides a theoretical reference for heat exchanger wash andmaintenance,and also the production of raw benzene has been improved.

crude benzene system;heat exchanger;thermal efficiency calculation

TQ051.1

A

1004-4620（2017）04-0050-02

2016-12-14；

2017-07-13

陈淼，男，1988年生，2012年毕业于武汉科技大学化学工程与工艺专业。现为济钢集团有限公司化工厂工程师，从事化产回收工艺研究以及循环水系统处理工作。