摘要：阐述了当今世界上***的传热元件的创新成果，说明了新型高效换热器的发展前景，介绍了国内某石化企业改造换热设备时对高效换热器的充分利用。

　　关键词：传热元件；创新；新型高效换热器；石化

　　引言：由于生产规模的不断扩大，传统化工装置中的换热设备渐渐难以负荷高强度的机器运作带来的热能消耗。从企业利益出发，响应国家节能降耗的号召，提高生产工艺、增加经济效益，进行不同层次的换热设备的改造，成为化工企业的不二选择。

　　一、强化传热的主要目的

　　可以将传热的目的分为以下四种类型：为了加强原设备中换热器的换热力度，提高换热效率；为了使换热器能适应生产环境特别是较低的温差；通过降低原始装备的传热面积来降低换热器的大小和重量；通过减轻换热器的阻力来降低换热装备在生产中的功耗。在考虑上述目的的时候，必须整合当前实际企业状况和生产情况，通过明确强化传热的改造目的和生产要求，从而在现有的条件下，进行*优化的强化传热技术改造。

　　二、管壳式换热器强化传热工作原理

　　在传热学中，可以通过提高传热系数K、增加传热面积A和扩大传热温差ΔT来进行强化传热。所谓强化传热，就是指单位时间单位面积的传热器*大化的传热量。对于管壳式传热器而言，在稳态下（即其他条件适合且不影响散热器工作的情况下）的换热量Q存在公式：

　　Q=KAΔT

　　由于生产工艺的限制和生产条件的制约，很难再增加传热面积和扩大传热温差上进行实质性的改造。因此，只剩下对系数K的改变。事实上，提高传热器的传热系数已经变成当今研究的主要方向和重要方面，并且已经有了比较好的研究成果。

　　在正常的稳态下，当不考虑换热器内壁厚度对其传热性能的影响时，洁净换热器的传热系数K是可以计算出来的，其公式表示为：

　　其中，h1和h2分别表示换热器管子两侧的换热系数。因此想要提高K，必须提高h1和h2的数值。值得一提的是，一般来说h1和h2不会完全相同，因此在实际操作中提高h1和h2中较小的那一个，能对传热性能的提升起到更加显著的作用。

　　三、管壳式换热器强化传热方式

　　减小温度边界层以及调换传热面附近的流体，是扩大传热系数的*主要的两个原理。这两个原理主要就是通过采用一些高效的强化传热元件，利用纵向流技术改变壳程的支撑结构，提高管壳式换热器传热效率，实现对生产设备的改造和革新。管壳式换热器*常见的强化传热方法分为两种，分别是管程强化方法和壳程强化方法。下面我们分别介绍一下这两个方法。

　　管程强化传热方法分为两种方式，**种是改变传热面的形状，第二种是在传热面上或传热流路径内增加各种形状的插入物。市场上有多种插入物，在强化管程传热上，螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋流管和螺旋扁管等都被用于改变传热面形状。管内插入物的种类更加多样，当前市场上比较热门的有螺旋线、螺旋片、纽带、错开纽带、静态混合器等。另外一种壳程强化传热方法，它的途径则分为：改变管子外形或在管外加翅片和改变壳程挡板或管支撑物。前者通过对管子形状或表面性质的改造来强化传热，后者通过减少或消除壳程流动与传热的滞留死区，充分发挥传热面积的作用。这两种方法都是建立在对原有设备的改造上，通过增加会改变管壳式换热器的基础零件来完成的。

　　四、高效换热器在石油化工生产换热设备革新改造中的应用

　　（一）应用背景

　　某石化企业为节能减排，提高生产效率，决定对其进行换热器的革新改造。在考察了生产设备中的换热设备， 在采集100台样本中发现换热设备存在换热问题。在此前提下，工作人员根据该企业实际生产情况和改造目的，在存在问题的换热设备中，选取了其中的48台设备进行了换热性能评估，通过了解不同设备的生产工艺条件和传热方法，对其中不适合进行扩容的一些设备进行了强化传热改进。在此基础上，工作人员整合了当今国内国外***的节能高效技术，提出了一系列的改进措施（具体见下表1），从而满足了该石油化工企业后续的生产活动要求。改造计划项目从后续的生产情况和经济效益上看，改造效果十分显著。

　　表1设备高效化改造表

　　（二）换热器高效化改造应用实例

　　1.换热器高效化改造前现状分析

　　某石化公司为了提高生产效率，减少能源损耗，需要对其芳烃厂车间联合进料换热器EA201D/E/F进行整合改造。由于投产前企业发展存在资金不足、产量不高等原因，该换热器存在着较严重的腐蚀现象，虽然之后通过增加脱氯塔等措施，改善了腐蚀情况，但是其中有6台换热器结构是传统的型号为BEU的单弓形折流板U形光管换热器。工作人员经过分析发现其存在的主要问题就是弓形折流板换热器壳程存在较大的流动阻力，且该设备容易结垢，换热效率十分低下。针对这种情况，在综合分析该企业生产情况和生产模式之后，相关工作人员提出了采用螺旋波纹管和螺旋折流板的双侧强化技术实施改造。

　　2.换热器EA201D/E/F改造过程分析

　　使用螺旋折流板式进行改造，采用的是适合所有介质的流动方式：螺旋状斜向流。它与横向流和纵向流不同，这种流动方式可以避免流动时大量渣垢的产生。选用螺旋波纹管这种双面传热管，可以在很大程度上改变内壁流体的流动状态，有效提升传热表面积，达到传热效果。事实上，我们充分利用了原有壳体易装卸的优势，采取了一种换芯不换壳的方法，只是通过更换成螺旋波纹管一螺旋折流板管束，就节约了资金并降低了改造难度。具体见表2。

　　由表可知，改造设计后，EA201D/E/F的传热系数比、热负荷都显著提高，传热系数比提升了大概2500，换热负荷从W，W，W依次提升到了W，W和W。壳程压降明显降低。管程与壳程压降总和依次下降了42.94kPa，17.14kPa和35.32kPa。

　　3.换热器EA201D/E/F改造效果分析

　　我们从改造效果就可以评定改造方案的优劣。从改造效果上看，改造方案中采用的螺旋波纹管一螺旋折流板复合强化换热器，从图1、图2给出换热器改造前后的传热效率及传热单元数中可以看出，它在传热单元数、热效率上，都比改造前的光管-单弓折流板换热器明显要好。

　　从实际生产改善程度来看，改造之后，能效大幅度提高，产能持续增加，成本明显降低，生产利润率也有显著提高。由此可以得出结论，这次对EA201D/E/F传热器的改造是成功可行的。具体见表3。

　　表3换热器改造前后的传热效率及传热单元数

　　五、结语

　　在机器大生产的时代，对生产设备的革新与改造直接关系着企业生产成本的控制、生产效益的增加。对化工企业的传热设备进行**强化传热技术改造，形成传热效率高、流体阻力小、体型适合、重量轻盈的新系统，对降低生产成本、减少生产功耗、增加生产效率、提高经济效益有着非常重要的影响，这一技术发展前景广阔，在未来有着巨大的发展潜力。

　　参考文献：

　　[1]庄骏.我国热管换热器的节能效果及研究进展[J].现代化工.2013（06）

部分内容来源于网络，仅用于学习分享，如发现有侵权，请及时联系删除，谢谢。