原油换热器换热效果存在问题研究

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摘　要：主要根据目前高尚堡油气处理厂原油换热器运行状况，结合换热器的基本结构及相应性质，重点对实际运行中换热器结垢情况分析，并得出怎么防垢除垢的具体措施。

关键词：换热器　浮头式　污垢

一、简介目前换热器存在的问题

1.原油换热器实际运行中存在的问题

在实际生产运行中原油换热器存在：外输稳后油的温度达不到相应的生产指标；冬季存在稳后原油给蒸汽发生器加热的效果不是很理想；

2.研究原油换热器换热效果的作用

解决原油稳定装置原油换热器在实际运行中所存在的问题，将其所得经验及相应的操作方式向其他单位推广；同时达到降本增效的目的，有效地减轻加热炉的负荷。

二、影响换热器传热的主要因素

1.影响换热器传热的因素

1.1原设计存在缺陷：设计时换热面积不够、设计不达到目前负荷

1.2目前运行工况小于设计要求，在换热器内形成死角，使其流动性质改变，从湍流变为层流。

1.3换热器出现结垢现象

2.对此主要原因进行分析：

2.1原油换热器设计存在缺陷，但在换热器投产初期在相同的工况下，且换热器的换热效果明显；同时不存在换热器在使用中出现换热温度不达标的现象；而换热器只是使用一段时间后出项换热效果下降，换热温度升高。由此也说明换热器在初步投产中其设计达到换热要求，可以排除因换热器设计缺陷所造成的原因。

2.2目前运行工况小于设计工况或大于工况，目前平均每天处理量为5000m3/天，按照设计为150万吨/年计算的话，日处理量为4844m3，其工况完全符合设计要求，由此可以排除此原因。

2.3由于换热器是在运行一段时间后出现换热效果明显下降的，由此说明换热可能存在结垢的影响。

三、污垢对换热器的影响

由于污垢通常是热的不良导体，其导热性能一般只是碳钢的1/50~1/30，随着污垢在换热器表面上形成，显著地增加换热器的热阻、恶化传热性能。并且，污垢对换热器设备的影响主要在于污垢通常是热的不良导体，一旦换热面积上积聚了污垢，则传热热阻增加，传热效率降低，其传热热阻的增加值可用下式计算：

式中， 　为污垢形成后的附加污垢热阻， 、 分别为污垢形成后的总传热系数和清洁时的总传热系数。

四、污垢的形成过程

1.污垢的分类

1.1根据不同的形成机制，污垢可以分为以下类型：

沉淀型污垢：许多工艺物流特别是冷却水包含了可以沉淀的固体颗粒，这些悬浮于流体中的固体颗粒往往可以沉淀在传热表面。这种类型的沉淀物与固壁间的附着力不是很强，容易被清洗，去除。这种类型的污垢受流体流速的影响较大，而对壁温不太敏感。

析晶污垢：对于过饱和的流动液体，其无机盐解析之后，往往沉积在传热表面上形成结晶污垢。特别是随温度升高而溶解度降低的微溶于水的盐类物质。这种类型的污垢附着于壁面的力较大，不容易被除去，需要强度较大的机械清洗或化学清洗。

化学反应污垢：化学反应污垢时钟更为常见的污垢，流体流动及传热过程中往往会发生这样或那样的化学反应，这些反应形成传热表面上的沉积物，尤其在碳氢化合物中，能够在传热表面上形成顽固污垢，难于清洗。

腐蚀污垢：流体中所含的腐蚀性物质腐蚀换热器机体，腐蚀所产生的腐蚀产物往往积聚于传热表面形成污垢。

生物污垢：流体介质中往往含有微小的有机物，他们附着在传热表面形成污垢，并且这种污垢可以在传热表面上生长、繁殖。

凝固污垢：流体凝固于传热表面，造成传热阻力大幅度增加，或含有高熔点组分的多组分流体流经过冷表面时，也容易形成凝固污垢。碳氢化合物容易析出石蜡等。

混合污垢：以上所有污垢的形成过程往往是同时混合发生。

1.2在污垢形成的过程中，一方面形成污垢的颗粒或其他形式的污染物沉淀积聚于换热器表面上，使换热器热阻增加，另一方面换热器表面上的沉聚物由于流体流动的剪切力而是沉淀物脱离换热器表面到达流体主体内部而被运送远离换热面，两方面的结果使污垢热阻有相应变化。但是所有污垢的形成过程一般经历起始阶段，输运阶段，附着阶段，脱离阶段和老化阶段。

2.目前装置形成污垢主要类型

根据目前装置运行中所有流动的介质主要为未稳定原油、稳定原油、冷却水等，由于换热设备污垢形成过程涉及质量、动量及能量的传递，是一个极为复杂的物理、化学过程，目前还难以进行严格的理论分析以提出一个较为精确的、普遍使用的污垢形成机制；所以我们只能根据实际生产情况，可以说明目前换热器内所形成的污垢为混合污垢。

五、污垢形成的原因及措施

1.污垢的形成影响因素

1.1换热器的运行参数：主要运行参数为流体流动速度、换热面积及流体主体温度等。

1.2换热器结构参数：换热器的结构、换热器面的材料及换热面积的表面粗糙度等对换热器污垢形成具有显著的影响。

1.3流体介质性质的影响：流体本身的属性及流体中不溶于流体以及流体所携带的物质属性对污垢形成的影响十分明显。

2.防垢、除垢的具体措施

根据影响换热器形成污垢的因素，同时根据实际生产运行的情况我们对换热器进行除垢的具体措施为：

2.1检修期间对换热器进行全面的清洗；

2.2在运行期间对换热器中流体流动的速度进行改变，对换热器表面上污垢进行冲洗；

2.3保持换热器内流体流动的速度，有效控制稳后原油的温度；

2.4对相应换热器增加防垢设备。

六、结论

通过对换热器存在换热效果问题的研究表明，为阻垢和除垢同时有效地提高换热效果，本着主要原则注重实用性和可行性，考虑效益及综合性和科学性，其具体措施为：

1.在抑制污垢方面，可以使用相应的阻垢剂的化学方法，同时也可以使用超声波的空化效应延长结垢。目前厂内使用的三台超声波防垢设备，通过两年的实践证明对于防垢方面还是比较明显。

2.定期全面清洗换热器，在确定清洗周期合理的情况下以较为低的费用收到较好的效果，不仅启到提高换热器效率而且还能将本增效。

3.定期进行换热器在线清洗，适当改变其运行速度、温度及相应的介质，也可以适当缓解结垢的周期。