換熱器傳熱效率計(jì)算在粗苯系統(tǒng)的應(yīng)用

陳 淼，卓華艷

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司 化工廠，山東 濟(jì)南250101）

換熱器傳熱效率計(jì)算在粗苯系統(tǒng)的應(yīng)用

陳 淼1，卓華艷2

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司 化工廠，山東 濟(jì)南250101）

在粗苯生產(chǎn)中需要定期測算評估換熱器的換熱效率，再決定停換熱器清洗維護(hù)的時間。本研究給出了與換熱介質(zhì)流量及進(jìn)出換熱器介質(zhì)溫度相關(guān)的換熱器傳熱效率核算方法，計(jì)算出的換熱效率真實(shí)體現(xiàn)了實(shí)際的換熱器內(nèi)部介質(zhì)之間傳熱效率的高低以及換熱器內(nèi)部結(jié)垢程度，為清洗換熱器提供了參照。

粗苯系統(tǒng)；換熱器；熱效率計(jì)算

1 前言

在粗苯生產(chǎn)中，換熱器富油溫度的高低，直接決定著粗苯工序的能耗指標(biāo)。當(dāng)換熱器熱效能降低到一定程度時將不能滿足實(shí)際工況的需要，能耗損失也很大，此時就需要對換熱器進(jìn)行除垢清洗維護(hù)。然而，化工生產(chǎn)是一個連續(xù)的過程，每一次的開停，換熱器能量和原料損失都很大。所以要定期測算評估換熱器的換熱效率，再決定需要停工清洗的時間。本研究討論了如何準(zhǔn)確核算換熱器的傳熱效率，以評估換熱器的換熱能力,為換熱器的清洗維護(hù)提供依據(jù)，減少系統(tǒng)停工帶來的損失。

2 計(jì)算分析

目前尚未有統(tǒng)一嚴(yán)格計(jì)算換熱器熱效率差的公式。理論上計(jì)算換熱器的熱效率，通常采用輸出熱量與輸入熱量之比，即

但計(jì)算的僅僅是換熱器熱效率的基本概念，僅反映出該換熱器外殼絕熱性能的優(yōu)劣，不能反映換熱器結(jié)構(gòu)本身的影響和介質(zhì)之間傳熱效率的高低。而實(shí)際上不同的換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)不同，流體流向、流體類型也都有差別，導(dǎo)致?lián)Q熱效率也各不相同，需要綜合換熱器的各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尋找出最合適的傳熱效率表達(dá)式。

換熱器有一個最大可傳遞熱量的概念，作為一個理想換熱器，在理想工況下（不發(fā)生對外熱輻射，管道內(nèi)外部不結(jié)垢，介質(zhì)流體在內(nèi)部不存在阻力等），最大可傳遞的熱量可以全部用來轉(zhuǎn)化為冷介質(zhì)升溫的能量或者熱介質(zhì)降溫散發(fā)的熱量，此時傳遞效率為100%。但是在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，存在各種各種影響能量恒定的外在因素，導(dǎo)致?lián)Q熱器能量傳遞效率不可能達(dá)到100%。本研究以濟(jì)鋼化工廠一系統(tǒng)粗苯貧富油螺旋板換熱器為例，換熱器的換熱基本方程式如下[1]：

式中：G1、G2分別為貧油、富油流量，T1、T2分別為貧油油進(jìn)出換熱器的溫度，t1、t2分別為富油進(jìn)出換熱器的溫度，C為油的比熱，K、F分別為換熱器的傳熱系數(shù)和傳熱面積，△tp為加熱與被加熱介質(zhì)之間的對數(shù)平均溫度差。要使加熱介質(zhì)的熱量100%地傳給被加熱介質(zhì)，需要△tp→0，t2=T1，即換熱器完成熱傳遞后一端的溫度差為0，稱為理想換熱器，但實(shí)際上是不可能的。由此，換熱器的熱效率表達(dá)式[3]應(yīng)為：

由式（3）知，理想換熱器最大可傳遞熱量：

被加熱介質(zhì)吸收的真實(shí)熱量：

代入換熱器介質(zhì)之間傳公式（2），即

3 傳熱效率計(jì)算

根據(jù)目前濟(jì)鋼化工廠一系統(tǒng)粗苯的生產(chǎn)模式，貧油從塔底出來，與富油在一級、二級貧富油換熱器進(jìn)行換熱[2]，換熱器類型有螺旋板式及板框式，實(shí)際測量溫度見表1。

以一段5#貧富油換熱器數(shù)據(jù)為例計(jì)算該換熱器的熱效率和介質(zhì)之間的傳熱效率。其中貧富油流量90 t/h，富油流量70 t/h

利用公式（1）基本概念的熱效率公式計(jì)算出的換熱器熱效率為：

表1 濟(jì)鋼化工廠一系統(tǒng)粗苯貧富油換熱器測量數(shù)據(jù)

利用式（4）基本概念的熱效率公式計(jì)算出的換熱器熱效率為：

以上分析和計(jì)算結(jié)果表明：

1）采用基本概念的熱效率公式（1）計(jì)算所得換熱器的熱效率為73.7%，這個數(shù)據(jù)只能反映換熱器外表面絕熱性能的好壞和熱量損失的高低，而不能反映換熱器內(nèi)部結(jié)垢對介質(zhì)之間換熱性能的影響。

2）采用熱效率表達(dá)式（4）計(jì)算所得的結(jié)果62.9%，真實(shí)體現(xiàn)了實(shí)際的換熱器內(nèi)部介質(zhì)之間傳熱效率的高低以及換熱器內(nèi)部結(jié)垢的嚴(yán)重程度，可為清洗換熱器提供參照。

3）根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，定期測算換熱器進(jìn)出口溫度，再對比生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，依此評判是否需要停換熱器進(jìn)行維護(hù)清洗。評估方法簡單易行。

4）考慮到換熱器本身結(jié)構(gòu)以及散熱等因素，參照相關(guān)文獻(xiàn)，換熱器效率達(dá)到90%以上就是很好的操作水平。

5）在兩相介質(zhì)接觸時，介質(zhì)的溫度越高，換熱效率越好。這是由于溫度越高，流體之間接觸越劇烈，反之溫度越低，熱輻射以及熱傳導(dǎo)明顯下降。

6）被加熱流體的溫差＜5℃時，熱流體的冷卻很大程度上是自身在換熱器內(nèi)部散熱帶來的溫降。此時換熱器即使?jié)M足工藝要求也存在較大的管理漏洞。

4 結(jié)語

濟(jì)鋼化工廠原來只是簡單的檢查進(jìn)出口溫差來評判換熱器效率，停工清洗影響產(chǎn)量損失較大，有的時候清洗完后，換熱器效率幾乎沒有變化。本研究探討的換熱器換熱效能和內(nèi)部介質(zhì)之間熱傳遞效率的計(jì)算方法是一種監(jiān)測評估方法，通過這種方法來評估確認(rèn)換熱器換熱能力，確定換熱器是否需要維護(hù)清洗簡單有效，對濟(jì)鋼化工廠換熱器維護(hù)管理有指導(dǎo)意義。2015年，濟(jì)鋼化工廠一系統(tǒng)僅換熱器清洗帶來的產(chǎn)量損失就高達(dá)40 t，按照目前市場價(jià)格來計(jì)算，損失達(dá)20萬元。換用本研究方法評價(jià)換熱器后，2016年粗苯幾乎很少進(jìn)行換熱器清洗，清洗周期變長，粗苯產(chǎn)量也穩(wěn)中有升，為企業(yè)帶來了實(shí)際的價(jià)值。

[1] 譚天恩，麥本熙，丁惠華.化工原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2] 呂佐周，王光輝.燃?xì)夤こ蘙M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[3] 賈頌祺，丁伯民，徐英，等.化工設(shè)計(jì)設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)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

陳淼，男，1988年生，2012年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司化工廠工程師，從事化產(chǎn)回收工藝研究以及循環(huán)水系統(tǒng)處理工作。