丁棚格

【摘要】分析了热管和扰流子空气预热器的换热机理及优缺点，介绍了中国石化济南分公司常减压装置减压炉空气预热器的技术改造方案和实施效果。改造采用热管与扰流管串联换热形式，有效降低了排烟温度，提高了加热炉热效率。

【关键词】减压炉 热效率 排烟温度 扰流子空气预热器

中石化济南分公司常减压装置减压炉为辐射对流型圆筒炉，其燃料以瓦斯气为主。加热炉燃料单耗占装置总能耗的80%以上，同时加热炉燃烧产生的烟气中含有的SO2、NOX、等物质是大气的主要污染源，因此提高减压炉热效率对降低能耗、减少大气污染意义重大。

一、改造前减压炉状况

中石化济南分公司常减压装置于1992年5月建成投产，减压炉原设计加工能力为150万吨/年，设计热负荷为10.7MW。后因生产加工能力的逐步提升，于1999、2010年对减压炉进行了技术改造，主要提高辐射室换热面积、提高辐射室对流换热效率、均化辐射室上部炉管温度，目前减压炉生产能力为270万吨/年，同时减压炉在热效率、排烟温度等参数都有大幅度提高。随着对加热炉从严管理及装置能耗考核，减压炉改造升级也提上日程。

以2012年为例，公司加热炉热效率考核值为92.1%，而本装置减压炉热效率均值为91.25%，距离考核值0.85%；减压炉改造前排烟温度高达190℃，热烟气的热量不能得到较好的回收利用，是减压炉热效率低的主要原因，排烟损失达6.81%。

二、改造措施

2013年大检修，本装置对减压炉余热回收系统进行升级改造，由原先单热管空气预热器升级为热管-扰流子空气预热器即热管与扰流管串联换热形式。升级后的空气预热器分别由扰流子预热器、热管换热器及冷、热流体进出口和相应的过渡段组成。

（一）机理

热管式一种具有高传热性能的传热元件，它通过密闭真空管壳内的工作介质的相变潜热来传递热量，其传热能力达、传热效率高。重力热管是密闭的管内先抽成真空，并充入适量的工质。在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽，上升到热管上端，并向外界放出热量，凝结为液体。冷凝液在重力作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，循环往复，连续将热量由一端传向另一端。由于是相变传热，因此热管内阻很小，能以较小的温差获得较大传热率，且结构简单，具有单向导热的特点，冷热流体间的热交换均在管外进行，方便进行强化传热。

扰流子空气预热器换热元件—扰流管内装扰流子，可以有效强化冷、热侧传热，提高流体扰动，破坏管内边界层，提高管内换热系数，降低管壁工作温度，有利于换热管换热。

（二）设备运行工况

热管一般采用的是碳钢-水热管，属于间接式传热，其传热速率非常高，同时也利于防止露点腐蚀。但碳钢-水热管空气预热器的安全使用温度比较低（以管内工质温度为参考标准应≯250℃为宜，以管外热烟气温度为参考标准应≯280℃为宜），但石化加热炉烟气出对流室温度均在300℃以上，一蒸馏减压炉对流室烟气温度更是高达355℃以上，此时热管管内工质温度大大超过最高工作温度250℃，此操作状态下单独使用碳钢—水热管空气预热器就能产生高温传热性能失效的问题，甚至可能出现热管爆管。对于这种工况，一般的解决方法是将烟气温度在300℃以上的部位采用有机热管，即将热管管内的传热工质改为饱和蒸汽压较低的有机工质，这样基本上可以解决热管爆管的问题。

扰流子空气预热器主要由壳体和扰流管组成，冷空气走管内，热烟气走管外，扰流管内的扰流片使流体即冷空气旋转，产生径向对流，促使传热边界层减薄以达到提高传热速率的目的，但扰流子空气预热器中的核心换热部件——扰流管的传热系数一般仅为碳钢-水热管传热系数的30%-50%，取热效果较差，同时单独使用扰流管对防止低温露点腐蚀较为不利。综合两种预热器的优缺点，论证将热管换热器与扰流子空气预热器串联使用就能较好的克服各自的弊端，同时又能发挥各自的优势，达到最佳效果。

（三）实施

最后经过研究论证确定的技术改造方案是：减压炉对流室热烟气（>350℃）先进两组扰流子空气预热器，在扰流子空气预热器内先后与冷空气（设计工况为20℃）进行换热，热烟气温度降至≯280℃后再进入碳钢-水热管换热器与经扰流子空气预热器换热后的热空气进一步换热以进一步提高进炉空气温度，最终达到提高减压炉热效率的目的。

三、运行效果

此技术改造于2013年大检修期间完工并投入运行，通过监测显示运行效果良好，尤其是在降低排烟温度、提高加热炉效率、节约燃料方面都达到了预期设计值。

减压炉升级改造后排烟温度由改造前的190℃降低至109℃，热烟气热量得到进一步回收利用，使得进炉热空气的温度也由升级改造前的215℃提高至278℃，提高63℃，减压炉的排烟损失由先前的6.81%降低至3.56%，降低了3.25%，减压炉热效率由改造前的91.2%提高至93.6%，提高了2.4%，改造效果非常明显。

在能耗方面，减压炉热效率的大幅度提高进一步降低了加热炉燃料气单耗，从而降低了装置总能耗。

2013年第一季度（升级改造前）与2014年一季度（升级改造后）在原油平均加工量、加工原油油种性质（单炼￠377原油）、减压平均进料量、外界环境平均温度等影响能耗的主要参数较为相近，因此具有可比较性。通过比较可以清晰的看出，减压炉升级改造前后加热炉燃料单耗降低约0.81kgEo/t，节能效果显著。

四、结论

热管这种传热元件，可以单根使用，也可以组合使用，根据现场的条件，配以相应的流通结构组合成各种形式的换热器，碳钢-水热管空气预热器具有热效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少等诸多优点且管内工质无毒、无害、无腐蚀、造价低，通过近一年来的使用证明：管内工质≯250℃（或烟气温度≯280℃），使用钢-水热管空气预热器不易发生高温传热性能失效等问题。扰流子空气预热器在280～450℃温度范围内使用安全系数很高，造价低，但其传热速率较之碳钢-水热管空气预热器传热速率偏低。根据扰流子空气预热器、钢-水热管空气预热器的自身优缺点进行优化组合，形成了组合式空气预热器烟气余热回收系统使优点得到了发挥，同时缺点也得到了克服，即可以把排烟温度降低，又消除空气预热器热管在高温段爆管及低温段發生烟气露点腐蚀，确保了空气预热器长期安全高效的运行，也提高了加热炉热效率从而节约能耗。endprint