相变换热技术在石油化工加热炉中的应用研究

相变换热技术在石油化工加热炉中的应用研究

杨文杰

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摘要：近年来，全球经济的发展速度加快，相关行业对于资源使用提出了更高的要求。为了朝着可持续的方向迈进，降低炼油化工生产能源的消耗，对资源进行高效的使用。在炼油化工企业发展中，需要对节能技术加以利用，减少能源的浪费。

关键词：相变换热技术；石油化工；加热炉；排烟温度；露点腐蚀

引言

炼油化工企业作为传统的高能耗企业，具有生产成本高的特点，因此需要从成本管理、经济效益、技术创新等层面分析，优化炼油化工装置，达到节能降耗的效果，从而推动炼油化工企业的可持续发展，提高企业的核心竞争力[1]。同时炼油化工装置的节能降耗，符合现代节能环保政策要求，有助于推动产业转型升级，符合社会发展的趋势，因此推动炼油化工装置改造与优化具有重要的现实意义。

1相变换热技术简介

应用相变换热技术的换热器（以下简称相变换热器）的结构。相变换热器一般分为上下两部分，上部为放热段，用于加热空气，下部为吸热段，用于给烟气降温，两段之间有一定的高差，为管内相变介质的循环提供动力。放热段和吸热段内都有若干排平行排列的换热管，换热管的排数和每一排的换热管根数通过计算确定，每一排换热管通过集合管连接起来，若干根集合管并入联箱中。换热管内加入适量的相变介质（如软化水），吸热段和放热段通过软化水的蒸发与凝结来传递热量。吸热段的软化水通过吸收烟气热量汽化为饱和蒸汽，饱和蒸汽通过集合管和联箱汇集起来并在一定的压差作用下上升到冷凝段，加热空气后凝结为饱和水，饱和水在重力的作用下回流到吸热段继续吸收烟气热量，水蒸气的饱和蒸汽温度和饱和蒸气压一一对应，因此，当换热管内饱和蒸气压稳定时，饱和蒸汽温度可维持在一个固定的数值，换热管的金属壁温则可以保持不变。烟气的露点腐蚀发生在换热管上，通过控制管内的饱和蒸汽温度即可保持受热面壁温稳定并可控可调。

2化工行业节能技术应用的现状分析

在我国大力提倡科技创新的背景下，我国化工行业生产技术得到了快速的发展和优化，这让化工行业生产的效率提高，产品的质量也有了明显改善。然而在发展的过程中也应该理性的看待行业，目前我国化工行业生产技术和发达国家先进生产技术之间依旧存在着一定的差异，虽然通过应用技能技术能够让化工技术的能源利用率和能源消耗问题得到一定的解决，但是节能技术的应用仍存在着较为浅层，难以充分发挥作用的问题，这让我国化工行业距离健康绿色的发展还存在着一定的距离。化工节能技术的应用能够在一定程度上满足我国多数化工企业经济发展的需求，然而一些中小型的化工企业在发展的过程中仍存在着一定的生产管理问题，管理系统并不完善，员工相关培训工作也有待进一步落实，大型企业则是在发展的过程中对设计和管理方面的重视程度更高，在应用化工节能技术，提高资源使用效率的同时，更加关注如何让企业经济实现最大化，而当前的化工节能技术并不能完全满足企业的需求，因此在化工行业发展的同时，也必须要不断加强对节能技术应用的探索与优化，加强对技术的创新，从而在发展的过程中真正的实现可持续发展

3相变换热技术在石油化工加热炉中的应用

3.1扎实推进石油化工行业清洁生产工作

各地区要切实担负属地管理责任，以清洁生产理念为指导，认真落实《中华人民共和国清洁生产促进法》等文件规定，结合中央国家地方节能减排要求，大力推进石油化工行业清洁生产工作，充分落实强制性石油化工行业清洁生产各项标准要求，制定本地区石油化工行业清洁生产审核落实细则，持续加大对石油化工行业清洁生产的监督检查力度，做好相关评估工作。石油化工企业在生产中时刻牢记清洁生产的理念，要保证企业生产利益最大化的同时，也要进行清洁生产措施，企业在生产过程中以及企业的发展中好的理念总是能保证企业更有效更迅速的发展。

3.2余热回收与生产节能

石油化工企业开展生产活动时，余热回收属于一项比较关键的节能技术。石油化工企业生产时，各类原料会发生化学反应，化学反应会伴随着放热，这就是余热的主要来源。我国目前在石油化工生产过程中，余热多数没有充分利用起来，都是直接排放到大气中，这样不仅浪费资源，还会给环境造成一定的污染。所以，石油化工企业在生产时，一定要做好余热的回收和循环利用，采取一些有效手段，利用一些化学处理技术，将余热进行转变，变成动能，投入到生产中，不仅能够节能还能够节省一些其他生产材料。

3.3使用高性能的催化剂

对于节能降耗有着积极影响。加热炉作为裂化过程的重要设备，需要提高其余热吸收效率。实际验证中发现，反应器温度在450~530℃，催化剂的反应效率较高，因此可以降低能耗。因此可以通过优化生产技术，进一步降低焦炭产率，最终达到节能降耗的效果，例如提高油机比、雾化效果等措施。首先可以提高汽轮机的做功效率，我国所使用的汽轮机做功效率在65%~85%，提高做功效率能够提高热能回收率。但是由于汽轮机对于催化剂有着较高的敏感性，在运行过程中可能会发生一些问题，例如超速转动、异常振动等问题，因此可以根据汽轮机的型号，改为单机叶轮，或者是提高分离效果来减少粉尘问题。为了降低锅炉排烟温度，减少热能损失，可以使用性能好的吹灰机，可以提高产汽量；或者是使用燃气式脉冲吹灰机，其可将排烟温度降至120~180℃。燃烧室补充瓦斯主要是为了避免表象不足，在经过优化之后，及时去除瓦斯装置，也能够维持平衡，从而达到降低主风消耗的效果，同时也能够进一步减少再生烟流量，与此同时被带回的热量也能够进一步降低。

3.4降低炼油反应过程中的动能消耗

当前在炼油化工企业的生产过程中，最常见的降低电能消耗的方式就是运用变频模式，变频模式可以使能源的输入和输出保持在一个相对稳定和平衡的状态，这样就可以避免机器在运转过程中造成的电能浪费。为了使炼油过程中电机和机泵能够长时间处在相对稳定的变频模式中，可以将机泵和电机与计算机相连，构成有效的控制系统。热能在任何化学反应过程中都是存在的，但是在炼油反应过程中，每个环节所需要热能是不同的，所以为了能够降低热能的消耗，相关企业在炼油过程中应该对不同位置的反应所需要的热能进行严格的计算，然后调节不同反应发生的位置的供热。使热能的使用更为合理，降低能源的消耗。在一些反应过程中也需要应用到相应的水源，如果做不到合理规划和利用，就势必会出现水资源滥用和浪费的情况。

结束语

相变换热技术在石油化工加热炉应用时，可获取更低的排烟温度，对烟气中的余热挖潜更充分，具有很高的节能效益，对低碳排放也有很好的促进效果。当排烟温度低于100℃时，应注意保证管内蒸汽压力负压状态运行；当入口烟气温度过高时，可以考虑采用扰流子空气预热器+换热器等类似组合型式。

参考文献

[1]王霞.射流强化矩形螺旋通道内流动及换热机理研究[D].沈阳化工大学,2020.

[2]杨翔.三维肋扁管换热器流动及换热特性的数值模拟研究[D].重庆大学,2020.

[3]黎思亮.高温热解煤气余热回收及焦油冷凝特性研究[D].浙江大学,2020.

[4]魏文博.化工精馏高效节能技术开发及应用[J].石化技术,2020,27(01):23-24.

[5]李鹏飞,关昌峰,阎华,石美浓,左夏华,杨卫民.组合转子技术综合性能评价方法的研究[J].北京化工大学学报(自然科学版),2020,47(01):89-92