想了解节能型换热器吗?都在这儿了!

作者:钱伯章 文章来源:流程工业 发布时间:2015-01-29
美国正在竭力推荐原油预热换热器采用结垢为零的自清洗流化床换热器,以节减能耗,据统计,因原油在预热换热器中结垢,全球年能耗费用达到45亿美元。

1. 自清洗流化床换热器

美国正在竭力推荐原油预热换热器采用结垢为零的自清洗流化床换热器,以节减能耗,据统计,因原油在预热换热器中结垢,全球年能耗费用达到45亿美元。采用自清洗式流化床换热器在管内采用循环流化的固体颗粒(3mm切割金属丝),可不断冲刷换热表面。表2列出原油换热用常规换热器与自清洗换热器的运行比较。图1和2为自清洗流化床换热器。

表1 原油换热用常规换热器与自清洗换热器的运行比较

参数

常规换热器

自清洗换热器

入口温度,℃

出口温度,℃

管内液体流速,m/s

管长,m

管内结垢因子,m2/kw

设计的总传热系数,k值,w/ m2k

传热面积,m2

总需传热面积,m2

150

175

1.2

6

0.00175

125

350

700

150

175

1.56

3.8

 

1504

117

229

注:管程:原油,壳程:烃类。壳程烃类入口和出口温度分别为263℃和225℃。

采用自清洗式流化床换热器,可使加热炉供入能量节减约50%。对于高能量回收设计,换热器管长可放大到10m。

图1 自清洗流化床换热器

图2 流化床原油预热器组(一个壳体,管束内并行地通过两种流体)

2. 螺旋式换热器

管壳式换热器是化工生产中重要的热能交换设备,近年来一种新型的管壳式换热器——螺旋隔板换热器由于节能、节材效果显著而备受关注。

螺旋折流板换热器是一种新型换热设备,它与传统的换热器区别仅限于折流板结构。这种换热设备吸取了弓形折流板的优点,克服了弓形折流板的缺陷,是目前折流形式中最具优势的折流板形式。它的传热系数较高,在一般情况下要比弓形折流板形式高40%左右,另外又消除了一些不必要的能耗,特别适宜于处理含固体颗粒、粉尘、泥沙等的流体。

采用螺旋式换热器(SHE,Spiral heat exchange)是替代管壳式换热器(S & T)的低投资方案。它采用二个平行板式螺旋体可实现100%对流传热,通道内设置的螺栓和弯曲造型有助于促进紊流流动和传热,热回收效果好,与管壳式换热器相比,传热系数可提高一倍。图3为100%对流的螺旋式换热器,图4示明螺旋通道内设置螺栓以强化传热,图5示明局部流速提高可对部分结垢通道起到冲刷效果。

图3. 100%对流的螺旋式换热器热回收效果好

图4. 螺旋通道内设置螺栓以强化传热

图5. 局部流速提高可对部分结垢通道起到冲刷效果

螺旋式换热器己在国外应用于炼油和石化行业许多领域。

应用实例:

(1)用于催化裂化油浆冷却,油浆中含高达1%的颗粒细粉催化剂。德国一炼油厂采用螺旋式换热器替代双管式换热器。原来,双管式换热器运行10天就需要清洗3天,花费大。改用螺旋式换热器后,运行5年也无需清洗,1年内偿还投资。

(2)中欧一炼油厂采用螺旋式换热器用作减粘进料/产品换热。进料为常压渣油,预热后进加热炉,再送去裂化。离开减粘装置的产品温度为370℃。原采用管壳式换热器冷却时,存在严重的结垢问题,管侧形成焦炭和沥青质,每2个月要将换热器拆开清洗。改用螺旋式换热器后,运行三年多,也未停工过。

(3)适用于PVC和PTA生产过程。

华南理工大学先后研制开发了不同类型的螺旋隔板换热器,与相同规格尺寸的弓形隔板换热器相比,其总传热系数提高近一半;在相同压降下,传热效率提高10%。目前该新型换热器已在8家企业获得应用。

3. 开口挡板管壳式换热器

壳牌公司开发了名为EMbaffle的创新型换热器,这种换热器设计可使过程工业改进操作性能、节能、最大限度地减少废热、降低操作和维修费用,并限制环境排放。

该专利技术比常规管壳式园缺挡板型管束设计具有好几方面优点。新设计采用被分割和扩展的板材制作的开口金属挡板(管子支撑)(见图6),开放型结构使纵向流动方式降低水力阻力。其结果:因流动而引起的管子振动减小。其他的操作效益为:较低的结垢速率;壳程较低的压降;避免不利的流动而引起的管子振动;提高传热能力。

图6 EMbaffle管束换热器设计采用开放式结构的开口金属挡板

传统园缺型挡板换热器易快速发生结垢的滞流区或死区则不复存在。因结垢而产生的事故减少,从而延长了生产装置的操作时间;维修、清洗周期延长,热回收量增加;同时加热炉燃料燃烧量减少,从而可减少CO2排放。该EMbaffle技术己申请专利。

该新技术己在欧洲一复杂型炼油厂原油预热系统工业化应用。2004年初,该原油蒸馏装置三台常规的管壳式园缺挡板换热器被替换为二台螺旋挡板管束换热器和一台EMbaffle管束换热器。由于采用一个内部壳体,设置二个流向的管束,管道不改变,属高效的低成本更替方案。管侧流向由特殊的头部设计使之改变。

操作3个月以后,对不同的换热器进行比较后发现,EMbaffle换热器传热性能提高了24%,压降也大大降低。此外,EMbaffle换热器所用管子数要少18%。与常规管壳式园缺挡板换热器相比较,结垢的倾向性几乎要低2倍。对于10MW的换热器,能量节约为0.025~0.060 PJ/a,从而使操作费用节的5万~10万欧元/年。

4. 空心环管壳式换热器

研制结构紧凑,传热高效,省材节能,轻巧并小型化的新型换热器已经成为过程工业急需的设备。华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室开发的新型壳程强化传热技术,推出空心环管壳式换热器,已有大庆炼化公司等4家企业的节能改造项目采用了该换热器,炼油能耗明显降低,据称,为企业年增效1.2亿元。

由上海贝谷换热器制造有限公司自主开发的波纹管换热器年生产能力已达800~1000台,这标志着该节能产品已进入产业化阶段。目前常用的各类换热器都不同程度存在效率低、能耗高、资源浪费严重、易腐蚀结垢等难题。根介绍,波纹管换热器可较好解决上述问题,同时节能效果更为明显。经测试和实际应用证明,新型节能波纹管换热器传热效率高,是工业常用管壳式换热器的2.5~3.5倍,节能率、节水率高达50%左右。同时设备防腐、防垢能力强,使用寿命长。上世纪九十年代初开始运行的40余台波纹管换热器至今十余年仍做到了无故障、无清洗、无维修。新型节能型波纹管换热器主要用于石油化工、供热、冶金、食品、饮料、造纸、机械等领域。

5. 组合式连续螺旋多壳程节能换热器

广泛应用在石油化工行业的换热器,是决定企业能耗水平的主导性因素,也是行业节能挖潜的关键设备。在石油、化工、能源等工业生产中,常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却,把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程都需通过换热器来完成。截至目前,石油和化工行业普遍应用的是管壳式换热器。虽然近年来这种传统换热器受到了新型产品的挑战,但因为其结构简单、成本低廉、耐压能力强、操作弹性大、应用材料广等原因,仍在行业内占据绝对优势。因此,以新型技术提高管壳式换热器能效成为行业急需的节能手段。西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多项流国家重点实验室课题组研发成功“组合式及多壳程管壳式换热器”,比传统的弓形换热器提高能效8.3%,且不会增加企业成本,对化工节能意义重大。

新一代传热技术与高效换热设备课题组对管壳式换热器研究后发现,传统的非连续单壳程换热器中,相邻的折流板之间三角形区域漏流严重,导致相同流量下的传热量不如其他类型换热器。换热能力低成为困扰其发挥优势的瓶颈。为解决这一问题,他们研发出了连续性单壳程换热器。在此基础上,又在全国率先提出了组合式及多壳程管壳式换热器的概念,即外连续+内非连续,并设计出外壳程为连续螺旋折流板、内壳程为弓形折流板形式的组合式多壳程的换热器。

这种新型组合式连续螺旋多壳程换热器在减少热交换阻力的同时,使换热能效比传统的管壳式换热器提高约8.3%,而且通过局部优化,能效还有望进一步提高。此外,这种新型换热器虽然提高了能效,但造价并没有提高。

目前,这种新型换热器已经在郑州意达换热设备有限公司和广东吉荣空调有限公司得到工业化应用。课题组正在按工业化要求对产品进行进一步优化。该技术已经申请中国发明专利5项,美国发明专利1项。

6. 新型板翅式换热器

南京工业大学等单位完成的高效、紧凑、节能的新型板翅式换热器的关键技术及工业应用项目,2009年6月初通过中国石油和化学工业协会组织的成果鉴定。

该项目完成了新型板翅式换热器从设计、制造到优化的关键技术的研究,开发了板翅式换热器设计软件包-PFECAD,以及用镍基钎料制造不锈钢板翅式换热器的新工艺。以此为基础,项目组研发出多种新型板翅式换热器产品,如具有蜂窝状加强结构和新型液相均分器的变截面板翅式换热器,肋片式相变传热结构的板翅式换热器,集预冷、冷却、分离、过滤4种功能于一体的换热器等。这些设备已在压缩机、汽车、冷冻式干燥机、油气回收、燃油燃气锅炉余热回收和电子散热等领域得到工业化应用,并大量出口到欧美等地,累计新增销售8.4亿元。

7. 高效螺旋折流板换热器

换热器是石油化工、冶金、电力等行业的主要设备,其设计制造水平的高低直接关乎换热效果,影响能耗。目前管壳式换热器约占我国全部换热器量的70%~80%,石化企业换热器更是占全部设备的40%以上。国内外绝大多数在役的管壳式换热器还在采用垂直弓型折流板结构,存在流动死区大、壳程流动阻力大、易积垢等不足,换热器整体传热效率低,使用周期短,还容易诱发管束的振动噪音。

新型高效螺旋折流板换热器有望成为管壳式换热器升级换代的主导产品,大型石油、化工企业将能以简捷和低成本的方式实现节能。

此外,全封闭流道连续型无中心管螺旋折流板换热器还使管壳式换热器制造变得相对简单,不仅能够大大降低加工制造成本,还可以根据产品的形状、体积和结构特点,分别采取整体加工组装和分成四(六、八)组管束加工组装的不同加工形式,更容易实现大型化。

2011年8月中旬,杭州华东化工装备实业有限公司研制的新型高效螺旋折流板换热器——全封闭流道连续型无中心管螺旋折流板换热器在杭州龙山化工有限公司应用后,换热器传热效率较原先提高了79.8%。

华东公司研制的这种全封闭流道连续型无中心管螺旋折流板换热器,使壳程内介质以理想的螺旋流形式通过壳程流道。其创新点体现在三个方面:一是自主设计了一种无中心管的全封闭螺旋流道,在一个螺旋行程内,由两块以上折流板连续组成螺旋组,若干个螺旋组通过联结板连接,与壳体内壁和传热管外壁形成密封螺旋流道,使换热器的壳程内形成真正意义的全封闭螺旋流道,从而大大提高了流体的湍流程度,减少了积垢,提高了换热效率;二是采用了阻流板技术,减少了热量损失;三是采用了整体防震技术,进一步强化了换热器管束的抗振能力,延长了设备的使用寿命。该换热器获得国家发明专利和国际发明专利。

由沧州渤海石化制造分公司制造的两台折流杆式换热器管束,经专业检测达到规范要求,正式交付用户使用。与传统的折流板换热器相比,该换热器具有管束振动小、壳程压降明显降低、总传热效率高、结垢速率低等优点。该公司通过大胆实施了技术创新和工艺改进,掌握了折流杆式换热器管束的制作技术,在保证质量的同时,还改进了该换热器管束的外观。

2011年11月22日,天津渤化石化有限公司与大庆石化公司签订合同,采购大庆石化机械厂9台高效螺旋折流板换热器。这些设备用于目前世界单套能力最大、国内首套年60万吨丙烷脱氢制丙烯化工装置。这个厂与美国鲁姆斯热传递公司已有长达9年的合作,是美国鲁姆斯热传递公司授权的螺旋折流板换热器专利制造厂。这个厂致力于高效换热器的制造与销售,成功打开国内外市场,订单以每年20%的速度稳步递增。今年年初至今,这个厂螺旋折流板换热器销量增长33%。

8. 节能蒸发式冷凝器

洛阳隆华制冷设备有限公司开发出节能新设备———蒸发式冷凝器。该产品经唐山三友化工集团、河北宝硕化工公司、山东海化集团、山西兰花化工公司等化工企业使用后,节能效果明显。

蒸发式冷凝器是按最优化的换热机理设计,中心部件———冷凝盘管组选用高传导材料08AL的异性椭圆形管制成,提高了介质的换热系数。该产品利用管子外表的水膜蒸发,通过传质和传热使管内工质降温冷凝,每千克水蒸发吸收680W的热量,同时还不用再设置冷却设备,由于其工作原理和湿球温度有关,夏季冷凝温度也不会升高,既提高了设备效能,又达到节水、节电,节约能源的目的。

而传统的水冷冷凝器是利用大量的冷却水的温升来提取管内工质的热量,每千克水每降低1度只能带走1.16W的热量,而且需要大量的冷却水,即使采用循环水,还需配置冷却塔和水泵、水池等,特别是在夏季,随着环境温度的升高使冷却水温高,导致冷凝温度升高,消耗功率增加。

蒸发式冷凝器与水冷冷凝器相比平均流速提高15%~18%,性能提高25%,设备体积缩小,配机动力降低,降低制冷装置能耗10%。整机采用二次布水器、预冷翅片管、高效内肋异性管等3项国家专利技术,增大了换热面积,降低了引风机的能耗,避免了圆管易出现的水膜干点和水在高结垢温度段的严重结垢现象。冬季干运行时,不启动水泵同样能保持设备的性能不受影响,运行费用降低,达到节能效果。

具有自主知识产权的甲醇、合成氨用新型高效节能成套装置——变频蒸发式空冷器由洛阳隆华制冷设备有限公司开发成功。该装置具有节能降耗和节约资源的特点,一套10万吨/年甲醇装置采用变频蒸发式空冷器成套节能装置,年节电节水率至少可达10%。

据介绍,该成套装置设备主要应用于甲醇、合成氨生产系统的合成、精馏、压缩、冰机冷凝等关键工艺过程。它的主要创新之处在于:换热机理先进,将水的蒸发与空气冷却、传热、传质过程融为一体;利用空气冷却的翅片预冷段和水膜减压蒸发段相结合,强化换热,热效率高,预冷后流体进入蒸发段的温度低,不易结垢;将空冷的通风机和蒸发的阴风机合为一体,能效比高。

与传统水冷器相比,变频蒸发式空冷器冷却冷凝的工艺流体温度更低,节水和节能可达到更高工艺参数要求,产品质量高成本低,从而提高产品的市场竞争能力。

该成套装置产品已成功应用于山东红日阿康化工股份有限公司10万吨/年甲醇生产系统。运行证明,变频蒸发式空冷器成套节能装置达到了设计要求和预期的目的,取得了显著的节能效果和经济效益。与装置过去采用的传统水冷器相比,节水67%,节电58%,综合节能率达60%以上。

河北威力制冷设备有限公司研发的高效节能专利产品ZNX型蒸发式冷凝器,在石家庄元氏宏升化工有限公司得到成功应用。使用该设备,可使氨基乙酸产出率提高4%,原料甲醇用量降低6%,还有效解决了传统换热设备高耗水、高耗电、高运行成本,使用寿命短的“三高一短”问题。据介绍,氨基乙酸为精细化工产品,其最大的用途是合成除草剂草甘膦。氨基乙酸生产节能降耗的关键,在于提高甲醇降温效果,减少甲醇用量,降低水、电消耗。新型冷凝器采用了先进的热传导技术,利用水膜蒸发带走潜热,与传统的空冷式、水冷式冷凝器相比,换热能力提高几十倍;用不锈钢波节管代替普通光管,增大了传热系数,提高了冷凝效果;设备结构由原来的管壳式或列管式结构,改为集水池、冷却塔、冷却器、泵、管、阀于一体的组合结构,不仅在生产中节水80%、节电25%,还节约设备占地40%、节省钢材50%以上。据了解,继2008年初该设备在元氏宏升化工有限公司运用并取得成功后,又有21台设备先后在河北、山东等地的15家氨基乙酸生产厂家推广应用,均取得了较好的节能效果,受到氨基乙酸企业的青睐。

河北威力制冷设备有限公司研制开发的蒸发式水冷器首次成功应用在焦化行业,解决了长期困扰焦化行业的高能耗难题。这种蒸发式水冷器以节水90%、节电50%、、降低运行成本40%~60%等优势,将在焦化行业节能减排、降耗增效中发挥作用。据介绍,焦化行业在生产化工产品的过程中,用初冷器水冷却焦炉煤气,冷却效果直接影响到产品的产量及效益。传统初冷器冷却一般都采用水池、冷却塔、水泵及连接管道组成的敞开式冷却系统,冷却效果差、能耗高、焦油产量低。为改变这一局面,河北威力制冷设备有限公司经过攻关,为焦化行业量身定制了蒸发式水冷器。这种水冷器采用先进的水膜蒸发传热技术,将水冷与空冷、传热与传质融为一体,通过管外水膜的蒸发,强化管外传热。在材料选用上,威力公司采用了椭圆管、不锈钢波节管、铜内外翅片管、ACC管等先进的高科技碳钢新材料,增大了传热面积,从而提高了导热系数及热交换效率。另外,与传统初冷器不同的是,蒸发式水冷器是工艺介质走管内,水和空气走管外,运行水温低,所以不易堵塞、结垢,保证了设备的平稳安全运行。河北金鑫焦化公司在新上的焦化项目中,使用了8台威力公司新开发的2250型蒸发式水冷器。经对比,系统用水量由原来的1000立方米降至100立方米,年运行费用由原来的209万元降为92万元,而且由于制造管材采用了碳钢管,整体采用了热浸锌工艺,还提高了设备的使用寿命。

山东飞达化工科技有限公司针对冰机出口氨冷凝器冷却效果差的实际情况,在合成氨系统新增氨蒸发式冷凝器。据介绍,设备投资30万元、基建投资0.5万元、设备平台和管道等投资4.5万元,合计项目投资35万元。在保持冰机电流不变的情况下,合成系统氨冷凝器温度降低,使合成氨净值提高,在同等消耗的情况下每天增加4吨氨产量,按夏季运行情况计算,则增加利润112万元。

9. 节能的全焊型换热器

由上海沪星化工设备有限公司研制的全焊型板式换热器,因具节能增效功能突出,成为双氧水、甲醇制备过程中加热、冷却工艺的首选设备。

通常双氧水在氢化、氧化等过程中,需要加热或冷却的温度范围多数在150℃以下,过去我国双氧水企业选用换热设备时大都采用可拆型板式换热器。这种换热器的密封垫必须使用耐腐蚀的氟橡胶,一次性投资大、维修成本高。上海一家从事化工工程设计的公司,根据双氧水制备工艺特点,对不同种类换热器的性能和特点进行比较后,提出以全焊型板式换热器替代可拆型板式换热器方案,大大降低了初期资金投入。同时全焊型板式换热器在满足工艺要求的情况下,既节能降耗,又减少了日常维护和维修成本。

目前,全焊型板式换热器已成功应用于山东博汇海力化工4万吨/年双氧水工程、四川川化4万吨/年双氧水工程、贵州赤天化6万吨/年双氧水工程、四川金圣赛瑞化工6万吨/年双氧水工程、援助缅甸2万吨/年双氧水工程以及中国石化10万吨/年双氧水扩建工程等,发挥了独特的节能增效作用。

目前该设备正在甲醇精馏系统的予精馏塔后的冷却、主精馏塔后的冷却、精醇冷却中发挥作用。福建顺昌富宝实业有限公司新增加一套4万吨甲醇精馏装置,其中冷却器使用了上海沪星化工设备有限公司生产的全焊型板式换热器后,一次性投资相比其他传统的换热器节省了20%,同时年可减少停机时间50小时,增加产量270吨,增效50多万元。

10. 高效节能板壳式换热器

由甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司自主设计制造的重大石化装备——10500平方米高效节能板壳式换热器,于2009年7月5日通过验收。这台国内单台换热面积最大的国产板壳式换热器,应用于中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨/年芳烃联合装置。

蓝科石化高新公司在研制该装备的过程中,成功攻克了超大型化的难题,作为一个重要里程碑,它标志着国产板壳式换热器已跨入国际领先行列。

10500平方米大型板壳式换热器是当今石油化工企业连续重整装置中的关键设备。该装备节能、降耗、减排效果优异,按设计热负荷116MW、年操作时间8000小时计算,每年可节约燃料油7.98万吨、燃料费2.47亿元,减少二氧化碳排放量约24.74万吨。该装备先后被列入科技部“十一五”国家科技支撑计划项目、国家发改委“十一五”重大技术装备研制和重大产业技术开发专项规划及重大技术装备研制专项。

据介绍,10500平方米高效节能板壳式换热器的研制成功,为国内炼油、化工行业的发展提供了有力的设备保障,打破了国外技术垄断,提高了我国石化行业装备研发制造能力。由于产品的换热效率高,设备每年可降低能耗928000MW,年均节能收入为7980万元。

据了解,该板壳式换热器以板为传热面,传热效能好,传热系数约为管壳式换热器的两倍。其结构紧凑,体积小;耐温、抗压,最高工作温度可达800℃,最高工作压力达6.3兆帕。该换热器扁平流道中的流体高速流动,且板面平滑、不易结垢。板束可拆出,清洗也方便。

板壳式换热器已广泛应用于石油化工、造纸、制药和食品等行业。甘肃蓝科石化高新公司是目前国内唯一一家可以制造大型板壳式换热器的企业,其设计及制造水平均已达到国际先进水平,所生产的产品可完全取代国外同类产品。

11. 阿法拉伐公司供应节能的Packinox紧凑型换热器

瑞典阿法拉伐(Alfa Laval)公司是传热、离心分离和流体处理的全球领导者,该公司宣布,获得哈萨克斯坦一座炼油厂合同,供应阿法拉伐Packinox热交换器,订单价值约为5500万瑞典克朗,于2012年交付。阿法拉伐Packinox热交换器将被用在生产混合二甲苯的催化处理部分,混合二甲苯用于合成尼龙作原料。

阿法拉伐(Alfa Laval)公司于2011年8月24日宣布,承揽为中国的石化装置提供Packinox紧凑型热交换器合同,该合同价值约5000万瑞典克朗,并于2012年交付。阿法拉伐换热器被用于苯酚生产中的缩合阶段,苯酚主要用于生产塑料和相关材料。这是该公司近期内在亚洲流程工业获得的第二份合同。该公司的紧凑型换热器应用于炼油和石化行业作为高效节能解决方案具有领先地位。

阿法拉伐公司于2012年6月18日宣布,为韩国炼油厂用于合成尼龙和聚酯瓶用混合二甲苯生产中的催化处理部分提供其Packinox换热器。该公司表示,韩国现在是阿法拉伐公司的第四大市场,仅次于美国、中国和北欧地区。订单价值约1.2亿瑞士克朗(约合1710万美元),换热器设备定于2013年交付。

阿法拉伐(Alfa Laval)公司于2014年9月12日宣布,承揽了一项合同,为韩国石化装置提供了阿法拉伐的Packinox换热器。这一合同价值约为8500万瑞典克朗,换热器定于2015年交付。阿法拉伐Packinox换热器将用于制造合成尼龙和PET瓶生产中使用的混合二甲苯的生产过程中。

12. 阿法拉伐公司推出新的节能板式换热器

阿法拉伐(Alfa Laval)公司于2011年12月宣布,推出新的节能板式换热器(图1),它使能源效率、可达到性和板式技术的模块化与管技术的粘性和颗粒处理能力相结合。称之谓FusionLine的节能板式换热器产品特征是,在产品侧拥有4- 6毫米的开式通道(图17中,红色),这使之易于清洗,并且具有完全可达到性。该开式通道设计,无接触点,在媒体侧(图中,蓝色)由板粘合而成,媒体侧采用了该公司的专利AlfaFusion技术,这一技术可使两个不锈钢板粘合在一起,成为无接头的一片。

AlfaFusion技术允许使用最佳传热的薄板,也保持了对产品压力的高阻抗。通道的几何形状,确保了良好的产品处理,板可以很容易地被添加和去除,使快速反应可随生产量而变化。其大小也比管式换热器小30%-40%。

图17-1. 传统的PHE(板式换热器)

图17-2. FusionLine新的节能板式换热器

阿法拉伐(Alfalaval)公司于2013年12月研发成功增强型Pharma-line无菌管式换热器。这种换热器专为生物科技与制药行业设计,主要用于制药用水、注射用水、纯水、CIP清洗系统以及制热与冷却工况,在安装灵活性、可排净性和进一步减少设计误差和降低交叉污染风险等诸多方面有了很大的提升。增强型Pharma-line可在任意位置进行灵活的放置和安装,不仅可安装于地面,还可固定在墙面或悬挂于屋顶。最可贵之处在于,无需在制药流程设计早期确定确切位置,这不仅使得厂房设计人员有更多时间考虑所有设计要求,而且在最终确定换热器位置前具有更大的灵活性。Pharma-line依旧采用无缝管设计,表面粗糙度可控,而双管板设计则可防止换热介质泄露进入产品且无死角出现。但与之前不同的是,除管层产品可完全排空外,Pharma-line现在还可在其壳侧对换热器进行通风和排水。Pharma-line另一项优势在于,可在提交订单前通过阿法拉伐的CAD端口,针对特定安装下载定制的CAD图纸。通过在设计流程早期提供数字化图纸,制药厂设计人员能充分评估各种设计方案,适时对设计进行修改。这将有助于节约开发时间、降低开发成本并加快产品上市速度。

阿法拉伐公司于2014年2月底宣布,赢得了中东地区炼油和石化联合装置订购其Packinox换热器的合同。该订单价值约6500万瑞典克朗(合1000万美元)。交付日期定于2014年和2015年。该Packinox换热器包括用在过程中可从原料中去除不需要的物质, 如硫等。该Packinox换热器可以处理温度高达550摄氏度, 可达25米高, 比竞争对手的管壳式换热器产品更为紧凑。

13. 信一换热器公司的高端换热管行

虽然只成立了两年,企业规模并不大,但江苏信一换热器科技有限公司却迅速成长为了国内高端换热管行业的领头羊。目前,他们是国内生产高通量管和螺旋扁管各项性能达国际水准的第一家企业,占据了国内该领域80%的市场份额,并以其技术和价格优势在国际上具备了一定的竞争实力。

信一公司是一家专业从事新型高效换热管研发与生产的民营企业。据介绍,高通量管是一种在尽量小温差和尽量少传热面积下可以传输更多热量的高效换热器关键设备,是一种将烧结方法和纵槽机加工技术有机结合的高科技新产品。该产品能同时提高换热管内侧和外侧传热系数,解决了目前困扰强化传热过程中只能提高单侧传热系数,而总换热效率低下的瓶颈问题,因此可大幅提高换热管和换热器的换热效率。

高通量管不但可以提高传热能力,而且能减少蒸汽需求量。在大型换热系统中,因为小温差的需求,重沸器的需求数量非常大。若使用高通量管可以减少3/4的重沸器数量,而温差仅为5℃。因此,使用高通量管替代传统光管,可以消除换热瓶颈,满足更大换热负荷的需求,显著提高产品产量。同时,在保持设计效率情况下,可以采用更低的蒸汽压力,因而可减少成本支出。

我国能源利用效率仅为34%,比发达国家低10个百分点,只相当于发达国家20年前的水平。因此,外表面纵槽/内表面烧结多孔层高通量管的开发成功,为石油和化工等相关产业在能源利用效率上赶上发达国家水平提供了一种可能。

据统计,现代化工中所用的换热器设备投资占总投资的30%,部分石化项目换热器投资甚至占到了全部设备投资的40%左右。譬如,建设1套百万吨级大型乙烯成套设备,总投资一般在200亿元以上,而换热设备费用占总投资的30%左右。目前,高通量和螺旋扁管的国内市场容量约3亿~5亿元,国外市场每年也有十几亿元,发展空间巨大。信一公司要想保持高效换热管市场的领军地位,需要不断开发新产品、新技术,拓展海外市场。因此,做大做强是目前信一公司正在努力的方向。。

14.. 管壳式换热器强化传热与自清洁技术

北京化工大学开发成功一项可在我国高耗能行业推广的节能减排新技术——“管壳式换热器强化传热与自清洁技术”。中国石油和化学工业协会对该项技术进行了鉴定,认为这是一项具有我国自主知识产权的高效强化传热新技术,这一成果达到世界先进水平,可以帮助石油化工、电力及冶金等高能耗行业在传热过程中实现节能减排。

传热效率低下和传热表面积污结垢造成的传热劣化问题,是国际上多年来一直未解决的热传递过程中的难题,也是制约化工等高能耗行业提高能源利用率的瓶颈问题。北京化工大学创新团队,以场协同理论为基础,以量大面广的管壳式换热器为对象,通过多学科前沿技术的综合集成,在国际上首创一项节能降耗效益显著的高新技术产品——“洁能芯”,解决了上述难题。

据介绍,“洁能芯”可应用于各种管壳式换热器,如:凝汽器、冷却器、蒸发器等,无须改变换热设备结构,直接安装于传热管内,即可有效地解决管壳式换热器效率低下的问题。“洁能芯”中的管端滤网罩壳能够进一步提高管壳式换热器的工作可靠性,并使其更加方便于工程应用。该产品具有强化传热和在线自动清洗的双重功效,节能降耗效果明显,可望推动管壳式换热器节能技术领域的跨越式发展。

据介绍,“洁能芯”可广泛应用于石油化工、火电、核电、食品、轻工、船舶、冶金等领域的各种管壳式换热器,在节能减排方面具有十分广阔的应用前景。如果全国燃煤火力发电机组大部分都采用“洁能芯”技术,每年可节约2000万~3200万吨标准煤,节水10%以上,减少向空气中排放二氧化碳温室气体5000万吨以上。若将该技术进一步推广至化工、冶金等高耗能行业,宏观经济效益将更显著。

15. 换热器在线清洗技术

为确保换热器在良好的传热条件下运行,已发展了多种在线清洗技术。在线机械清洗方法如美国海湾石油公司费城炼油厂表面冷凝器管束中安置的尼龙刷式自动刷洗系流;菲利浦斯石油公司某炼厂FCC装置主风机驱动用蒸汽透平表面冷凝器的海绵球清洗系统,我国荆门炼油厂FCC装置气压机表面冷凝器在线清洗也有应用,我国电厂己多有应用;法国道达尔公司瓦朗西斯安炼厂、卡尔根维尔炼厂、东日炼厂等使用了称为Spirelf的螺旋形弹簧在线清洗系统,在原油预热换热器中使用8个月就多回收14℃温度的热量。

各种有机和无机沉积物,大多由污垢和其他腐蚀产物形成,会引起换热器管束内外表面严重的结垢。这种状况在用冷却水冷却情况下尤为普遍。管子表面加快腐蚀,使传热效率快速恶化。由于结垢,传热效果可能下降到只有20%。德国Sakaphen公司推出减少管子表面结垢的技术方案:将换热器管束涂以热法涂料,可长期解决管束结垢问题。某些情况下,壳程也可涂层。新的热法涂料不影响流速、压降、管子表面温度和材质。碳钢材质涂层最好。这仲热硫化涂料可涂6~8层,涂料在特定聚合炉中于120~150℃下硫化,最后一层硫化温度为220℃。该涂料可形成均一、疏水、有弹性和无孔的表面,总厚度180~200μm,因涂层厚度薄,对传热系数影响极小。涂料组成为Si14E和Si57E,为聚氯乙烯-酚醛树脂缩聚物,这种材料高度抗腐蚀,可用于所有的冷却水介质包括海水和咸水,以及化学介质。耐温可高达200℃。这一技术己在石油化工厂推广应用。

16. 超声波在线除垢技术节能降耗

我国石化行业现存的换热设备超过30万台,长期以来这些设备的防垢、除垢问题一直缺乏理想的解决之道,换热设备普遍在带垢运行,而垢的导热系数仅为换热器金属管壁的几十分之一。据行业统计,垢质每年在换热设备和管道中的沉积厚度约为4毫米,换热设备积垢每增加1毫米,传热系数下降9%~9.6%,能耗和排放将增加10%以上,同时带来生产效率下降、腐蚀缩短设备寿命、安全隐患等一系列问题。

换热设备超声波在线防垢技术其主要特点是超声脉冲振荡波在换热器管、板壁传播,在金属管、板壁和附近的液态介质之间产生效应,破坏污垢的附着条件,防止换热设备在运行过程中结垢,提高换热设备传热能力,降低达到同样工艺要求所需的能耗量,实现节能目的。

由于超声波频率很高,在管、板壁传播时形成很高的加速度,作用于与管、板壁直接接触的流体介质时,会出现一个微小的真空区域。真空区域刚一形成,附近介质在压力的作用下就会迅速涌向这一区域来填补真空,形成许多微小的涡流,这些涡流与生产同时进行,对壁面形成不间断的冲刷,这就是高速微涡效应。这一效应相当于介质随时都在对壁面进行清洗,可有效防止污垢的黏附。

壁面振动会带动其上的垢层一起振动,从而在壁面和垢层之间产生剪切力和推斥力,对于已有垢层,剪切力和推斥力会使其疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落;对于即将黏附的污垢成分,刚一接触壁面即被排开,无法稳定停留在壁面上。无论哪种情况,污垢都会随着介质的流动被带走,起到了除垢作用。

此外,介质流动时,由于与固体壁面有摩擦力,会在近壁区域而形成滞流层。这一区域的传热过程为滞流介质的导热过程而不是对流换热过程,而介质的导热系数较对流换热系数要低得多,因此滞流层的存在会降低传热系数。当有超声波作用时,超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层,起到强化传热的作用。

目前,该技术于2010年通过中国石油化工集团公司科学技术成果鉴定,其在不同应用环境声学参数定向设计、减少超声波衰减和抗畸变方面具有新颖性,已在石油、石化、化工行业众多企业应用。中国石化上海高桥分公司炼油3部3#常减压蒸馏装置换热网络21台换热器上已安装超声波防、除垢装置,此项技改年可节能7272吨标煤,年节能效益为582万元。中国石化四川维尼纶厂在乙炔车间提浓装置8台换热器,聚乙烯醇车间5台换热器,发电车间1#机组凝汽器,合计14台换热器上安装超声波防、除垢装置,此项技改投资了210万元,年节能2396吨标煤,年节能效益为192万元。

石化行业如果采用超声波防垢技术解决污垢问题,可降低全行业换热设备能耗约9%。2010年,石化(含炼油)行业消耗能源约1.3亿吨标煤,其中换热设备的相关能耗约占12%。如果在石化行业推广使用该技术,其节能潜力为139万吨标煤。预计“十二五”期间此项技术的推广比例可达40%,年可产生约55万吨标煤的节能能力。

17. 换热网络优化

运用窄点技术对换热流程进行优化节能在国内外得到普遍应用。巴陵石化公司ARGG装置(常压渣油生产LPG、丙烯和汽油)运用窄点技术对换热流程进行优化,原油换热流程由一路改为二路,多换热少产汽,提高了热利用效率,原油换热终温由改造前不到285℃提高到305℃。

吉林化工学院化工分离技术研究开发中心开发成功“石油化工系统优化节能技术”和“石油化工装置换热网络优化及最优控制技术”。“石油化工系统优化节能技术”是将各单元操作所组成的化工系统作为一个整体,用系统工程方法进行“系统的模拟与分析研究其整体特征”,以实现系统的最优化设计和操作。该技术运用化工热力学、系统工程学、化学工程学和计算数学等学科知识,通过数据库、过程模拟和专家系统等现代技术,开发成功石油化工系统优化的成套软件。吉化公司炼油厂气分装置利用该技术进行优化扩产及节能技术改造,据报道,仅2004年就增加产值 9200 多万元,增加利税 153余万元。“换热网络优化节能及最优控制技术”集换热网络的优化合成技术、换热网络分析技术、换热网络优化设计技术和换热网络流程模拟技术为一体,可为拟建和现有石油化工装置的换热流程进行优化计算,提出换热流程优化设计方案和优化节能技术改造方案,达到合理用能和优化节能。仅吉化炼油厂二常压换热网络优化节能改造,经厂标定,年节能效益就达 830万元。

18. 高效节能毛细管网换热器

北京化工大学机电工程学院与北京普来福环境计数有限公司研制成功PP-R毛细管网换热器,打破了德国长达20年的技术垄断,使中国成为全球第二个能够生产该产品的国家。该项目通过建设部组织的科技成果评估。

毛细管网换热器系统模拟人体的毛细血管系统,对建筑物的内环境进行恒温控制,可高效利用低品位的可再生能源,替代传统的采暖、空调系统。据介绍,毛细管网换热器具有水流阻力小、流量分配均匀、散热表面积大、耐高温高压、耐腐蚀等特点,是一种理想的高效换热器,可广泛应用于建筑、工业换热、能源的采集与释放、要求高的恒温恒湿等领域,其使用寿命可达50年以上,合理使用可免于维修和清洗。

专家认为,如果将毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合,加上合理的控制组成一个节能系统,可节能70%;如果再配套太阳能和冷热储能系统,节能可达90%左右。

19. 五管板组合氨冷器

我国自行设计研制的第一套五管板组合氨冷器,在四川蓝星机械有限公司启运。这标志着该设备长期依赖进口的局面被打破,并填补了国内空白。

据了解,该设备是四川眉山金象化工20万吨/年合成氨装置的关键设备,直径2.4米,长22.72米,重55吨。它将1号氨冷、2号氨冷和冷交换器三台设备组合在一起,既节约了投资,又节省了场地,而且节水、节能。

该设备结构复杂,管板多,同心度、平行度和垂直度都要求非常高,所有管板中心连线与设备轴线的平行度及管板端面与设备轴线的垂直度偏差均要求≤1毫米,不易控制。此外,该设备5个管板间隔总长15.31米,每个管板上有267个孔,管套管,管板的同心度和平行度等均要精确到≤1毫米,制造难度很大; 为使管子与管孔紧密配合,不仅对加工精度要求很高,而且200多根管子的光洁度要达到不锈钢的光亮度,设计、制造具有相当高的难度。因此,该设备长期未能实现国产化。

20. 新型石墨蒸发器

一种应用于化工生产节能减排的关键设备——超大型圆块孔式石墨蒸发器,在河北深州市天承石墨制品有限公司开发成功,并投放市场。

据了解,这种蒸发器换热面积达340立方米,是目前化工、医药、染料等行业工业生产中废液处理和再利用的关键设备。如安装在化工氯乙酸生产线上,可将生产中的废液进行有效吸收进而生产出高品质的氯化铵、氯化亚铁等产品,实现变废为宝。该设备具有抗压强度高、传热效果好、防腐性能强等特点,是当前化工等行业工业化生产中节能减排的理想设备。

据介绍,这种设备实现了四大技术创新:一是在工艺上通过采用压力弹簧作为热胀冷缩自动补偿装置,使设备结构强度更趋加强,保证了传热效率;二是通过对设备采用1∶1换热加工工艺,大大提高了热导率和抗冲击性能,其热导系数达到95%以上,耐高温达165℃,抗压强度达到0.6MPa;三是通过对换热块采用“积木式”可拆卸组合结构,对设备清洗、维修更加方便;四是采用了一效、二效、三效工艺蒸发浓缩技术,进一步降低了蒸气消耗,比同类设备降低30%以上。

21. 水平管降膜蒸发器

石家庄工大化工设备有限公司承担的水平管降膜蒸发器的研究项目通过鉴定。该水平管降膜蒸发器的核心部分——液体分布器采用了分配管底部与布液管连接的结构形式,属国内首创,与国内普遍使用的竖管降膜蒸发器相比,极大提高了换热效率。

水平管降膜蒸发器与目前国内普遍使用的竖管降膜蒸发器不同,其被蒸发溶液是在换热管外表面成膜状分布,而在加热蒸气走管内,传热系数是竖管降膜蒸发器的两倍。水平管降膜蒸发器除具备竖管降膜蒸发器传热系较高、适合处理热敏性物料、传热温差损失小,易于实现多效蒸发等优点外,由于料液在换热管外成膜,还具备成膜情况、结构情况较易观察等特点。

据介绍,水平管降膜蒸发器正常运行的条件之一是液体沿换热管均匀分布。在蒸发过程中,在相同热负荷作用下,给液不足的管子可能会结垢、烧焦、甚至出现 “干壁”或烧毁现象,而液膜过厚的管子因传热量不足不能充分传热,从而导致传热情况的恶化。为解决液体均匀分布难题,该公司课题组开发出了独特的液体分布装置。经测试,装置液体分布不均匀度低于5%,提高了液体分布的均匀性和蒸发强度。

据了解,水平管降膜蒸发器是美国Aqua-chem公司在20世纪60年代中后期研究开发的高效换热装置。石家庄工大化工设备有限公司于2007年10月开始进行水平管降膜蒸发器研发项目立项,已完成调研、设计、实验设备安装、试验、成果鉴定等全部工作。

该公司已着手将此研究成果转化用于工业生产。由于水平管降膜蒸发器具有较高的传热系数、适合处理热敏性物料、传热温差损失小、操作中的问题易于观察和控制等特点,在海水淡化、造纸工业、化学工业、制药工业等多方面具有广阔的应用前景。在水资源短缺地区及军工领域可用其制淡水,同时,其优越的传热性能将在节能方面发挥重要作用。

22. 双模蒸发式空冷器

一种具有自主知识产权的合成氨冰机用新型节能蒸发式冷凝器——双模蒸发式空冷器,已在甘肃刘化集团公司合成氨冰机冷凝器技改项目中成功运用。据悉,一台制冷量3000千瓦的冰机技改后,使用一台换热量4600千瓦的双模蒸发式空冷器,与传统蒸发式冷凝器相比一年可节水6000立方米,节水率达15%;节电100万千瓦时,节电率25%;综合节能率超过20%。

该空冷器由北京和海益制冷科技有限公司研发制造。据刘化集团技术中心介绍,该装置投运以来完全达到了其设计理论值,使用双模蒸发式空冷器后,操作压力由最高1.5兆帕降低到1.3兆帕以下,设备运行更安全可靠,而且产氨量每年增加2000吨。

北京和海益制冷科技有限公司是研制制冷换热设备的创新型企业,积极致力于服务化工制冷等行业的节能减排和环保事业,主要生产石油和化工行业专用的AEC系列节能空冷蒸发式冷凝器、吊顶节能型高效空气冷却器、节能高效空冷蒸发式流体冷却器、AEC-U系列节能空冷蒸发式冷水机组、NAC系列节能自然空冷器、节能高效蒸发式空冷器、制冷空调设备及装置、冷换设备等产品。

据介绍,双模蒸发式空冷器充分借鉴吸收了现代国内外成熟的新技术新材料,采用整体大波纹铝合金翅片为空冷器模块,紊流大波节不锈钢管为蒸发式模块。该产品已申报多项国家专利。据悉,该公司正加大产品的创新力度,以尽快研制出用于甲醇合成精馏工艺和氨合成工艺的双模蒸发式空冷器,并将节能变频控制技术引入到产品中,为化工企业的节能减排作出新贡献。

23. 复合型蒸发式冷凝换热器

由洛阳隆华传热科技股份有限公司自主研发的石化用复合型(变频)蒸发式冷凝换热新技术,冷凝效果明显优于传统冷凝工艺,并使工艺流体直接达到设计温度,节水、节能效果显著。

目前,我国石化行业主要采用的是空冷器串联水冷器的换热工艺及湿式空冷器串联水冷器的换热工艺,耗电量、耗水量、占地面积大。而隆华的新技术利用潜热换热原理和水的相态变化实现冷凝,换热效率是传统技术的117倍,所需水量仅为显热换热的1/117,使得驱动水流扬程的动力也大幅度降低,因此有效实地实现了高效、节能、节水的目的。

这一新技术在石化常减压、催化裂化、加氢精制、催化重整、延迟焦化、气体分馏等应用工位上,不仅有效地解决了传统工艺无法解决的问题,而且与传统换热工艺比较,节能35%以上,节水45%以上,减少占地面积70%。尤其在夏季温度较高的情况下,确保工艺流体的终温接近湿球温度10℃,使现有工位达到设计要求。

目前,这项新技术已在中国石化长岭分公司、南充石达化工、江苏新海石化等石化企业的气体分馏装置的精丙烯塔顶、脱丙烷塔顶,催化裂化装置的分馏塔顶、常减压装置的常压塔顶等工位应用,节能、节水效果明显。

贵州毕节东华新能源有限公司年产22万吨甲醇项目,采用洛阳隆华传热科技股份有限公司复合型高效蒸发式冷凝冷却技术。与传统换热技术相比,该技术节电20%以上,节水50%以上。目前,隆华复合型高效蒸发式冷凝冷却技术在全国化工行业的市场占有率在80%以上。

2013年1月7日,洛阳隆华传热科技股份有限公司自主研发的高效复合型蒸发式冷却(凝)器技术入选了国家发改委重点节能技术推广目录。据悉,此前这项节能、节水技术已被中国石油和化学工业联合会列为石油和化工行业环境保护与清洁生产重点支撑技术。

据了解,这项采用潜热换热原理,在节能、节水方面效果明显的技术已经得到了化工行业的广泛认可,被数百家化企采用,改变了我国煤化工、盐化工、石油化工等行业多年来一直沿用的高耗能、高耗水的换热工艺,为化企完成“十二五”节能目标提供了有力的技术支撑。

据隆华介绍,为改变化工行业采用的淋洒式、套管式、管壳式等水冷器和凉水塔这种大量消耗能源和水资源的落后换热工艺,隆华传热投资数百万元,研发出以潜热换热为换热主体的高效复合型蒸发式冷凝冷却新型换热设备。经国家权威检测机构综合检测,与传统换热技术比较,采用这项新技术可节能30%~60%,节水40%~70%。

在此基础上,隆华传热进一步拓展了这项技术的应用范围。他们针对不同化工产品生产所采用的换热工艺,研发出一系列换热设备,如应用于新型煤化工生产的成套高效复合型蒸发式换热设备;应用于甲醇下游产品二甲醚、烯烃等生产的高效复合型蒸发式换热设备;以及应用于石油化工常减压、催化裂化、加氢精制、催化重整、延迟焦化、气体分馏等的高效冷却设备。

据介绍,这项技术在实际应用中节能节水效果突出。河南金大地化工对其所属的6个化工项目全部采用这种高效复合型蒸发式换热设备进行换热工艺改造。经测算,仅在100万吨/年烧碱项目中,节水就达42%,节电38%。久泰能源甲醇项目均采用这种设备,在投资不增加的前提下,实现设备节水40%,节电36%,年减少运行成本200余万元。

由洛阳隆华传热科技股份有限公司研制的SYL系列(石化)高效复合型冷却设备,2013年2月初成功应用于江苏新海石化有限公司30万吨/年气体分离装置。该设备将蒸发式、空冷式、水冷式等多种冷却方式优化组合,节电25%,节水40%,有效降低了装置的运行成本。

洛阳隆华传热科技股份有限公司自主研发的内翅片管蒸发式中间冷却器2013年3月获得国家专利授权。据悉,这种中冷器与传统换热器相比节电20%以上,节水30%以上。内翅片管蒸发式中冷器采用潜热换热原理,以喷淋水作为冷却介质,依靠水在换热管外形成水膜蒸发吸收管内工艺流体的热量,通过轴流风机的强制排风带走热量,达到冷却或冷凝管内工艺流体的目的。该中冷器蒸发换热部件采用内翅片管,增加了管侧的换热面积,有效提高了换热效率,解决了压缩机实际运行中存在的冷却能力不足等问题,节电、节水效果显著。

2013年5月22日,第十六届科博会科技成果推广与商务合作推介会在中国科技会堂展开,由洛阳隆华传热节能股份有限公司自主研发的高效节能复合型蒸发式冷却冷凝装备技术获重点推广。

据了解,这种高效节能复合型蒸发式冷却冷凝装备技术广泛应用于石油、化工、电力、冶金、制冷等工业换热领域,节能、节水效果明显。经国家专业检测机构检测:高效节能复合型蒸发式冷却冷凝换热装备,在相同的换热负荷下,与传统水冷系统比较可节水30%~70%,节电30%~60%,年节省运行费用50%以上;与普通蒸发冷却(凝)器相比,可节水30%~50%,节电10%~20%,年节省运行费用40%以上。

据悉。这一装备技术在实际应用中效果明显。中石油、中石化、宜化集团、阳煤集团、平煤集团、大唐电力、神华电力、河北钢铁、宝山钢铁、鞍山钢铁;雨润集团、双汇集团、金锣集团等国内各行业的龙头企业,成为其稳定的合作伙伴。

24. 高效节能蒸发式冷却(冷凝)器研发成功

2014年6月初,,浙江万享科技有限公司与上海理工大学合作,将板式换热结构应用于蒸发式冷却设备,研制出了高效节能蒸发式冷却(冷凝)器。应用测试表明,系列新设备比传统换热器制冷功效高出1.3倍,综合节电节水和节材达40%以上,为化工生产过程节能降耗增添了利器。

据介绍,研发人员改进了产品结构、换热形式和控制方式,使其电耗、水耗、材耗、噪音等大幅下降。由于体积小且新式板片不易结垢,运输、维护等相关费用也大大减少。

传统蒸发式冷却(冷凝)器多是圆管或者椭圆管制成的蛇形盘管换热器,能耗大,用材多,其喷水空间构成的雨区要消耗大量的水和电。万享科技技术研发人员通过市场调研和理论分析,认为将液体换热领域应用的高效板片式换热结构,应用到蒸发式冷却(冷凝)产品上,可以提高换热效率,减小功耗。自2012年年底至今,他们与上海理工大学合作,通过理论分析计算、样品生产、样品测试、产品改进、产品投放等一系列过程,完成了高效板片蒸发式冷却(冷凝)器的研发并投放市场,产品获得了用户的一致好评。

中国通用机械工业协会冷却设备分会表示,该产品采用新型的板片式换热器结构和智能控制系统,易将喷淋布水改为定向布水,不仅水膜分布均匀,不易产生飘水,而且减小了空气流动阻力,有利于减少飘水损失、风机电耗和空气动力噪声,可以实现无雨区设计,还能够彻底消除淋水噪声;合理的板片内部焊点分布设计,以及对板片内外表面的特殊处理,不仅提高了板片强度,其对内外流体产生的扰动增加了换热系数和表面散质系数;针对不同季节与不同负荷的智能控制,采用变频调节风量实现了节能,且可分干湿两种模式运行,干运行模式时实现零水耗,湿运行模式时保证设计工况的冷却(冷凝)能力。

此外,系列设备不需担心板片淋水侧结垢无法处理,只需用钢丝刷一刷,即可恢复如新,如选择耐腐蚀不锈钢板材料可近乎永久使用。

目前,该项目已申请国家专利8件,产品也批量生产销售,2014年已有20多台新式产品出口到美国、日本、澳大利亚、新西兰以及拉丁美洲、非洲、东南亚等国家和地区。除化工行业外,系列设备还可应用于医药、水电、啤酒、煤矿、钢铁、水产品及其他行业,市场前景广阔。

25. 高通量换热器

石油化工等行业大量使用换热设备,提高换热器效率对工业节能至关重要。华东理工大学、无锡化工装备有限公司与扬子石化等单位合作研制的系列高通量换热器产品达到国外同类产品先进水平,不仅大幅提高装置产能,还明显降低了石油化工设备的能耗。该项目2013年2月荣获江苏省科技奖。

据介绍,该换热器是至今为止换热系数最高的管式传热元件,尤其适用于烷烃、烯烃、醇类、氟利昂等介质,在大型乙烯和大型芳烃等化工和石化装置中应用前景广阔。依据这一成果,项目组已在无锡建成了国内唯一的高通量换热器产业化基地。目前该基地已具备年产1000吨烧结型表面多孔管和制造100台高通量换热器的生产能力。

高通量换热器是国际上近年来推广的高效节能产品,该技术一直被美国UOP公司所垄断。在国家“863”计划、中石化重大装备国产化研制项目以及江苏省重大科技成果转化基金等的支持下,华东理工大学等3家单位自1999年起开始研制该设备。在研制过程中,项目组创新性地提出了成分设计与粉末烧结技术相结合的思路,实现了铜管、铜镍管、碳钢管、耐热钢管等系列换热管内外表面合金粉末匹配多孔层的可控制造。其采用的粉末冶金方法可显著强化沸腾传热,传热效果甚至可提高20倍,所需换热面积减少一半左右。

2007年12月,在中国石油乌鲁木齐分公司新建100万吨/年芳烃联合装置高通量再沸器竞标中,华东理工大学联合中国石化工程公司和兰州石油机械研究所等单位,与美国UOP专利商同台竞争,一举赢得该装置所有高通量再沸器的设计与制造权。2008年,高通量换热器被中石化列为重大装备国产化技术成果重点推广项目,不仅在中石化、中石油、中海油等国内企业得到应用,还出口到欧洲的一些国家。

据悉,扬子石化一大型装置采用一台国产高通量换热器的花费仅比原先使用普通光管换热器增加了几十万元,但每年节省的高压蒸汽消耗则达400多万元。同时,由于高通量换热器提高了加热效果,产品的纯度也由92%提高到98%,产能提高了7%,一年可新增产值4030多万元。

另外,2010年8月9日,大庆石化公司机械厂经过近一年的技术攻关,成功破解UOP高通量换热器制造难题,并与四川石化公司签订年36万吨乙二醇装置4台高通量换热器制造合同,标志着这个厂国产高效换热器跨入国内先进行列,成为中国石油集团首家掌握此设备制造核心技术的生产厂家。UOP高通量换热器是一种大型高效节能高端设备,在石油化工领域应用广泛。由于此设备管头焊接技术含量极高,核心技术多年一直被美国公司垄断,目前国内掌握此项技术的仅有江苏省一家企业。高通量换热器的基管材质为镍铜合金,使用内表面烧结,外表面轧制纵向翅片的换热管,能够显著强化传热,传热系数可比光管提高一个数量级,能够大幅度提高装置设备运行负荷能力,节能效果显著。

大庆石化机械厂技术人员经过5000多次焊接工艺试验结果表明,各项性能指标均达到国内先进水平。近年来,这个厂充分发挥产、学、研、用相结合的产品研发创新体系,不断加快科研成果工业化转化进程,提升产品研发的创效能力,并逐步形成以“三高一特”(高效换热器、高效塔内件、高效三旋分离器,特种材料设备制造),具有专有技术的高新系列产品,高新产品外部市场产值从15%上升到55%,产品遍及国内20多个省市地区。

2011年10月10日,经专业部门鉴定,由大庆石化公司机械厂加工制造的高通量换热器符合各项技术要求,并成功运往四川石化公司。这标志着大庆石化高效换热器制造跨入国内先进行列,成为中国石油首家掌握此设备制造核心技术的生产厂家。

高通量换热管基管材质为镍铜合金,使用内表面烧结,外表面轧制纵向翅片的换热管,传热系数比光管提高一个数量级,可大大提高装置设备运行负荷能力,节能效果明显。

高通量换热器的管头焊接技术含量极高,核心技术多年来被美国公司垄断,国内掌握此项技术的仅有江苏省一家企业。大庆石化制造成功高通量换热器为做精高端装备、打造中国石油特色炼化装备制造企业打下了良好基础。

26. 新型高效节能多股流缠绕式换热器国产化

2014年7月,从四川川润动力设备有限公司获悉,由该公司与大连理工大学、四川理工学院技术合作研发的高效节能多股流缠绕式换热器,打破了该产品长期被国外垄断的局面。该项目已进入了产业化阶段,实现产值1540万元,利税210万元,预计3年后产值将达25000万元以上。

此前,高效节能多股流缠绕式换热器产品的关键技术主要掌握在德国。该项目采用新型绕管工装绕制管系,对工艺计算技术及换热技术等关键核心技术进行消化吸收和再创新,形成了一种新型高效换热器产品和一整套成熟的工艺制造技术。该产品具有同等体积换热面积大、可同时允许多种介质进行相互换热等特点,提高了换热效率,节省了空间,降低了成本。该项目已申请3项发明专利,1项实用新型专利,

0
-1
收藏
/
正在提交,请稍候…