酸化油废水列管式换热器—参数

酸化油废水列管式换热器参数解析与优化应用

摘要：本文聚焦酸化油废水处理中的列管式换热器，深入剖析其工作原理与结构特性。详细阐述了影响换热器性能的设计参数、热工参数和运行参数，并分析各参数间的相互关系及对换热效果的影响。结合实际案例，提出换热器的选型方法与参数优化策略，旨在为酸化油废水处理工程中换热器的合理设计与高效运行提供理论依据和实践指导。

一、引言

酸化油是在油脂精炼过程中产生的副产物，其废水含有大量的有机物、脂肪酸、油脂等污染物，具有高COD、高酸度等特点。在酸化油废水处理过程中，换热器是关键设备之一，主要用于调节废水的温度，以满足后续处理工艺的要求。列管式换热器因其结构简单、换热效率高、适用范围广等优点，在酸化油废水处理中得到了广泛应用。准确掌握列管式换热器的参数，对于提高换热效率、降低能耗、确保废水处理系统的稳定运行具有重要意义。

二、酸化油废水列管式换热器工作原理与结构特点

2.1 工作原理

列管式换热器主要由壳体、管束、管板和封头等部分组成。酸化油废水在管内流动，称为管程流体；另一种热流体（如蒸汽、热水等）在壳程流动，与管内废水进行热量交换。通过热传导和对流传热的方式，将热流体的热量传递给酸化油废水，使其温度升高或降低，以达到工艺所需的温度条件。根据热流体的流动方向，可分为顺流、逆流和错流等几种方式，其中逆流方式的传热佳。

2.2 结构特点

结构简单：列管式换热器由基本的部件组成，结构相对简单，易于制造和安装。其零部件标准化程度高，便于维修和更换。

换热面积大：通过合理布置管束，可以在有限的空间内实现较大的换热面积，提高换热效率。管束的排列方式有正三角形、正方形和转角正三角形等多种，可根据实际需求选择。

适应性强：能够适应不同温度、压力和流量的酸化油废水处理要求。可根据废水的性质和处理工艺，选择合适的管材和壳体材质，以确保换热器的耐腐蚀性和使用寿命。

操作灵活：可以通过调节热流体的流量和温度，方便地控制酸化油废水的出口温度，满足不同处理阶段的需求。

三、酸化油废水列管式换热器关键参数解析

3.1 设计参数

管束参数

管径：管径的大小直接影响换热器的传热性能和流体阻力。常见的管径规格有φ19×2mm、φ25×2.5mm等。较小的管径可以增加单位体积内的换热面积，提高传热系数，但同时会增加废水的流动阻力，导致能耗增加；较大的管径则相反。在酸化油废水处理中，由于废水中含有一定的杂质和油脂，管径不宜过小，以防止堵塞，一般选择φ25×2.5mm左右的管径较为合适。

管长：管长的选择需综合考虑换热面积、设备占地面积和流体阻力等因素。管长增加可以增大换热面积，但也会使设备高度增加，占地面积增大，同时流体的流动阻力也会增大。通常根据换热量和空间限制等因素确定合适的管长，一般在1.5 - 6m之间。

管数：管数的多少取决于换热面积和单管换热面积。在确定管径和管长后，可根据所需的换热面积计算出管数。管数的增加可以提高换热器的处理能力，但也会增加设备的成本和复杂性。

管子排列方式：常见的管子排列方式有正三角形、正方形和转角正三角形等。正三角形排列紧凑，换热面积大，传热效果好，但壳程流体流动阻力较大；正方形排列壳程流体流动阻力较小，但换热面积相对较小；转角正三角形排列介于两者之间。在酸化油废水列管式换热器中，一般采用正三角形排列方式，以提高换热效率。

壳体参数

壳体直径：壳体直径应根据管束的外径和安装要求确定。合适的壳体直径要保证管束能够顺利安装和拆卸，同时要留有一定的空间以便于流体的均匀分布和流动。壳体直径过大会增加换热器的体积和成本，过小则会影响流体的流动和传热效果。

壳体材质：由于酸化油废水具有一定的酸性和腐蚀性，壳体材质需要具备良好的耐腐蚀性。常见的壳体材质有碳钢衬胶、不锈钢等。碳钢衬胶成本较低，但衬胶质量对换热器的使用寿命影响较大；不锈钢具有优异的耐腐蚀性，但成本较高。在选择壳体材质时，需根据废水的酸度、温度和使用寿命要求等因素综合考虑。

3.2 热工参数

换热面积

定义与计算：换热面积是指管束与酸化油废水进行热量交换的有效表面积，单位为平方米（m²）。可根据传热方程式Q=KAΔt m来计算，其中Q为换热量，K为传热系数，A为换热面积，Δt m为对数平均温差。在设计和选型时，需根据工艺要求的换热量、传热系数和对数平均温差准确计算所需的换热面积。

影响因素：换热面积受到管径、管长、管数和管子排列方式等因素的影响。增加管径、管长和管数都可以增大换热面积；采用紧凑的管子排列方式也能提高换热面积的利用率。

传热系数

定义与组成：传热系数是衡量换热器传热性能的重要指标，表示在单位时间内、单位传热面积上，管程流体与壳程流体间温度差为1K时所传递的热量，单位为W/(m²·K)。传热系数由管程流体侧对流传热系数、壳程流体侧对流传热系数、管壁导热热阻和污垢热阻等组成。

影响因素及提高方法：在酸化油废水列管式换热器中，传热系数受到废水物性（如粘度、密度、比热容等）、流速、管束的结构参数（如管径、管长、管子排列方式等）和表面状况、污垢积累等因素的影响。为了提高传热系数，可以采取以下措施：增加酸化油废水和壳程流体的流速，增强流体的湍流程度；定期清洗换热器，减少污垢积累；选用表面粗糙度较小的管材，降低污垢附着的可能性；采用强化传热技术，如在管内安装螺旋纽带、在壳程设置折流板等。

对数平均温差

定义与计算：对数平均温差是反映换热器中管程流体与壳程流体温度变化情况的参数，用于计算换热量。

对换热效果的影响：对数平均温差越大，换热器的换热效果越好。在设计和运行过程中，应尽量采用逆流布置方式，以提高对数平均温差，增强换热效果。同时，合理控制酸化油废水和壳程流体的进出口温度，也可以优化对数平均温差。

3.3 运行参数

流体流速

定义与范围：流体流速包括酸化油废水在管内的流速和壳程流体的流速，单位为m/s。酸化油废水在管内的流速一般控制在0.5 - 2m/s，壳程流体流速控制在0.3 - 1.5m/s。

对运行的影响：适当提高流体流速可以增强流体的湍流程度，提高传热系数，但同时也会增加压力降和能耗。在运行过程中，需根据废水的物性和换热器的结构参数，选择合适的流体流速。对于酸化油废水，由于其中含有杂质和油脂，流速不宜过低，以防止污垢沉积；但流速也不宜过高，以免增加设备的磨损和压力降。

流体进出口温度

定义与控制要求：分别指酸化油废水和壳程流体进入和离开换热器时的温度。在酸化油废水处理中，废水的出口温度需根据后续处理工艺要求严格控制，以确保处理效果。壳程流体的进出口温度则影响换热器的换热效果和能耗，应根据实际情况进行合理调节。

调节方法：可通过调节流体的流量、加热或冷却设备的功率等方式来控制流体进出口温度。在实际生产中，常采用自动控制系统实现对流体温度的精确调节，确保系统运行的稳定性和可靠性。

压力降

定义与计算：压力降是指流体在换热器内流动时，由于摩擦阻力、局部阻力等因素导致的压力降低，单位为Pa。压力降可通过经验公式或实验数据进行计算。

对系统的影响：压力降过大会增加泵的能耗，降低系统的运行效率。在设计换热器时，需合理控制压力降，确保其在允许的范围内。同时，在运行过程中，需定期监测压力降的变化，如发现压力降异常增大，可能是换热器内部堵塞或结垢等原因，应及时进行清洗和维护。

四、酸化油废水列管式换热器选型方法与案例分析

4.1 选型方法

确定工艺要求：明确换热器的换热量、酸化油废水和壳程流体的进出口温度、压力降等工艺参数。这些参数是选型的基础，需根据实际生产过程准确确定。

初步选型：根据工艺要求，结合换热器的设计参数和热工参数，初步选择合适的管径、管长、管数、壳体直径和材质等。可以通过查阅相关手册、使用选型软件或咨询厂家技术人员等方式进行初步选型。

详细计算与校核：对初步选型的换热器进行详细的热工计算和强度校核，验证其是否满足工艺要求和安全标准。计算内容包括换热面积、传热系数、对数平均温差、压力降等参数，确保换热器在实际运行中能够实现预期的换热效果，并且设备结构安全可靠。

经济性评估：在满足工艺要求和安全标准的前提下，对不同型号的换热器进行经济性评估，综合考虑设备成本、运行能耗、维护费用等因素，选择的换热器。

4.2 案例分析

某酸化油生产企业的废水处理系统中，需要将酸化油废水从30℃加热到70℃，以满足后续生物处理工艺的要求。已知废水的流量为50m³/h，比热容为4.2kJ/(kg·℃)，密度为1000kg/m³；采用蒸汽作为热流体，蒸汽温度为120℃，冷凝水温度为100℃。

计算换热量：Q=cmΔt=4.2×1000×50×(70−30)=8.4×10 6kJ/h=2333.33kW

初步选型：根据经验，选择管径为φ25×2.5mm的不锈钢管，管长为3m，采用正三角形排列方式。通过计算初步确定管数为500根。

详细计算：计算换热面积、传热系数、对数平均温差和压力降等参数。经计算，换热面积为200m²，传热系数为500W/(m²·K)，对数平均温差为62.7℃，压力降在允许范围内。

经济性评估：对比不同材质和规格的换热器，综合考虑设备成本、运行能耗和维护费用等因素，最终选择上述选型的换热器，该换热器能够满足工艺要求，且具有较好的经济性。

五、结论

酸化油废水列管式换热器的参数对换热器的性能和酸化油废水处理系统的运行效果具有重要影响。在设计、选型和运行过程中，应充分考虑设计参数、热工参数和运行参数之间的相互关系，合理确定各参数的值。通过优化换热器的参数，可以提高换热效率、降低能耗、减少设备投资和运行成本，确保酸化油废水处理系统的稳定、高效运行。同时，加强对换热器的维护和管理，定期进行清洗和检修，延长设备的使用寿命，为企业创造更好的经济效益和环境效益。