在炼油工业中，加热过程是众多工艺环节的基础，对原油及各种中间产品的温度控制直接影响着后续的分离、反应等工艺效果和产品质量。管壳换热器作为炼油加热系统中应用最为广泛的热交换设备，凭借其结构坚固、适应性强、处理能力大等优点，在高温高压的炼油环境中发挥着不可替代的作用。炼油加热管壳换热器

炼油加热管壳换热器

一、引言

在炼油工业中，加热过程是众多工艺环节的基础，对原油及各种中间产品的温度控制直接影响着后续的分离、反应等工艺效果和产品质量。管壳换热器作为炼油加热系统中应用最为广泛的热交换设备，凭借其结构坚固、适应性强、处理能力大等优点，在高温高压的炼油环境中发挥着不可替代的作用。

二、管壳换热器在炼油加热系统中的作用

（一）热量传递核心设备

管壳换热器通过管程和壳程中不同温度流体的热交换，实现热量的传递和温度的调节。在炼油加热过程中，高温热源（如蒸汽、热油等）在管内流动，将热量传递给管壁，再由管壁传递给壳程中的低温原油或中间产品，使其达到所需的工艺温度，为后续的蒸馏、裂化、改质等工艺提供适宜的条件。例如，在某炼油厂中，管壳换热器将高温蒸汽的热量传递给原油，使原油从40℃升温至70℃，满足了后续蒸馏工艺的要求。

（二）废热回收利用

炼油生产中会产生大量高温废热，管壳换热器能够有效地回收这些废热，将其用于预热进入系统的低温物料，从而减少对外部热源的需求，降低能源消耗，提高能源利用效率，实现节能减排的目标。在催化裂化装置中，管壳换热器可回收排烟温度为200—400℃的余热，用于预热原料油，使装置能耗降低18%，年节约能源成本超千万元。

三、影响管壳换热器性能的主要因素

（一）设计参数

传热面积：传热面积是影响换热器换热能力的重要参数。传热面积越大，在相同传热系数和温差条件下，能够传递的热量就越多。但过大的传热面积会增加设备的成本和占地面积。因此，需要根据实际工况和节能要求，通过精确的热力计算，合理确定传热面积。例如，采用强化传热技术，如采用高效传热管（如螺纹管、波纹管等），可以在相同的传热面积下提高传热效率。

管程和壳程结构：管程的管径、管长、管数以及壳程的折流板形式、间距等结构参数会影响流体的流动状态和传热效果。合理的结构设计可以增强流体的湍流程度，提高传热系数，减少污垢沉积。例如，采用正三角形排列或转角正三角形排列的管束排列方式，可以增加管外流体的湍流程度；合理设计壳程的折流板，采用弓形折流板、螺旋折流板等不同形式，可以改善壳程流体的流动状态，减少死区和短路现象。

材质选择：炼油介质通常具有腐蚀性，材质的选择直接影响换热器的使用寿命和安全性。应根据介质的成分、温度、压力等条件，选择合适的耐腐蚀材质，如不锈钢、钛材等。对于腐蚀性较强的介质，可以采用双相不锈钢、镍基合金等高性能材质，或采用内衬防腐层的方法延长设备使用寿命。例如，某炼油厂采用钛材换热器处理含氯原油，金属离子溶出量低于0.01ppm，满足了药品生产卫生级要求。

（二）流体特性

流体的密度、粘度、比热容、导热系数等物性参数会影响其传热和流动性能。例如，高粘度的流体流动阻力大，传热系数低，需要采取相应的措施来改善其流动和传热效果。在处理高粘度原油时，可以适当提高流体的流速，增强湍流程度，提高传热系数，但要注意避免流速过大导致设备磨损和能耗增加。

（三）操作条件

温度和压力：温度和压力的变化会影响流体的物性参数和传热效果。在高温高压条件下，流体的传热系数可能会增大，但同时也会对设备的材质和密封性能提出更高的要求。例如，在核电站蒸汽发生器中，采用U型管式换热器，在压力80MPa、温度450℃的工况下实现高效热交换，设备寿命达20年。

流量：流量的变化会影响流体的流速和湍流程度。适当的流量可以保证良好的传热和流动效果，但流量过大或过小都会对换热器的性能产生不利影响。一般来说，管程流体流速宜取0.4—1.0m/s，易结垢的流体宜取0.8—1.2m/s；壳程流体流速一般为管内流速的一半，黏度大的流体流速应小于0.5—1.0m/s。

四、性能优化措施与运行调整策略

（一）优化设计参数

强化传热技术：采用高效传热管，如螺纹管、波纹管等，增加管内流体的湍流程度，提高传热系数。例如，波纹管换热系数较光管提升30%—50%。

改进管程和壳程结构：优化管程的排列方式，如采用正三角形排列或转角正三角形排列，增加管外流体的湍流程度；合理设计壳程的折流板，采用弓形折流板、螺旋折流板等不同形式，改善壳程流体的流动状态，减少死区和短路现象。通过CFD流场模拟优化折流挡板布局，可降低壳程压降15%，减少泵送能耗。

选择合适的材质：根据炼油介质的特性，选择具有良好耐腐蚀性和机械性能的材质。对于腐蚀性较强的介质，可以采用双相不锈钢、镍基合金等高性能材质，或采用内衬防腐层的方法延长设备使用寿命。

（二）控制流体参数

通过调节流体的温度、压力和流量，使其保持在最佳的运行范围内。例如，适当提高流体的流速可以增强湍流程度，提高传热系数，但要注意避免流速过大导致设备磨损和能耗增加。在原油加热过程中，根据原油的流量和温度要求，合理调节蒸汽的流量和压力，确保原油加热效果。

（三）优化操作程序

制定合理的开车、停车和正常运行操作程序，避免频繁的启停和大幅度的负荷变化。在开车前，应对换热器进行充分的预热和排气，防止产生热应力和气阻；停车时，应按照规定的程序进行冷却和排液，避免设备因急冷急热而损坏。

（四）实施在线清洗

定期采用在线清洗技术，如化学清洗、高压水射流清洗等，去除换热器表面的污垢，恢复其传热性能。在线清洗可以减少停车清洗的次数，降低生产成本，提高设备的利用率。例如，在食品工业中，定期清洗可防止微生物滋生，确保产品卫生安全。

五、运维管理中的常见问题及解决方法

（一）泄漏问题

原因分析：泄漏可能是由于密封垫片老化、损坏，管子破裂，壳体焊缝开裂等原因引起的。

解决方法：定期检查密封垫片的状况，及时更换老化或损坏的垫片；对管子进行定期检测，如采用涡流检测、超声波检测等方法，发现破裂的管子及时进行堵管或更换；对壳体焊缝进行无损检测，及时发现并修复裂纹。

（二）流体流动引起的振动

原因分析：流体流动引起的振动可能是由于流速过高、折流板间距不合理、管子固有频率与流体激振频率接近等原因导致的。

解决方法：合理控制流体的流速，避免流速过高；优化折流板的设计，合理调整折流板间距；通过改变管子的支撑方式或增加阻尼装置，调整管子的固有频率，避免与流体激振频率接近。

（三）污垢沉积

原因分析：在长期运行过程中，换热管表面容易积累污垢，如灰尘、油污、水垢等。污垢的存在会增加热阻，降低换热效率，同时还会导致流体流动阻力增大，增加能源消耗。此外，污垢还可能对换热管造成腐蚀，缩短设备的使用寿命。

解决方法：加强介质的预处理，如采用过滤、沉降等方法去除介质中的杂质；定期进行清洗，根据污垢的类型和程度选择合适的清洗方法和清洗剂；在换热器入口处安装过滤器或阻垢器，减少污垢的进入。

六、未来发展趋势

（一）高效传热技术的研究与应用

随着能源需求的不断增加和能源价格的上涨，提高换热器的传热效率成为了研究的重点。未来将加大对高效传热技术的研究力度，如开发新型的换热管结构、采用纳米涂层技术等，以提高壳管式换热器的传热性能。例如，采用3D打印技术实现定制化流道设计，比表面积可提升至500㎡/m³，传热效率再提升15%。

（二）智能化控制技术的集成

借助物联网、大数据、人工智能等技术，实现壳管式换热器的智能化控制。通过在换热器上安装传感器，实时监测设备的运行参数，如温度、压力、流量等，并利用智能控制系统对设备进行自动调节和优化运行，提高设备的运行效率和可靠性。例如，数字孪生技术构建设备虚拟模型，实现故障预测与健康管理，故障预测准确率提升至85%，非计划停机减少60%。

（三）绿色环保材料的应用

在换热器的制造过程中，越来越注重环保和可持续发展。未来将采用更多的绿色环保材料，如可降解材料、低污染材料等，减少对环境的影响。同时，优化换热器的设计和制造工艺，降低能源消耗和废弃物排放。例如，采用生物基复合材料，回收率≥95%，碳排放降低60%。

管壳换热器在炼油加热系统中发挥着至关重要的作用。通过优化设计参数、改进运行调整策略以及加强运维管理，可以有效提高管壳换热器的性能，降低故障发生率，延长设备使用寿命，为炼油企业实现节能减排、提高经济效益提供有力保障。随着高效传热技术、智能化控制技术和绿色环保材料等不断发展，管壳换热器将不断改进和完善，迎来更加广阔的发展前景。