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[摘 要]冷换设备在石油、化工行业中占有十分关键的地位。螺旋折流板列管换热器有很好的经济效益。总之，螺旋折流板列管换热器在实际生产中的应用是成功的，在炼油化工行业中大多可以采用，有很好的推广价值。
[关键词]螺旋折流板；换热器；应用；节能
中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0304-01
1 前言
石油化工公司炼油厂现在服役的换热器大多采用的还是国外早期的设计结构，换热效率低、阻力降大、容易结垢、停工检修频繁。特别是炼油厂第三套常减压蒸馏装置渣油冷却系统要求冷却效果高，原渣油冷却器L209/1、2、3为弓型折流板换热器，已不能满足安全生产的需要，因此该装置对L209/1管束进行了技术改造。原渣油冷却器采用弓型折流板换热器，其缺点为：弓型折流板换热器的能耗大；弓型折流板壳程容易结垢，降低换热效率；弓型折流板换热器的运行周期一般为2年，致使检修、清洗频繁，装置操作费用增加。渣油冷却器L209/1技术改造后采用螺旋折流板列管换热器， 有如下特点：传热系数高；壳程介质不易沉积，不易结垢，一般可延长50%使用周期，减少相应的检修、清洗费用；壳程介质呈连续平稳的螺旋型流动，适合所有介质；阻力降小，可以有效的降低压力损失，减少电耗；可节省大量检修改造费用。
冷换设备在石油、化工行业中占有十分关键的地位。以炼油厂为例，冷换设备占设备总金属消耗量的20%左右。冷换设备既是工艺流程中的主要设备，同时又是企业减少能源消耗、降低生产成本的主要手段。其设备技术水平是炼油厂先进程度的重要标志之一。燕山石油化工公司炼油厂现在服役的换热器大多采用的还是国外早期的设计结构，换热效率低、阻力降大、容易结垢、停工检修频繁。特别是炼油厂第三套常减压蒸馏装置渣油冷却系统要求冷却效果高，原渣油冷却器L209/1、2、3为弓型折流板换热器，已不能满足安全生产的需要，因此该装置对L209/1管束进行了技术改造。
2.理论分析
2.1 弓型折流板换热器
该装置L209/1改造前为弓型折流板换热器，有如下缺点：
a）弓型折流板換热器的能耗大
弓型折流板在壳体内垂直于换热管束，使壳程形成若干个并列折返通道，介质急剧改变流向必然产生严重的压力损耗，所以弓型折流板换热器的能耗大。
b）弓型折流板壳程容易结垢，降低换热效率
弓型折流板在两个折流通道变向过渡区域，流体取最短斜向前进，于是在折流板与换热器壳程内壁相接处，背向壳程介质流动的方向上形成一个介质相对静止的三角形空间（见图1）。这一空间为介质滞流区，介质的流动状态对于传热十分不利，处于这一区间的管子表面换热很差，这就相当于减少了一部分换热面积，而且这一区域内，由于介质的流速较低，介质中的杂质很容易在此沉积、结垢，使管子外表面热阻增加，换热器的换热能力进一步被削弱；这就是弓型折流板换热器无法大幅度提高换热效率的主要原因之一。
c）弓型折流板换热器的运行周期一般为2年，致使检修、清洗频繁，装置操作费用增加。
2.2 螺旋折流板列管换热器
L209/1改造后采用螺旋折流板式列管换热器，其壳程即不是横向流，也不是纵向流，而是一种螺旋状斜向流，该种流动方式适合所有介质，包括高粘度原油、渣油。
螺旋折流板列管换热器有如下特点：
a）壳程压力损失小
螺旋折流板式换热器和传统弓型折流板换热器唯一的区别就是折流板在壳体中的结构形式的改变。螺旋折流板列管换热器突破了壳程介质“Z”形折返的传统方式，由若干块四分之一壳程横截面的扇形板组装成螺旋状折流板，介质自壳体进口向出口螺旋推进（见图二）。介质在壳体内连续平稳旋转流动，避免了大斜度折返带来的严重压力损失，介质流速就能被提高很多，大的Re值对膜传热系数的提高十分有利；同时由于折流板的螺旋状结构，使得介质流形成一个旋涡，从圆心到半径方向存在较大的速度梯度，这个速度梯度场能在管子表面产生湍流，使边界层减薄，更有利于膜传热系数的提高.
b）有效防止振动损坏，利于设备大型化
由于连续的螺旋支撑，减少了管束跨距，提高了管子的固有频率，避开了流体的激振频率，从而消除了产生共振的的可能性，避免了振动引起的破坏，延长了设备运行寿命，降低了设备维修费用.
c）减少污垢沉积，保持总传热系数稳定，延长清洗周期
流体螺旋运动的有效冲刷作用，可减少污垢沉积，热阻稳定，可使换热器一直处于高效状态运行，达到节能目的。
d）适合各种介质，特别是高粘介质，包括高粘度原油、渣油。
3经济效益分析：
a）垂直弓型折流板换热器年换热量：
Q=686623.9×365×24=6014825364KJ
b）螺旋折流板列管换热器年换热量：
Q=1532299.8×365×24=13422946000KJ
c）选用螺旋折流板换热器比垂直弓型折流板换热器每年可多换热：
13422946000-6014825364=7408120884 KJ
增加的换热能力如果折合成重油约为177吨/年，现在市场上重油销售价在0.1～0.15万元/吨浮动，如果按平均市场价0.125万元/吨计算，折合人民币为22.125万元/年。而螺旋折流板列管换热器的造价只是弓型折流板同口径换热器的120%，多付出的20%投资可在很短的时间内收回。从长远的角度考虑，螺旋折流板列管换热器有很好的经济效益。
从以上的计算中可以看出选用螺旋折流板列管换热器对工艺流程换热效率有很好的提高作用，其节能效果也是十分显著的。
4 螺旋折流板列管换热器特点
实际生产中螺旋折流板列管换热器如下优点：
a）传热系数高；壳程介质不易沉积，不易结垢，一般可延长50%使用周期，减少相应的检修、清洗费用。
b）壳程介质呈连续平稳的螺旋型流动，适合所有介质；阻力降小，可以有效的降低压力损失，减少电耗。
c）与传统换热器的区别仅限于壳程折流板的结构，管束和壳体配合尺寸都不变，可以自如地插入到原换热器壳体中，不需要更换壳体，更不需要改变配管和安装位置，可节省大量检修改造费用。
总之，螺旋折流板列管换热器在实际生产中的应用是成功的，在炼油化工行业中大多可以采用，有很好的推广价值。
5 结语
螺旋折流板换热器管束在设计时需采用新结构，与弓形换热器管束相比， 具有诸多优点，特别是它能够有效地降低介质流动阻力、增加传热效率和减震等优点，因此具有广阔的应用前景。
作者简介
李冲，（1988，12），男，河北沧州人，助理工程师，本科，2012年毕业于燕山大学里仁学院，现供职于廊坊广厦新源石化设备制造有限公司，研究方向为压力容器制造。
[关键词]螺旋折流板；换热器；应用；节能
中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0304-01
1 前言
石油化工公司炼油厂现在服役的换热器大多采用的还是国外早期的设计结构，换热效率低、阻力降大、容易结垢、停工检修频繁。特别是炼油厂第三套常减压蒸馏装置渣油冷却系统要求冷却效果高，原渣油冷却器L209/1、2、3为弓型折流板换热器，已不能满足安全生产的需要，因此该装置对L209/1管束进行了技术改造。原渣油冷却器采用弓型折流板换热器，其缺点为：弓型折流板换热器的能耗大；弓型折流板壳程容易结垢，降低换热效率；弓型折流板换热器的运行周期一般为2年，致使检修、清洗频繁，装置操作费用增加。渣油冷却器L209/1技术改造后采用螺旋折流板列管换热器， 有如下特点：传热系数高；壳程介质不易沉积，不易结垢，一般可延长50%使用周期，减少相应的检修、清洗费用；壳程介质呈连续平稳的螺旋型流动，适合所有介质；阻力降小，可以有效的降低压力损失，减少电耗；可节省大量检修改造费用。
冷换设备在石油、化工行业中占有十分关键的地位。以炼油厂为例，冷换设备占设备总金属消耗量的20%左右。冷换设备既是工艺流程中的主要设备，同时又是企业减少能源消耗、降低生产成本的主要手段。其设备技术水平是炼油厂先进程度的重要标志之一。燕山石油化工公司炼油厂现在服役的换热器大多采用的还是国外早期的设计结构，换热效率低、阻力降大、容易结垢、停工检修频繁。特别是炼油厂第三套常减压蒸馏装置渣油冷却系统要求冷却效果高，原渣油冷却器L209/1、2、3为弓型折流板换热器，已不能满足安全生产的需要，因此该装置对L209/1管束进行了技术改造。
2.理论分析
2.1 弓型折流板换热器
该装置L209/1改造前为弓型折流板换热器，有如下缺点：
a）弓型折流板換热器的能耗大
弓型折流板在壳体内垂直于换热管束，使壳程形成若干个并列折返通道，介质急剧改变流向必然产生严重的压力损耗，所以弓型折流板换热器的能耗大。
b）弓型折流板壳程容易结垢，降低换热效率
弓型折流板在两个折流通道变向过渡区域，流体取最短斜向前进，于是在折流板与换热器壳程内壁相接处，背向壳程介质流动的方向上形成一个介质相对静止的三角形空间（见图1）。这一空间为介质滞流区，介质的流动状态对于传热十分不利，处于这一区间的管子表面换热很差，这就相当于减少了一部分换热面积，而且这一区域内，由于介质的流速较低，介质中的杂质很容易在此沉积、结垢，使管子外表面热阻增加，换热器的换热能力进一步被削弱；这就是弓型折流板换热器无法大幅度提高换热效率的主要原因之一。
c）弓型折流板换热器的运行周期一般为2年，致使检修、清洗频繁，装置操作费用增加。
2.2 螺旋折流板列管换热器
L209/1改造后采用螺旋折流板式列管换热器，其壳程即不是横向流，也不是纵向流，而是一种螺旋状斜向流，该种流动方式适合所有介质，包括高粘度原油、渣油。
螺旋折流板列管换热器有如下特点：
a）壳程压力损失小
螺旋折流板式换热器和传统弓型折流板换热器唯一的区别就是折流板在壳体中的结构形式的改变。螺旋折流板列管换热器突破了壳程介质“Z”形折返的传统方式，由若干块四分之一壳程横截面的扇形板组装成螺旋状折流板，介质自壳体进口向出口螺旋推进（见图二）。介质在壳体内连续平稳旋转流动，避免了大斜度折返带来的严重压力损失，介质流速就能被提高很多，大的Re值对膜传热系数的提高十分有利；同时由于折流板的螺旋状结构，使得介质流形成一个旋涡，从圆心到半径方向存在较大的速度梯度，这个速度梯度场能在管子表面产生湍流，使边界层减薄，更有利于膜传热系数的提高.
b）有效防止振动损坏，利于设备大型化
由于连续的螺旋支撑，减少了管束跨距，提高了管子的固有频率，避开了流体的激振频率，从而消除了产生共振的的可能性，避免了振动引起的破坏，延长了设备运行寿命，降低了设备维修费用.
c）减少污垢沉积，保持总传热系数稳定，延长清洗周期
流体螺旋运动的有效冲刷作用，可减少污垢沉积，热阻稳定，可使换热器一直处于高效状态运行，达到节能目的。
d）适合各种介质，特别是高粘介质，包括高粘度原油、渣油。
3经济效益分析：
a）垂直弓型折流板换热器年换热量：
Q=686623.9×365×24=6014825364KJ
b）螺旋折流板列管换热器年换热量：
Q=1532299.8×365×24=13422946000KJ
c）选用螺旋折流板换热器比垂直弓型折流板换热器每年可多换热：
13422946000-6014825364=7408120884 KJ
增加的换热能力如果折合成重油约为177吨/年，现在市场上重油销售价在0.1～0.15万元/吨浮动，如果按平均市场价0.125万元/吨计算，折合人民币为22.125万元/年。而螺旋折流板列管换热器的造价只是弓型折流板同口径换热器的120%，多付出的20%投资可在很短的时间内收回。从长远的角度考虑，螺旋折流板列管换热器有很好的经济效益。
从以上的计算中可以看出选用螺旋折流板列管换热器对工艺流程换热效率有很好的提高作用，其节能效果也是十分显著的。
4 螺旋折流板列管换热器特点
实际生产中螺旋折流板列管换热器如下优点：
a）传热系数高；壳程介质不易沉积，不易结垢，一般可延长50%使用周期，减少相应的检修、清洗费用。
b）壳程介质呈连续平稳的螺旋型流动，适合所有介质；阻力降小，可以有效的降低压力损失，减少电耗。
c）与传统换热器的区别仅限于壳程折流板的结构，管束和壳体配合尺寸都不变，可以自如地插入到原换热器壳体中，不需要更换壳体，更不需要改变配管和安装位置，可节省大量检修改造费用。
总之，螺旋折流板列管换热器在实际生产中的应用是成功的，在炼油化工行业中大多可以采用，有很好的推广价值。
5 结语
螺旋折流板换热器管束在设计时需采用新结构，与弓形换热器管束相比， 具有诸多优点，特别是它能够有效地降低介质流动阻力、增加传热效率和减震等优点，因此具有广阔的应用前景。
作者简介
李冲，（1988，12），男，河北沧州人，助理工程师，本科，2012年毕业于燕山大学里仁学院，现供职于廊坊广厦新源石化设备制造有限公司，研究方向为压力容器制造。