结垢热阻对于换热网络终温的影响分析

李国芝

河南科技大学，河南洛阳 471003

结垢热阻对于换热网络终温的影响分析

李国芝

河南科技大学，河南洛阳 471003

本文通过对已有的换热网络进行模拟计算，考察不同的结垢热阻对换热网络终温的影响。分别选取“0”结垢热阻、30%结垢热阻、50%结垢热阻、70%结垢热阻等工况对换热网络进行模拟计算，并对计算结果进行分析，得出了相应的结论。

结垢热阻；换热网络；终温

换热器是炼油厂中应用最广泛的一种传热设备，炼油厂绝大部分的热量都是通过换热器进行回收利用的，换热器的传热性能好坏直接影响到炼油厂热量的回收和利用。因此，提高换热器的传热性能，对于炼油厂的能量回收和节能降耗都具有重要意义。

由换热器的计算公式A = Q／( K·△Tm)可以看出，换热器的面积与换热器的换热负荷成正比、与总传热系数K和有效对数平均温差成反比。当回收一定的热量时（此时，根据物流的热平衡，△T m也已确定），换热器面积与其总传热系数成反比。

依据总传热系数K的计算公式

可以看出，换热器的总传热系数K与换热管内外的表面积Ao,换热管内外流体膜传热系数hi、换热管内外流体的结垢热阻ri、r0和换热管壁金属热阻rp有关。对于特定的换热器来说，换热管的规格和材质一般都是固定不变的，即换热管壁金属热阻是固定不变的。因此，要想提高换热器的总传热系数，只有通过提高换热管内外流体膜传热系数或者降低换热管内外流体的结垢热阻来实现。

近20年来，围绕着如何提高换热器管内外流体膜传热系数，相关研究人员已经相继开发出各种类型的新型换热器，有效提高了管内外流体的膜传热系数[1-2]，可使换热器面积降低30%～50%左右[3-4]。为了了解换热器结垢热阻对总传热系数的影响，本文试图从结垢热阻的变化探讨降低换热管内外流体的结垢热阻对于总传热系数的影响，进而探讨对换热网络终温的影响。为便于比较，本文以某炼厂设计的换热网络为基础，通过降低换热流体的结垢热阻，探讨其对总传热系数和换热网络终温的影响。

1 原设计换热网络介绍

某炼厂设计的换热网络终温为305.5℃。在换热器选型过程中，考虑到装置的弹性的需要，设计选用的换热器面积都有一定余量，这就相当于为换热网络提供了“多余”的面积，为消除这部分“多余”面积对换热终温的影响，将所选用的换热器型号全部代入换热网络，通过模拟计算，得到原设计的换热网络在没有面积余量和考虑100%结垢热阻的情况下，设计的最终换热终温为310.0℃。

2 降低物流结垢热阻对换热终温的影响

为了考察不同的结垢热阻对已有换热网络换热终温的影响，分别选取“0”结垢热阻（开工初期状态）、30%结垢热阻、50%结垢热阻、70%结垢热阻对换热网络进行模拟计算，计算时保持原设计选用的换热器型号（面积）不变。不同结垢热阻对已有换热网络换热终温的影响对比计算结果见表1。

从表1可以看出：

1）在装置开工初期，换热器无结垢，换热网络的换热终温最高，达到317℃，回收的热量最大，换热量比100%结垢热阻高5.41%此时传热温差最小；

2）当物流的结垢热阻为设计热阻的30%时，换热网络的换热终温为315℃，比原设计最终换热终温升高5℃，换热量比100%结垢热阻时高3.12%；

3）当物流的结垢热阻为设计热阻的50%时，换热网络的换热终温为313.5℃，比原设计最终换热终温升高3.5℃；

4）当物流的结垢热阻为设计热阻的70%时，换热网络的换热终温为312.5℃，比原设计最终换热终温升高2.5℃，此时回收的热量比100%热阻时高0.16%；

5）对已有换热网络，降低结垢热阻对提高换热终温有一定的效果，结垢热阻降低幅度大，回收的热量大，当结垢热阻降低30%时，对换热终温影响不大。

表1 不同结垢热阻对换热网络终温的影响对比计算结果

[1]张平亮.新型换热器及其技术进展[J].炼油技术与工程，2007，37(1)：25-29.

[2]曹维.国外新型换热器介绍[J].化学工程，2000，28(6)：25-29.

[3]矫明，徐宏，程泉，等.新型高效换热器发展现状及研究方向[J].化工装备技术，2007，28(6)：41-46.

[4]王小梅，杨晓西，罗运禄，等.新型高效管壳式换热器及其应用[J].天然气化工，1999，24(4)：18-20.

TE96

A

1674-6708（2010）30-0026-01