原油加热管壳换热器

在原油处理和运输过程中，加热管壳换热器发挥着关键作用，其高效节能性能对于降低能源消耗、提高生产效率具有重要意义。以下将从工作原理、高效节能技术、应用案例及未来发展方向等方面，对原油加热管壳换热器进行详细解析。

一、工作原理

管壳式换热器是一种利用管道内流体和外部流体之间的温差来进行热交换的设备。在原油加热应用中，热流体（如蒸汽、热水等）在管内流动，原油在壳体内流动，通过管壁实现热量传递，从而达到加热原油的目的。其设计原理基于热传导、对流和热辐射等热传递规律，通过流体之间的热量交换实现温度调节。

二、高效节能技术

强化传热技术

管程强化：通过改变传热面的形貌或管内插入物来增加流体湍流度、扩展传热面积。例如，采用带内凸肋结构的管子，如螺旋槽管和横纹管。螺旋槽管管壁上的槽纹能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数；横纹管在管内形成一圈突起的环肋，当管内流体流经横向环肋时，管壁附近形成轴向漩涡，增加了边界层的扰动，有利于热量传递。

壳程强化：改变传热管外表面结构或管间支撑结构，通过改变壳程流体流动形态，减少或消除壳程流动与传热的滞留死区，使换热面积得到充分利用。例如，在管外增加翅片，改变壳程挡板或管束支承结构。

优化设计

合理设计和优化管束、管道和壳体的流体流动路径，增加热交换面积，从而提升热传递效率。例如，采用螺旋折流板设计，使壳程流体呈螺旋流动，减少死区，提高传热效率。

根据原油的特性和加热要求，精确设计换热器的尺寸、管径、管程数等参数，以确保在满足加热需求的同时，最大限度地降低能耗。

余热回收

在原油加热过程中，充分利用工业废气、废水或蒸汽中的热能，通过管壳式换热器将其回收，用于预热原油或其他工艺环节，减少对外部能源的依赖，提高整体系统的能源利用效率。

三、应用案例

以某油田联合站的原油加热系统改造为例，该联合站原有加热方式能耗高、效率低。改造后采用了高效节能的管壳式换热器，并采取了以下措施：

安装了高效加热炉代替低效炉，并安装自动空气调节器和燃烧器，根据烟气中氧含量的大小随时调节进风挡板，控制过剩空气系数在合理范围内，使燃料充分燃烧，降低排烟温度。

在沉降罐上部油层中设置加热盘管来加热原油，避免直接加热高含水原油，减少水吸收的热量。

对脱水工艺进行改进，增加常温脱水方法，降低加热炉的热料消耗。

改造后取得了显著的节能效果，每年可节约资金约169.28万元，电能利用率和热能利用率均得到提高。

四、未来发展方向

智能化控制

引入物联网技术和AI算法，实现对换热器的实时监测和智能调控。根据原油的温度、流量等参数，自动调整加热功率和流体流速，以达到最佳的加热效果和能源利用效率。

新材料应用

研发和应用新型耐高温、耐腐蚀、高导热性能的材料，提高换热器的使用寿命和传热效率。例如，采用新型的合金材料或复合材料制作换热管，增强其抗腐蚀和抗磨损能力。

系统集成优化

将原油加热管壳换热器与整个原油处理系统进行集成优化，实现能源的梯级利用和系统的整体节能。例如，与原油的脱水、输送等环节进行协同优化，减少能源的浪费。