多功率换热器在吉林油田的应用

赵贵金

吉林油田公司松原采气厂，吉林省  松原市 138000

摘  要：吉林油田公司加热炉分布各采油（气）单位一百多个站场，用于满足联合站、中转站掺输、采暖、外输等工作需求。加热炉共有十余个生产厂家一百多种规格型号，部分采油（气）单位的加热炉没有备用，一旦出现换热器盘管腐蚀泄漏，需立即组织停炉抢修。因此，在冬季存在管线冻堵影响生产的风险。针对此情况，研发一种通用性和互换性强，能够实现一机多备、快速安装、满足应急需求的新型换热器。来解决锅炉换热器备用问题，有效提高加热炉冬季安全运行保障能力。

关键词：多功率新型换热器  应用

2019年冬季，各单位300余台加热炉需要24h连续运行，其中多个采油（气）单位的30个站场50余台加热炉没有备用，一旦出现换热器盘管腐蚀泄漏，必须立即组织停炉抢修、拆解测绘、加工制作，维修周期在10天左右，存在冬季管线冻堵的风险。由于这50余台加热炉是由多个厂家、不同年代制造的、规格型号多，安装尺寸不同互换性差。经过对比分析，需要加工30套换热器作为应急备用，每台换热器平均按22万元计算，需要投入660万元。

加热炉换热器属于非标产品，因生产厂家、规格型号、生产批次的不同，其设计的换热器的外形尺寸、连接件的位置也各不相同，互换性非常差。因此，要实现每台锅炉都有备用难度很大，也不符合低成本发展要求。为此，研发一种通用性和互换性强，能够实现一机多备、快速安装，来满足应急需求的新型换热器。

1 新型换热器的工艺原理

换热器是采用金属翅片管作为换热器的主体，介质通过在翘片中的流动，将翘片管中的热量带走，来实现热量交换的目的。翘片管式换热器比普通换热器增加了换热面积，起到了快速提升温度的作用，使热功率效率有了很大提高。

1.1翅片管的优点及材料

翅片管由于在管外表面上设翅片而得名。它传热面积比光管可增大2～10倍，传热系数比光管可提高1～2倍。由于传热能力的增强和单位面积的传热面加大，故与光管比完成同一热负荷可用较少管数，使设备结构紧凑并使金属消耗量减少。

1.2 翅片管的分类翅片排列方式

按其在管子上排列方式可分纵向和横向(径向)两大类。其他类型都是这两类的变形，例如大螺旋角翅片管(接近纵向)，螺纹管(接近横向)等。可根据流体的流动方向及换热特点来选择。整体翅片由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触热阻，强度高。多功率新型换热器结构示意图（见图1）。

图1多功率新型换热器结构示意图

2 多功率新型换热器的技术改造

2.1技术改造前

原换热器因为单根截面积小容易被泥沙等杂质堵塞，导致换热面积减少，从而引起压降增大，换热面积减少，最终导致出口温度降低影响生产。自2017年8月5日油气处理站2#输加热炉翅型盘管换热器更换完毕运行以来，换热器运行平稳，出口温度能够满足生产的要求，进出口尺寸符合与原有旧换热器互换的要求。

2.2技术改造后

新换热器在设计上，采用管径比以前旧换热器管径大的翅片螺旋管，这样就很好的保证了在换热面积不变的基础上，使得单根盘管的截面积最大。换热器更换完后，在不对燃烧器做任何调节的前提下，进行系统的供热，加热炉的燃气量不变，介质的出口温度有明显升高。

通过观察在进出口温度、锅壳温度三项主要衡量指标上，更换后有了明显变化。主要是在保证加热介质出口温度在58℃左右的基础上，对燃烧器的出力负荷进行了调整，使得能源消耗最小化。

2.3数据采集

更换前的燃烧器供气压力为14KPa，锅壳温度为101℃左右，燃烧器的负荷比例为20%。更换后的燃烧器供气压力为10KPa，锅壳温度为97℃左右，燃烧器的负荷比例为40%。这样就可以在减小供气压力的基础上增大燃烧器的供风量，使得天然气燃烧得更充分达到节能的目的。进而在节能上分析，更换后节能的效果在2%～5%，理论计算按单台用气量300m3/h，节能2%，设备运行每天20h，更换换热器后每天可以节省燃气量为：300×20×2%=120（m3）,每年可以节省燃气量为：120×365=43800（m3/a）。

2.4指标对比

通过现场测试对比两台锅炉设备各项数据（见表1），得出以下结论：

表1  现场燃烧器天然气消耗量统计表

序号	设备名称	时间	现场每两小时记录天然气消耗量/m3						天然气消耗量                                                                                  （m3）
			8：00	10:00	12:00	14:00	16:00	18:00
1	2#燃烧器	2019.1.27	319	285	302	294	291	310	1801
2	3#燃烧器	2019.1.27	641	611	596	609	615	622	3694

燃 烧 值：2#掺输炉相比于原有燃烧器燃烧值提高了近50%，且其中烟气分析中CO值，3#炉明显较高，说明3#炉内的大量气体存在不完全燃烧现象，浪费天然气；

天然气用量：2#掺输炉天然气消耗比原有燃烧器降低了近4543.2m³/d；

设备故障率：2#掺输炉故障率远低于原有设备；

加热速度：加热至同样温度，进口燃烧器快于现有燃烧器。

联合站原有2#掺输炉（已进行改造）炉体换热效果，对比明显好于3#掺输炉（未进行改造）。

2.5多功率新型换热器在现场应用

2.5.1安装迅速

由开始拆除旧换热器开始到投产完毕累计用时40h。如果现场调度有序的话，施工周期还是可以压缩到24h以内。

2.5.2升温迅速

在投产使用当天，由打开阀门时间开始到整个循环系统温度平稳，时间不到20min，比普通换热器加快30min，在冬天就不会给井组造成停井开井的麻烦，降低了员工的劳动强度。

2.5.3功率可调节，互换性强

应用的换热器具有三组加热盘管，具备采暖、外输、掺输三大用途，即可并联也可以单独使用。换热器和其它的换热器具有很强的互换性，如加热炉换热器出现问题可以随时替换。

2.5.4节能效果明显

投产使用与普通换热器对比，每天节约天燃气110m3。加热炉24h不停运转，这台加热炉年可节约天然气43800m3。按公司内部交易价格2元/ m3折算。每年节约燃料费用8万元。

3 现场使用效果分析

3.1安装应用效果明显

2019年10月，通过把多功率换热器安装在设备上应用，收到很好的效果，特点如下：

（1）传热效率高。由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得翅片管换热器可以达到很高的效率。

（2）结构紧凑。由于翅片管换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000 。

（3）适应性强。翅片管换热器可适用于气－气、气－液、液－液、各种流体之间的换热，以及发生相态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。

3.2经济效益可观

按现在民用气用气2.7元每立方计算，每年的燃气节约费用为: 43800x2.7=11.8万元；每年节约维修费用5万元；节约大修换管费用19.5万元/台。

更换多功率换热器后，年可节约费用11.8+5.0+19.5=34.3（万元）。这套换热器主要是在生产不受影响的前提下达到节能，减少维修次数的目的,最终达到节能降耗的最终目标。

4 结论

该技术在技术改造中是切实可行的。通过该技术的应用，获得了经济效益和社会效益。

（1）通过阀门组合调控，实现输出3～5组换热器盘管，同时实现每组盘管输出不同功率可调节功能，满足多个换热功率的实际需求，实现以一备多的效果。

（2）加热炉进出口管线连接部分，采用可调节硬联接方式，解决不同换热器的连接尺寸、间距等问题，适应于不同型号换热器，有效提高了加热炉的冬季安全运行保障能力。

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