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在原油加热流程中，换热器作为核心设备，其工况参数的合理设定对加热效率、设备寿命及运行安全性至关重要。以下从关键工况参数、优化策略及典型应用场景三方面展开分析。
一、关键工况参数
流量与流速
管程流速：液体流速建议控制在1~3 m/s，气体流速为10~30 m/s。例如，原油换热器中，柴油（管内）流速可设为1 m/s，原油（管外）黏度较大，流速需适当降低以避免过高压降。
壳程流速：液体流速为0.5~1.5 m/s，气体流速为5~15 m/s。原油在壳程流动时，较低的雷诺数即可达到湍流，有利于提高传热膜系数。
流量分配：多程设计可降低单管流量，减少压降。例如，原油换热器常分为两路或多路并行，确保流量均匀，避免局部过热或结垢。
温度与温差
进出口温度：需明确管程和壳程的进出口温度，以计算对数平均温差（LMTD）。例如，柴油进口温度为175℃，原油进口温度为70℃，出口温度为110℃，通过LMTD公式优化换热面积设计。
温差范围：大温差工况需考虑热应力补偿，采用浮头式或U型管式结构。例如，减压渣油与原油换热时，温差可达100℃以上，需采用耐高温材料（如哈氏合金C276）。
壁温控制：关键节点壁温需防止局部过热。例如，原油预热温度过高可能导致重整原料含砷量超标，需严格控制进初馏塔温度。
压力与压降
操作压力：换热器可承受15~30 MPa的高压环境，但需根据介质腐蚀性选择材料。例如，原油换热器中，减压渣油作为高温位热源，操作压力较高，需选用耐压材料。
压降限制：管程压降主要由摩擦压降和局部压降组成，壳程压降以管束绕流压降为主。需控制压降在合理范围内，例如，原油换热器管程压降小于0.3 MPa，壳程压降小于0.5 MPa。
传热系数
传热效率：通过优化螺旋角（通常30°~45°）和管径（Φ6~25 mm）提升传热系数。例如，小管径（Φ8~12 mm）可增大比表面积，但需结合介质洁净度选择，避免堵塞。
材料影响：内翅片管可提升传热系数30%~50%，螺旋槽管可提升20%~40%。例如，原油换热器中，采用浮头式结构，材料选用316L不锈钢或哈氏合金，以适应高温高压工况。
二、性能优化参数
螺旋角与结构紧凑性
螺旋角越大，介质螺旋流动增强，湍流度提高，但流动阻力同步增加。例如，LNG液化装置常用40°~45°，平衡传热与压降。
大螺旋角可减少设备直径，但管束层数增加，需根据空间限制和换热需求选择。
污垢系数与清洗周期
污垢层导致的附加热阻需在设计时补偿，通常在清洁传热系数基础上增加10%~20%的传热面积。
高流速和光滑管壁可降低污垢沉积率，延长清洗周期。例如，原油换热器中，流速>1 m/s时，污垢沉积率可降低70%。
热应力与振动控制
设置膨胀节吸收热应力，避免管板与壳体因温差膨胀不均导致应力集中。
优化折流板间距（≤1.5倍管径）抑制振动，减少流体诱导振动（FIV）对管束的损伤。
三、典型应用场景与参数匹配
常减压蒸馏装置
工况：高温高压、含杂质介质。
参数选择：管径Φ15~20 mm，螺旋角35°~40°，采用浮头式结构，材料选用316L不锈钢或哈氏合金。例如，原油预热温度不超过250℃进初馏塔，以防止重整原料含砷量过高。
柴油-原油换热器
工况：需严格控制温度，避免原油分解或变质。
参数选择：管程流速1~2 m/s，壳程流速0.5~1 m/s，采用浮头式结构，材料选用316L不锈钢。例如，柴油温度高，走管程可减少热损失；原油黏度较大，走壳程在较低的Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。
热媒-原油换热器
工况：间接加热系统，需快速反应温度变化。
参数选择：设置两套温度控制器（热媒温度控制器和输出原油温度控制器），通过调节热媒旁通阀门控制原油温度。例如，热媒循环加热原油，原油在换热器壳程被加热由约40℃升到70℃左右。
分段换热流程
工况：高温热源的多次换热，充分回收热量。
参数选择：采用减压渣油的2~3次换热，提高热回收率。例如，上海炼厂1号蒸馏装置改用减压渣油二次与原油换热后，渣油温度降至140℃正规股票配资网址，多回收热量500~600×10千卡/时。
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