3.1 　应用条件

　　广州石化技改项目中的己烷油重沸器,其设计条件为:热负荷为1 265 kJ / s ,塔底产品流率为0.625 kg/ s ,操作压力为0.112 MPa ,操作条件下产品液的沸点为76℃;管内加热介质为水蒸气,其压力为0.25 MPa ,温度127℃。
3.2 　应用分析研究

　　此设备是生产中的关键设备,必须保证设备安全稳定的运行。设备换热量较小,属小型重沸器,在应用中可参照的例子不多。另外,此设备传热温差很大,达51℃,如采用光管,据实验观察,当液体在管子表面沸腾时,容易产生很大的气泡覆盖在管壁表面。这种气泡不易破裂,直接影响传热效果;而一旦这种气泡破裂时,将会使液体的沸腾不稳定,运行中很难稳定操作,且操作不安全。即使系统能稳定运行,为了达到应用要求,只能采用较大面积(超过设计面积的两倍)的重沸器以保证运行,这样耗能大,严重影响企业经济效益。

　　经参阅文献并分析,重沸器的操作和产品液的沸腾密切相关。液体沸腾时,有以下几种沸腾方式:一般自由对流沸腾、核态沸腾、过渡态沸腾(部分膜态沸腾和部分核态沸腾)、膜态沸腾。一般自由对流沸腾的传热系数很小。当加热器温度升高即传热温差增大时,进入核态沸腾区,此区不仅传热系数大,而且操作比较稳定,是较为理想的一种传热方式。当温度进一步升高达到热流密度点时,单位面积的换热量降低,传热系数降低,降低的原因是由于全部加热器表面几乎都被蒸汽层或蒸汽膜所覆盖,把加热器表面与液体隔开,而蒸汽的导热系数要比液体的低得多,此时能观察到大面积的蒸汽膜突然破裂而脱离表面,使得液体猛冲向表面,并急速汽化成为另一个蒸汽膜;此外,在一些点上还能观察到瞬时核态沸腾,这个区域的沸腾,称为过渡态沸腾。当加热器温度继续上升到某一值时,则能观察到整个加热器的表面上覆盖着一层稳定的蒸汽膜,称之为稳定膜态沸腾,这时沸腾又变得稳定,传热系数又会上升,这是由于辐射能从加热器表面穿过蒸汽膜而传给液体,从而显著影响加热器表面的热流密度[10 ]。

　　再沸器的操作是在核态沸腾区,这样不仅传热系数大,而且操作稳定,易于控制。由于本项目中传热温差过大,据以前工业应用经验,如采用普通光管设计管束,液体的沸腾将处于过渡沸腾区,传热系数小,且操作极不稳定,容易造成事故。一般来讲,传热温差较大时,要么采用核态沸腾,要么采用膜态沸腾。如采用ST形翅片管,其T形结构加上S形的螺旋线性扭曲,不仅能破坏过渡沸腾形成的蒸汽膜,而且由于其翅片构成的T形腔的体积很大,且T形腔的出口相对小得多,使腔内气体出腔需要较大的张力,从而产生一种“滞后”沸腾现象,这就极大地改进了沸腾传热的机理和方式,使液体在较高温差下仍能保持核态沸腾,其沸腾给热系数是光管的2～5倍[9 ]。

　　另外,据实验及以前的工业应用经验,采用ST翅片管能强化传热还有两点重要原因不容忽视:一是在低负荷下,气泡从生长到脱离管子表面之前会在T形通道内走过一段较长的距离,在此距离内气泡冲刷着壁面上其他仍在生长的气泡,促进加热面上气泡发射频率的增加,而高负荷时气泡连成汽柱,柱旁只维持一层薄液膜,进行着极其高效的液膜蒸发;二是T形通道内每汽化一个气泡,有比它质量大得多的液体进入和离开通道,这也促进了通道内液体与主体液体间单相流体的对流传热[11 ]。
3.3 　应用结果

　　为了降低运行费用,同时安全稳定的操作,决定选用ST形翅片管换热器。

　　经反复设计、试验和实际考虑,确定重沸器的最后尺寸如下:热负荷为1 265 kJ / s ,传热温差为51℃,计算所需要面积为50 m2 ,实际选用面积为61m2 ,面积富余量23.84 % ,管子规格为<25mm×2.5 mm ,长6 m , ST强化沸腾钢管,管子根数为130根,管束直径为0.4 m ,壳体直径为0.9 m ,壳体壁厚为12 mm。

　　经工业试验,该ST翅片管重沸器完全能满足使用要求,达到了降低运行费用、安全稳定操作的目的。