夹套式焦炉上升管换热器的传热性能研究

卢俊文，董久明

(1.河北省特种设备监督检验研究院，石家庄 050061；2.唐山市天元化工设备有限公司，河北唐山 063000)

0 引言

换热器是能源高效转换的重要媒介之一，广泛应用于石油、化工等行业[1]，在焦化行业研制一项先进的余热回收技术并加以推广，实现“资源-能源-再资源”的良性循环[2]，促进企业达到环保节能的要求至关重要。由于复杂的技术原因，焦炉荒煤气的余热回收利用一直是困扰焦化行业多年的技术难题[3]。

焦炉荒煤气余热回收技术，在我国经历了发展、停滞、再研发、再停滞的过程[3]。开始采用的是用水作介质的汽化冷却技术，后来发展为以导热油作介质的换热技术，但都因为未解决热应力疲劳、壁温控制等问题，致使焊缝开裂、焦油蒸气结焦和换热器泄漏而失败。

为解决焦化行业的技术难题，研发了夹套式焦炉上升管换热器，通过中间性试验获得成功并已实际应用。该装置采用螺旋可自由膨胀结构,特别适应周期性膨胀和收缩，双层套管均采用耐高温、耐腐蚀的低合金材料，关键取热元件无膨胀应力，满足了工业化应用的要求。

1 试验部分

1.1 换热模型

荒煤气流经上升管释放的热量[4]为：

Qr=CpgVg(tgi-tgo)

(1)

式中Qr——传热量，W；

Cpg——荒煤气定压比热容，kJ/(m3·℃)；

Vg——荒煤气体积流量，m3/h；

tgi，tgo——上升管荒煤气进、出口温度，℃。

水蒸气通过夹套管吸收的热量[4]：

Qc=Cpsms(tso-tsi)

(2)

式中Qc——水蒸气吸热量，W；

Cps——水蒸气定压比热容，kJ/(kg·℃)；

ms——夹套内管水蒸气质量流量，kg/h；

tsi,tso——夹套内管水蒸气进、出口温度，℃。

以下计算传热量均以Qr,Qc的算术平均值为准：

(3)

上升管的总体传热系数为：