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管壳式换热器温度控制方式优化与应用 　　摘 要：管壳式换热器是化工行业中应用最广泛的换热设备结构形式。论文对比了管壳式换热器一般温度控制方案的优缺点，并结合实际情况对温度控制方式进行优化和应用。结果表明，优化后的温度控制方案能克服大波动对系统稳定性的影响，非常适用于大型精馏塔蒸汽换热器的温度控制，对其他工业过程的温度控制具有借鉴意义。 　　关键词：换热器 蒸汽控制 凝液控制 优化 应用 　　在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其它流体的设备，称为换热器，广泛用于石油、化工、轻工、制药、食品、机械、冶金、动力等工程领域。换热器种类繁多，其中管壳式换热器是一种最常见的间壁式换热器，具有结构坚固、操作弹性大、承压能力好、可靠程度高、使用范围广等优点，在化工生产中可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，在工业生产中得到普遍使用。 　　大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司是国家能源发展战略和产业政策鼓励类项目。随着对节能要求的不断提高，通过对装置区内重要的能量交换设备管壳式换热器控制方式的改造与优化，使蒸汽能源得到有效利用，使装置温度控制更加平稳，对本装置和新型煤化工行业技术进步起到了积极的示范作用。 　　一、当前管壳式换热器控制存在的问题 　　大唐多伦煤化工装置引进德国鲁奇公司的专利技术：低温甲醇洗脱硫脱碳工艺、百万吨级甲醇合成工艺和甲醇制丙烯MTP工艺包，由五环科技股份有限公司进行基础设计和详细工程设计，各生产装置大型精馏类塔器、罐等设备众多。 　　本装置大多数塔器等静设备通过蒸汽换热器来实现对温度的调控，对于达产稳产，温度控制的稳定是精馏系统的关键。原始设计中，各蒸汽换热器均采用了蒸汽侧温控，即在蒸汽入口处设置调节阀组，通过调节进口蒸汽流量，从而使整个系统的温度达到调整目的。 　　以上控制方式在实际运行中，当公用工程蒸汽管网产生压力、温度波动时，由再沸器提供热源的塔釜温度会随之波动，进而影响整个精馏塔的压力控制，导致精馏塔原有的物料平衡和汽液平衡破坏，需要重新建立新的平衡，这种波动会导致精馏塔产出物料规格偏离设定值。同时，公用工程蒸汽管网的压力波动也会出现蒸汽窜入疏水器的现象，这不仅会导致疏水器疏水效果变差，使凝液难以进入凝液管网，而且汽液两相流的出现会对再沸器和疏水器之间的管路造成强烈的冲击，导致管路寿命缩短。以上问题的发生使整个精馏系统效率降低、产能受限，经济损失严重。 　　在蒸汽流量控制方面，由于管径大、蒸汽流速快、阀门冲刷大，直接调节蒸汽流量不容易快速、准确地达到调节目的，而且阀门容易损坏内漏， 从而导致操作中蒸汽消耗量较大。 　　二、管壳式换热器温度控制方式 　　1.蒸汽控制温度方案 　　1.1蒸汽控制温度方案简介 　　在生产过程中，经常利用控制换热器蒸汽流量来稳定被加热介质的出口温度。在这种控制方案中，如果公用管网蒸汽压力比较稳定，可采用图1所示的简单控制方案。当阀前公用管网蒸汽压力有波动时，会影响进入加热器的蒸汽流量，此时可通过调节阀对流量进行控制；或者采用串级控制系统，以出口温度为主参数，以蒸汽流量为副参数。一般来说，采用温度与流量的串级控制，它对于阀门特性不够完善的情况，能有所克服。 　　图1 蒸汽控制温度方案 　　1.2 蒸汽控制温度方案优缺点 　　蒸汽控制温度方案的优点是简单易行、控制迅速，缺点是需用较大口径的蒸汽阀门、传热量变化比较剧烈，当疏水设施工作不正常时，会造成冷凝液排放不畅，不能均匀传热。 　　2.凝液控制温度方案 　　2.1凝液控制温度方案简介 　　在生产过程中，也经常利用控制换热器凝液流量来稳定被加热介质的出口温度。在这种控制方案中，如果换热器传热系数和传热平均温差基本保持不变，可采用图2所示的简单控制方案。该方案将调节阀装在凝液管线上，通过改变调节阀的开度来控制冷凝液的排出量。如果被加热物料出口温度高于设定值，表明传热量过大，此时通过控制器将凝液管线上的调节阀关小，蒸汽凝液就会积聚起来，蒸汽冷凝的有效换热面积减少，从而减少传热量，工艺介质出口温度就会恢复到设定值；反之亦然。 　　图2 凝液控制温度方案 　　2.2凝液控制温度方案优缺点 　　凝液控制温度方案的优点是调节阀在凝液管线上，蒸汽压力有保证，不会形成上一种方案中的负压，缺点是变化迟缓，需要有较大的传热面积富裕量。由于传热过程变化缓慢，因此可以防止局部过热，对过热后会引起化学变化的介质比较适用。另外，蒸汽冷凝后变成凝液，比蒸汽体积减小，控制系统中的调节阀尺寸也较小。 　　3.凝液控制温度方案优化 　　图3凝液控制温度方案优化 　　由于在生产过程中，单一采用蒸汽控制温度方案存在温度控制波动大、传热量变化剧烈的问题，单一采用凝液控制温度方案存在控制通道长、变化迟缓的问题。故对