在原油處理和運(yùn)輸過程中，加熱管殼換熱器發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其高效節(jié)能性能對于降低能源消耗、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。以下將從工作原理、高效節(jié)能技術(shù)、應(yīng)用案例及未來發(fā)展方向等方面，對原油加熱管殼換熱器進(jìn)行詳細(xì)解析。

一、工作原理

管殼式換熱器是一種利用管道內(nèi)流體和外部流體之間的溫差來進(jìn)行熱交換的設(shè)備。在原油加熱應(yīng)用中，熱流體（如蒸汽、熱水等）在管內(nèi)流動，原油在殼體內(nèi)流動，通過管壁實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，從而達(dá)到加熱原油的目的。其設(shè)計(jì)原理基于熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射等熱傳遞規(guī)律，通過流體之間的熱量交換實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

二、高效節(jié)能技術(shù)

強(qiáng)化傳熱技術(shù)

管程強(qiáng)化：通過改變傳熱面的形貌或管內(nèi)插入物來增加流體湍流度、擴(kuò)展傳熱面積。例如，采用帶內(nèi)凸肋結(jié)構(gòu)的管子，如螺旋槽管和橫紋管。螺旋槽管管壁上的槽紋能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù)；橫紋管在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)肋，當(dāng)管內(nèi)流體流經(jīng)橫向環(huán)肋時，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動，有利于熱量傳遞。

殼程強(qiáng)化：改變傳熱管外表面結(jié)構(gòu)或管間支撐結(jié)構(gòu)，通過改變殼程流體流動形態(tài)，減少或消除殼程流動與傳熱的滯留死區(qū)，使換熱面積得到充分利用。例如，在管外增加翅片，改變殼程擋板或管束支承結(jié)構(gòu)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化管束、管道和殼體的流體流動路徑，增加熱交換面積，從而提升熱傳遞效率。例如，采用螺旋折流板設(shè)計(jì)，使殼程流體呈螺旋流動，減少死區(qū)，提高傳熱效率。

根據(jù)原油的特性和加熱要求，精確設(shè)計(jì)換熱器的尺寸、管徑、管程數(shù)等參數(shù)，以確保在滿足加熱需求的同時，最大限度地降低能耗。

余熱回收

在原油加熱過程中，充分利用工業(yè)廢氣、廢水或蒸汽中的熱能，通過管殼式換熱器將其回收，用于預(yù)熱原油或其他工藝環(huán)節(jié)，減少對外部能源的依賴，提高整體系統(tǒng)的能源利用效率。

三、應(yīng)用案例

以某油田聯(lián)合站的原油加熱系統(tǒng)改造為例，該聯(lián)合站原有加熱方式能耗高、效率低。改造后采用了高效節(jié)能的管殼式換熱器，并采取了以下措施：

安裝了高效加熱爐代替低效爐，并安裝自動空氣調(diào)節(jié)器和燃燒器，根據(jù)煙氣中氧含量的大小隨時調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)擋板，控制過剩空氣系數(shù)在合理范圍內(nèi)，使燃料充分燃燒，降低排煙溫度。

在沉降罐上部油層中設(shè)置加熱盤管來加熱原油，避免直接加熱高含水原油，減少水吸收的熱量。

對脫水工藝進(jìn)行改進(jìn)，增加常溫脫水方法，降低加熱爐的熱料消耗。

改造后取得了顯著的節(jié)能效果，每年可節(jié)約資金約169.28萬元，電能利用率和熱能利用率均得到提高。

四、未來發(fā)展方向

智能化控制

引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和AI算法，實(shí)現(xiàn)對換熱器的實(shí)時監(jiān)測和智能調(diào)控。根據(jù)原油的溫度、流量等參數(shù)，自動調(diào)整加熱功率和流體流速，以達(dá)到最佳的加熱效果和能源利用效率。

新材料應(yīng)用

研發(fā)和應(yīng)用新型耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)熱性能的材料，提高換熱器的使用壽命和傳熱效率。例如，采用新型的合金材料或復(fù)合材料制作換熱管，增強(qiáng)其抗腐蝕和抗磨損能力。

系統(tǒng)集成優(yōu)化

將原油加熱管殼換熱器與整個原油處理系統(tǒng)進(jìn)行集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用和系統(tǒng)的整體節(jié)能。例如，與原油的脫水、輸送等環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，減少能源的浪費(fèi)。