有關(guān)化學(xué)工程與石油化工節(jié)能的分析

鄭向祝

山東興泰機(jī)械裝備工程有限責(zé)任公司 山東臨沂 276017

不論是在化工生產(chǎn)領(lǐng)域還是石油化工當(dāng)中，提純與分離技術(shù)是生產(chǎn)階段最為關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)策略，其對(duì)于整體石油化工生產(chǎn)工作有著無(wú)可替代的作用。若要想確?；どa(chǎn)順利完成，就必須要對(duì)整體石油化工生產(chǎn)的質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)，以及應(yīng)用到相關(guān)的換熱設(shè)備、流體傳送設(shè)備有一定的了解，以便能夠更好地開展節(jié)能工作。據(jù)此，下文針對(duì)上述原理與設(shè)備展開具體分析，以期能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)石油化工生產(chǎn)達(dá)到良好的節(jié)能效果[1]。

1 流體傳送設(shè)備的節(jié)能

1.1 壓縮機(jī)節(jié)能

石油化工的生產(chǎn)過(guò)程中，除了離心式壓縮機(jī)之外，還會(huì)采用往復(fù)式壓縮機(jī)。雖說(shuō)這兩種壓縮機(jī)的工作原理及節(jié)能方式有所不同，但是兩者在進(jìn)行壓縮工作的過(guò)程中，都是有效能發(fā)生損失。造成有效能損失的主要原因是因?yàn)檫M(jìn)行了非等溫壓縮。所以，要想使壓縮機(jī)變得更加節(jié)能，就要改變壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)，將其改變?yōu)槎嗟燃?jí)壓縮，在傳送下一級(jí)的過(guò)程中冷卻，這樣就可以使壓縮機(jī)趨于等溫壓縮，可以有效的減少有效能的損失，大大減少不必要的浪費(fèi)。

離心式壓縮機(jī)在工作的時(shí)候會(huì)在流動(dòng)、沖擊、輪阻、漏氣等環(huán)節(jié)造成能量的損失。要想提高離心式壓縮機(jī)的節(jié)能效率，就必須改進(jìn)其操作方式和設(shè)計(jì)方案。例如：通過(guò)增加吸入過(guò)程的壓力，降低吸入過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，減少葉輪的阻力，改變?nèi)~輪葉片的角度等方法，降低能量的消耗。

1.2 泵的節(jié)能分析

流體在流動(dòng)或傳送的過(guò)程中，會(huì)與傳送的管道內(nèi)壁發(fā)生碰撞摩擦，導(dǎo)致一部分的能量轉(zhuǎn)換為了熱能，造成了能源的消耗，增加壓頭損失。根據(jù)能量守恒定律對(duì)流動(dòng)的狀況進(jìn)行分析，我們可以知道，要想減少離心泵的能量損失，需要對(duì)流體流速進(jìn)行控制，減少管道內(nèi)不必要的閥門部件，必要時(shí)增加減阻劑降低流體損耗的能量。此外，還可以采用高質(zhì)量、高效率的泵，將流體通過(guò)的部件的表面打磨光滑等方式來(lái)減少流體的能耗[2]。

2 換熱設(shè)備節(jié)能

換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，能量用量占比十分大。

這一設(shè)備重要的一項(xiàng)功能即為實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效化傳導(dǎo)，并且在熱量傳導(dǎo)之時(shí)有可能還會(huì)因?yàn)閭鳠岱绞饺源嬗幸欢ǖ娜毕荻斐蔁崃縼G失。要想解決這一問(wèn)題便應(yīng)當(dāng)就熱量傳導(dǎo)過(guò)程之中的溫度差予以適當(dāng)?shù)膬?yōu)化協(xié)調(diào)，促使溫度能夠始終處在較為穩(wěn)定的狀況之下。熱量傳導(dǎo)還存在有順流、逆流、交差流以及混合流等多種形式，特別是在逆流階段所出現(xiàn)的溫差變化是最為明顯的，在順流階段所出現(xiàn)的溫度變化是最不顯著的。因而，為了盡可能地增強(qiáng)熱量傳導(dǎo)效應(yīng)，還應(yīng)盡可能地選用逆流傳熱形式，并借此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量損耗的降低。

3 熱量傳遞與節(jié)能

3.1 擴(kuò)大換熱面積

開發(fā)高效換熱管提高換熱面積，促使其熱傳導(dǎo)效應(yīng)能夠盡可能增強(qiáng)。目前的常見(jiàn)高效換熱管，外表面為低翅或高翅，肋化系數(shù)高，但加工工藝效率低。另因?yàn)槭侵睏l管狀，耐壓的強(qiáng)度低，所以需要選用壁厚較厚的管材，一般大于1.15毫米，且管徑小，一般小于25.4毫米，常用的管徑為19.05毫米和22.23毫米，現(xiàn)有的換熱管一般為圓管狀，流體一次通過(guò)的換熱效果不佳，有的甚至需要二次換熱，造成生產(chǎn)效率較低。資料證明，某公司開發(fā)的高效螺紋換熱管，具有抗垢性能好，低溫差推動(dòng)力大、換熱強(qiáng)度及傳熱效率高、有自清洗作用；螺紋管總傳熱系數(shù)可提高30%以上；比光管外表面積增加2.75倍以上（以￠25換熱管為例）；比燒結(jié)高通量管外表面積增加37.5%（以Φ25換熱管為例）；強(qiáng)化換熱效果顯著，給熱系數(shù)可提高1倍以上等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，適用于不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)和形式亦不同，換熱器的種類隨新型、高效換熱器的研究開發(fā)不斷更新[3]。

3.2 提高傳熱系數(shù)K

提高傳熱系數(shù)是增加傳熱量的重要途徑，也是當(dāng)前強(qiáng)化傳熱研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。提高傳熱系數(shù)的方法重點(diǎn)是提高冷熱流體與管壁之間的換熱系數(shù)。尤其要提高管子兩側(cè)中換熱較差一側(cè)的換熱系數(shù)，以取得較好的強(qiáng)化傳熱效果。強(qiáng)化對(duì)流傳熱的措施有：表面粗糙化，提高壁面的表面粗糙度以影響湍流粘性底層的傳熱；表面加擾動(dòng)單元，如表面為引發(fā)渦流而引入的小翅；管道中加入插件以引發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)；用水射流冷卻熱表面等。

3.3 優(yōu)化平均傳熱溫差

在換熱器中冷熱流體的流動(dòng)方式有四種，即順流、逆流、交叉流、混合流。在冷熱流體進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流的平均傳熱溫差ΔT最大，順流時(shí)ΔT最小，因此，為增加傳熱量應(yīng)盡可能采用逆流或接近于逆流的傳熱方式。增加冷熱流體的平均傳熱溫差△T雖然可以強(qiáng)化傳熱，但同時(shí)也增加了傳熱過(guò)程的不可逆性，增加了傳熱過(guò)程的損失，因此，通過(guò)權(quán)衡，優(yōu)化冷熱流體的平均傳熱溫差△T是節(jié)能必須進(jìn)行的工作。

4 結(jié)語(yǔ)

在資源緊缺的今天，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為我國(guó)節(jié)能的重要手段。節(jié)能技術(shù)是多種多樣的，合理利用節(jié)能技術(shù)，在最大程度上降低能源的消耗，是我們今后研究的重點(diǎn)。石油化工資源是我國(guó)發(fā)展的必要能源，也是一種不可再生能源，使用的越多，儲(chǔ)存量就會(huì)越少。所以應(yīng)該加大研究力度，盡可能在每一個(gè)施工環(huán)節(jié)都不會(huì)出現(xiàn)資源的浪費(fèi)，減少經(jīng)濟(jì)成本。