华东理工大学化工机械研究成果介绍

机械与动力工程学院

1、高通量换热器

●项目简介：

表面多孔高通量管是一种高效换热管，采用粉末冶金方法在光管(沸腾侧)内表面或者外表面烧结一薄层多孔层，显著强化沸腾传热，对烷烃、烯烃、芳烃类、醇类、水、氟利昂、液氮等多种工质均适用。沸腾传热系数可比光管提高一个数量级。

目前世界上主要由美国UOP公司实现技术与产品垄断，近3年国内进口约76台高通量管换热器，约值人民币5亿元。

华东理工大学从1999年起开始研发烧结型表面多孔高通量管及其换热器，2003年成功申请获得批准，联合中国石化扬子石油化工股份有限公司承担了中国石油化工股份有限公司科技开发项目“高通量换热器国产化研制”。开发成功具有我国自主知识产权的烧结型外表面多孔换热管，并制成高通量高效换热器，填补了国内空白。高效换热元件技术指标达到国际同类产品技术水平，多孔表面管的换热效果最高可达光管的15.6倍，能显著提高换热管的强化传热效率。2005年2月获得国家发明专利授权(专利号ZL03116481.1)。

华东理工大学获得国家“十一五”863课题、国家高等学校博士点基金赞助和中国石化重大装备国产化研制项目进行研究与技术开发，已经实现铜基粉末、铁基粉末、铜镍合金粉末表面多孔管烧结工业化生产。

目前华东理工大学已开发成功碳钢管、合金钢管、铜镍合金管内外表面烧结铁基合金粉末、铜基合金粉末、铜镍合金粉末工艺技术，完成工业化烧结系统建设及批量生产。外表面铜基粉末多孔管高通量换热器在扬子炼油装置气体分馏脱乙烷塔再沸器上成功应用。采用93.4M2的高通量换热管替代了原122.7M2的光滑管，换热面积减少了27.5%，总传热系数从光滑管的230W/M2℃升高到434 W/M2℃，提高了89%，设备负荷提高了16%，所需蒸汽温度降低了23.7℃，节能效果显著。

内表面铁基合金粉末多孔管高通量换热器在扬子芳烃重整加氢预分馏塔再沸器上成功应用。外表面铁基合金粉末多孔U形管高通量换热器在扬子芳烃歧化单元甲苯塔再沸器上成功应用。

中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨/年对二甲苯芳烃联合装置高通量管重沸器6台。其中苯塔重沸器、抽余液塔重沸器A/B、抽出液塔重沸器、脱庚烷塔重沸器计5台重沸器(直径?1800～2200mm、单台换热面积大于1000mm2)为立式虹吸式固定管板结构，管内塔釜液再沸，管外热流体冷凝。采用?32×3mm外表面刻槽、内表面烧结铁基合金粉末表面多孔高通量管，4m长管2500根、5m长管9000根。抽余液塔蒸汽重沸器为卧式U形管结构(直径?2000mm、换热面积1470mm2)，管外塔釜液再沸，管内蒸汽冷凝，采用?19×2mm外表面烧结铁基合金粉末表面多孔高通量U形管2100根。 ●所属领域：能源 、装备 ●项目成熟度：产业化 ●应用前景：

炼油、化工、石油化工、海水淡化、液化气和液化天然气、空分、制冷等行业的沸腾换热器、重(再)沸器、蒸发器、汽化器。 ●知识产权及项目获奖情况：

获得中国发明专利授权“一种表面多孔管低温烧结工艺”(专利号ZL03116481.1)。中国实

用新型专利授权“波形扁钢折流杆换热器”(专利号ZL 01253449.8)。

申请中国发明专利“铜镍合金多孔表面管的烧结方法”（申请号200710043508.X）、“铁基粉末多孔表面换热管的低温烧结制备技术”，申请实用新型专利“一种管壳式换热器”（专利号2006200478921）等。 ●合作方式：技术服务

2、化工装置设备用能诊断与换热网络优化

●项目简介：

主要对加热炉、换热器、再沸器、冷却器等用能现状进行热力学计算分析与评价，诊断出能量利用薄弱环节及用能瓶颈，确定歧化装置各换热单元设备用能效率及系统薄弱环节。

编制了换热网络夹点技术优化设计软件，以及基于VB与Matlab混合编程的夹点技术软件，获得国家软件著作权。采用夹点技术对化工生产装置换热网络进行用能合理性分析，考虑换热网络变动的复杂程度和经济性，并提出切实可行的优化改造方案，包括采用高效换热器进行换热网络调优与热回收，可明显的减少公用工程的使用量，节能效果显著。对化工系统工艺流程存在的用能不完善环节，通过研究对反应器出料系统、塔进料系统和塔顶气与塔底液系统进行用能分析，提出流程再造方案，并进行可行性分析研究。 ●项目成熟度：

已经在石化行业应用，芳烃歧化装置节能改造后产生了670万元/年的直接经济效益，还解决了塔回流比不够和高压加热蒸汽不能全部冷凝的问题。 ●所属领域：化工、能源、装备

●应用前景：炼油、化工、石油化工、制药、生工等行业。 ●知识产权及项目获奖情况：获得国家软件著作权。 ●合作方式：技术服务

3、换热器性能评价与高效化改进研究应用

●项目简介：

在石油、化工、冶金、热能动力等工程领域中，管壳式换热器被广泛地用于物料的蒸发、冷凝、加热及冷却等过程。传热效率低、体积大、操作费用高是普通管壳式换热器普遍存在的缺点。

华东理工大学机械与动力工程学院化工机械研究所受中国石化扬子石油化工股份有限公司的委托, 对扬子公司催化、芳烃、乙烯装置中的1978台换热设备进行性能标定、评定与高效化改进研究。在广泛调研的基础上从各类设备中发现90多台换热效果差，能耗大的换热设备。根据工艺条件和传热方式，对部分设备采用改善内部壳程结构和采用强化传热管的方法，进行高效化改造。对换热设备的管外采用杆式支撑等纵向流形式，或采用螺旋折流板支撑的螺旋流形式来替代传统的弓形挡板结构；换热管则根据不同的传热形式采用经多年自主研发或经测试性能优良的多孔表面管、波纹管或螺旋槽管等高效特型换热管，二者结合

形成复合强化传热的结构。 ●所属领域：能源 ●项目成熟度：产业化 ●应用前景：

高效换热器性能评价与高效化改进研究应用成果可广泛应用于企业节能改造、扩能改造、进口设备国产化等方面，具有广阔的应用前景。 ●知识产权及项目获奖情况：

由华东理工大学自主开发成功的烧结型内外表面多孔高通量管是一种高效换热管，与光滑管相比能成10倍地提高换热系数，并将沸腾温差降低为光滑管的1/7-- 1/8，临界热负荷提高2倍以上，已申请多项专利，具有全部自主知识产权。获得中国发明专利授权“一种表面多孔管低温烧结工艺”(专利号ZL03116481.1)。中国实用新型专利授权“波形扁钢折流杆换热器”(专利号ZL 01253449.8)。申请中国发明专利“铜镍合金多孔表面管的烧结方法”（申请号200710043508.X）、“铁基粉末多孔表面换热管的低温烧结制备技术”，申请实用新型专利“一种管壳式换热器”（专利号2006200478921）等。 ●合作方式：技术服务、技术转让、专利（实施）许可皆可。

4、抑制乙烯裂解炉炉管结焦与渗碳技术

●项目简介：

开发一种在乙烯裂解炉清焦操作后，用化学有机物对裂解炉管实施在线预处理，从而在炉管内表面产生一种无催化活性的抗结焦表面涂层的技术，以减缓乙烯裂解炉炉管的结焦，延长裂解炉运行周期，提高乙烯产量。

实验室试验片状试样上涂层的结焦抑制率为67%，管状试样的结焦抑制率达到83%，预膜涂层与炉管基体的结合强度大于10MPa，能够承受常温至900℃热震试验6次以上。

建成了一套能够模拟裂解工况进行结焦评价的中试装置，得到了优化后的涂层中试制备工艺，在中试炉管进、出口涂层厚度比较均匀（进出口涂层厚度相差1-2微米）。预膜涂层与未处理炉管相比，盘管结焦量减少40%以上。 ●所属领域：石油、能源、装备 ●项目成熟度：

已经完成实验室研究、中试，近期将进行工业化应用考核。 ●应用前景：石油化工乙烯裂解装置。 ●知识产权及项目获奖情况：

申请2项国家发明专利，上海市科技进步二等奖。 ●合作方式： 技术服务、技术转让。

5、抗露点腐蚀耐蚀涂层

●项目简介：

炼油、化工、石油化工、冶金、电力等生产装置中加热炉对流段炉管及空气预热器中普遍存在着低温露点腐蚀，造成加热炉对流段钉头管、空气预热器、省煤器等腐蚀穿孔。化学镀镍磷合金是以次磷酸盐为还原剂，经过自催化的氧化-还原反应而沉淀出Ni-P合金镀层的工艺。在Ni-P化学镀层中加入硬颗粒形成复合镀层，在保持一定耐蚀性能的基础上，可以提高镀层的综合性能，从而具有更为广泛的应用前景。Ni-P-SiO2复合镀层为非晶结构，具有优良的耐蚀、耐磨性能。本项目将纳米技术应用到化学镀中，开发了一种含纳米二氧化硅的化学镀镍磷复合金属涂层，并成功实现工业化实施。将该技术应用于中国石化茂名石化公司重质白土装置加热炉对流段炉管，该加热炉对流段炉管原使用2个月后就发生腐蚀穿孔泄漏，而采用纳米复合镀防护后的炉管已安全运行5个月，状况良好。应用领域包括：炼油、化工、石油化工等行业的换热器、冷却器、加热炉对流段炉管、省煤器。 ●所属领域：化工、石油、材料、 ●项目成熟度：已经工业化应用。 ●应用前景：

根据本项目的研究成果，提高加热炉对流段炉管耐硫酸露点腐蚀性能，从而提高设备稳定运行周期，经济效益和社会效益显著。 ●知识产权及项目获奖情况：

拥有自主研发的知识产权、已申请2项国家发明专利。 ●合作方式：技术服务、技术转让。

6、循环氢脱硫工艺与装置

●项目简介：

循环氢脱硫溶剂发泡，引起胺液跑损，夹带的分散相提高了循环氢的分子量，增加了循环氢压缩机的能耗，降低了氢气的纯度，缩短了催化剂的使用寿命和反应的效率。

针对我国石油炼制行业原料油含硫量逐渐提高，循环氢气夹带重烃升高的趋势，提出并首先实现循环氢旋流脱烃、脱硫方法，发明预旋流脱重烃的循环氢气脱硫新工艺：采取预旋脱烃方法控制脱硫剂发泡、降低循环氢压缩机工质的分子量；采取后旋脱胺方法回收“跑损”胺液、降低胺液微粒危害。

该工艺，在脱硫塔前设置了循环氢分烃设备，有效地脱出其中的液相组成，从源头上、根本上解决了循环氢带液的问题；在脱硫塔增加旋流分离器组，控制循环氢带液量，节约能源，部长环氢压缩机长周期连续稳定运转。

该工艺可推广应用到炼油厂加氢裂化、催化裂化、焦化、重整以及催化裂解等装置产生的循环氢、液态烃、柴油和低分气的脱硫系统，以及含硫污水净化系统，还可以推广到由油田伴生气、天然气、水煤气合成等加工过程附产的液化气和燃料气的脱硫系统。 ●所属领域：化工、石油、能源、环境、 ●项目成熟度：产业化 ●应用前景：

项目技术在国内4个省市(山东、浙江、新疆、广东)建立11套科技示范装置。此外，本项目技术还应用到包括环己酮行业、聚氨脂行业、脱硫与制硫行业、环境保护行业、煤化工行业等5个小行业的80多套大型生产装置。

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