螺旋板换热器在尕斯库勒联合站的应用

尕斯库勒联合站建成于1989年9月，并于当年 10月投产运行，含水原油设计处理能力为228× 104 t／a。由于原油产量和含水率逐年增加，1996年在 无法满足正常生产的情况下，对原油处理区的热化 学沉降脱水流程进行了改造，增加了1台高效三相 分离器，使处理能力达到了298×104 t／a，解决了燃 眉之急。 随着油田进一步的开发，2000年含水原油实际处理已经达到了348×104 t／a，因此需要对原油 预脱水工艺进行扩容改造，其中改造重点是对含水 原油的预加热，难点是解决在役管壳式（ 浮头式） 换 热器因部分芯子腐蚀、堵塞等原因导致摩阻增加，从而使油井井口回压上升0．2MPa。 经过现场调研、分析和换热设备选型论证，根据含水原油处理能力等 生产参数和设备换热能力匹配等计算，在青海油田 原油加热工艺中，尝试性采用4台换热面积为80m 2 螺旋板换热器，更新在役6台换热面积为80m 2 管壳 式换热器，并于2000年9月顺利投产运行。截止2006 年12月，已运行6年，实践证明螺旋板换热器应用在 尕斯库勒联合站是成功的，不但解决了管壳式换热 器易结垢导致井口回压升高的实际问题，而且换热 效果好，节约了蒸汽和循环冷却水。 

螺旋板换热器是一种新型高效换热设备，适用于汽－汽、汽－液、液－液等对流传热。 按结构形式 可分为不可拆式（ Ⅰ型） 及可拆式（ Ⅱ型、Ⅲ型） ，按材 质可分为碳素钢和不锈钢。 充分考虑到尕斯库勒油 田含水原油腐蚀性非常强等特点，联合站采用不可 拆式不锈钢螺旋板换热器，与管壳式换热器相比，换 热效果好、压降小、腐蚀裕度大，成本低。 

1、结构原理 

螺旋板换热器是由两张钢板平行卷制而成，形成两个互相隔开的均匀螺旋形通道，两板间有定距 柱用以保护其间的距离，两侧端焊接密封，在换热器 中心装有隔板，使两个螺旋通道分隔开，在外侧周边 及中心有冷热介质的出入口接管，冷热介质以螺旋 板为传热面分别在板片两边的通道内作全逆流流 动，并进行换热，来达到换热的目的。具体讲，换热介 质A、B 分别流过螺旋板的两侧，其中冷介质A 沿螺 旋通道由外向内，至中心出口流出；而热介质B 则沿 螺旋通道由中心进口，由内向外流出；两种介质呈纯逆流方式流动。

2、特点及性能

2.1 传热效率高， 在螺旋板换热器内，冷热两种介 质均在比较狭窄的通道内高速的旋转流动，加之由 于定位柱的存在，造成介质形成连续旋转的旋涡曲 面，形成紊流，从而提高传热系数。 通过现场数据检 测和理论计算分析，总传热系数为2482Kcal／㎡.h℃是管壳式换热器的1．37倍，换热效率比管壳 式高出67％。 由于其特殊的螺旋结构，介质形成高 速流动，从而克服了管壳式换热器在运行过程中管、 壳程介质结垢而导致传热系数逐渐变小的矛盾。

2.2 自洁能力强。 冷热介质分别在各自的通道内 流动，且螺旋通道没有死角，允许流速比其他换热器 高，污垢不易沉积，因此通道内有自身清洗作用；若 污垢一旦附着在螺旋板的表面，就会使通道断面积 缩小导致介质流速加快，这样附着的污垢也很容易 被冲掉。因此，螺旋板换热器不但克服了生产运行过程传热系数逐渐变小导致换热效果变差的矛盾，同 时也解决了井口回压逐渐上升的原油生产实际问 题。自2000年投产运行以来，4台螺旋板换热器未发 生因结垢和堵塞而造成停产，极大地降低工人劳动 强度，节约了检修费用。 

2.3 进出口压降小。 壳体上的接管采用切向结构 ，进出口阻力小，同时螺旋通道的曲率是均匀的，介 质在设备内流动没有大的转向，总的摩阻小。因此螺 旋板换热器进出口总压降小。 根据尕斯库勒联合站 实际测取数据分析，平均压降为0.04MPa，投产运行 初期平均在0．028MPa，运行1年未清洗情况下平均 在0．052MPa，改善了尕斯库勒联合站原油处理工艺 压降偏大的运行工况。

2.4 结构紧凑、热损失少。 在传热量相等的条件 下，螺旋板换热器所占空间只为管壳式换热器的3／ 5左右，单位设备体积内的传热面积可达150㎡； 单位体积的传热面积约为管壳式换热器的2～3倍， 因此散热的外表面积也小，同时由于接近常温介质 均从外边缘通道流出（ 入） ，因此换热器本身热损失 小，可以不做保温层。 

2.5 安装方便、操作简单。 设备结构紧奏，占地面 积小，设备基础小且简单；接管开口方位符合换热流 程走向，工艺安装简单，进出口控制阀门易于操作和控制。

2.6 操作稳定、可靠性强。 具有两个较长的均匀通 道，介质可进行均匀加热和冷却，可准确控制出口温 度；两通道为焊接密封，可以保证两种热交换介质不 混合。

2.7 价格低廉。 结构精巧，制造简便，以板代管，材 料利用率高，成本低。 在换热面积相同的条件下，采 用螺旋板换热器所用的设备费为管壳式换热器的4／ 5。

3 存在的问题 

3.1 螺旋板换热器虽然有自清洗作用，但由于其特 殊结构，如果操作不当或非正常生产发生堵塞，将很 难用机械方法进行及时清洗，因此日常管理工作非 常重要，同时需要建设备用的清洗流程，以备发生堵 塞情况下，及时用蒸汽或热水进行吹洗。 3.2 螺旋板换热器比较大的优点是结构精巧，但同时 也是比较大的缺点，如发生内圈螺旋板破裂，便会使整台设备报废。 

4 结论 

螺旋板换热器以精巧的结构克服了管壳式换热 器易结垢、传热效率低、检修频繁、压降大等缺点，具 有节能、经济、适用、技术成熟等特点，不只有经济效益，社会效益也十分明显。螺旋板换热器在尕斯库勒联合站的成功运用，为青海油田和其他兄弟油田优 选换热设备提供借鉴和参考。