文丨胖仔研究社

编辑丨胖仔研究社

基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置，在传统感应加热甲醇重整装置的基础上，通过引入电子温度传感器、压力传感器等温度检测单元，结合基于流体压降控制的驱动单元，构建了一套集温度控制、流体压降控制、加热效率提升为一体的感应加热甲醇重整装置。

以甲醇蒸汽为原料，研究了工艺参数对装置服役性能的影响规律，优化了装置运行参数，解决了现有装置在服役过程中存在的诸多问题。

设计思路：本装置以甲醇蒸汽为原料，在一定压力下，利用电磁感应加热原理对其进行加热，利用甲醇蒸汽在金属管道内的流动来实现。基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置，采用双金属换热器结构。

工作过程：当甲醇蒸汽进入换热器时，经过电磁感应加热，通过金属管壁的热交换实现换热。同时在金属管壁内产生交变磁场，在交变磁场的作用下，液体中的水分子被磁化并在磁场作用下沿轴向作螺旋运动，形成旋转运动。

由于液体中水分子的旋转速度远远大于水分子自身的旋转速度，在旋转运动中形成的离心力将液体中的一部分水分子甩出并向管外流动，使管内流体流动起来，从而产生加热效果。

采用流体压降控制的驱动单元，对其进行精确控制，从而实现对加热过程中流体压降的精确控制。驱动单元内设有温度检测单元、压力检测单元和温度与压力控制单元。

在流体流动过程中通过检测单元对液体温度、压力等参数进行实时监测，并根据监测结果对加热功率进行精确控制。

工作原理：甲醇蒸汽进入换热器后，由于电磁场的作用，将其磁化并沿轴向作螺旋运动，形成旋转运动。当加热功率大于设定值时，加热功率增大，当加热功率小于设定值时，加热功率减小。

采用驱动单元对液体压力进行实时监测，当压力高于或低于设定值时，通过控制系统对加热功率进行调节。同时采用检测单元对液体温度进行实时监测。通过采用电磁感应加热原理与流体压降控制相结合的方式实现了对甲醇蒸汽的高效、可靠、精确的加热效果。

技术特点：基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置，主要由换热器、电磁感应加热设备和压力检测仪表组成，其技术特点如下：

1.采用双金属换热器结构，由换热管内壁与管外壁之间的传热、换热和流体流动等换热过程来实现加热。双金属换热器采用不同材质，其具有较高的耐腐蚀性能，且具有良好的抗磨损能力。

2.电磁感应加热设备采用交流励磁方式，通过对管壁进行电磁加热，从而实现换热。采用交流励磁方式具有较高的节能效果。液体中的水分子在旋转过程中甩出并向管外流动，从而产生加热效果。

3.采用电磁感应加热设备，对液体中的水分子进行加热，使其处于运动状态。

关键部件：关键部件包括：双金属换热器、流体驱动单元和温度检测单元。其中，流体驱动单元采用压力驱动的方式，在液体流经双金属换热器时，液体内的水分子受到磁力的作用而绕自身轴做螺旋运动。

流体驱动单元可在一个较短时间内，将加热功率从小功率提高到大功率，从而实现加热效果的提高。流体驱动单元由温度检测单元和压力检测单元组成，通过传感器获取液体温度及压力信息。

温度检测单元采用双金属换热器内的金属板作为传感元件，用于采集液体温度信息；压力检测单元采用金属板作为传感元件，用于采集液体压力信息。

二、实验结果及分析

将温度和压降分别设置为℃、℃，在实验过程中，模拟工况为：压力为0.1MPa，加热功率为3kW，流量为20L/min。

通过对不同温度、不同压降和不同流量下装置运行数据的分析，可以看出：随着加热温度的升高，装置升温速度加快；随着压降升高，装置的加热效率提升；随着流量增大，装置的加热效率提升。

在实验过程中，甲醇蒸汽流量变化不大。在不同的工况下，装置的加热效率随着甲醇蒸汽流量增加而升高；在不同的工况下，装置的加热效率随着甲醇蒸汽流量增加而降低。

同时还可以看出：在相同压力条件下，随着加热温度升高，装置的升温速度加快；随着压降升高和流量增大，装置的升温速度降低。这是由于在甲醇蒸汽流量一定时，通过压降可以实现加热效率和加热功率的优化。

不同温度和压降工况下的加热效率：在不同温度和压降工况下对装置进行运行数据分析，可以看出：随着温度的升高和压降的降低，装置的加热效率先升高后降低。在不同的温度和压降工况下，装置的加热效率由高到低的顺序为：℃、℃、80℃。

这是由于在相同条件下，随着温度升高和压降降低，装置内甲醇蒸汽的密度增大，密度大的甲醇蒸汽从内到外传递热量；同时，随着温度升高和压降降低，装置内甲醇蒸汽与外部环境之间热量交换加强。

在相同的工况下，在相同温度下，随着压降降低装置内甲醇蒸汽向外传递热量增加。当压降为零时，装置内甲醇蒸汽密度最大。因此在不同温度和压降工况下，通过控制系统调节加热功率可以实现装置加热效率和加热功率的优化。

不同流量和压力对加热效率的影响：在模拟工况下，随着甲醇蒸汽流量的增大，装置的加热效率呈先增大后减小的趋势；在相同压力条件下，随着甲醇蒸汽流量的增大，装置的加热效率呈先降低后升高的趋势。

这是由于在相同条件下，当压力越大时，甲醇蒸汽流量越大，加热功率也随之增大；当甲醇蒸汽流量越大时，装置温度升高速度会加快。这是因为随着甲醇蒸汽流量和压力增加，装置内流体所受传热阻力增大。

加热效率与加热功率之间的关系：为了研究加热效率与加热功率之间的关系，将实验装置的加热功率设置为3kW，压力设置为0.1MPa，甲醇蒸汽流量设置为20L/min。

通过对比不同加热功率下装置的运行数据，可以得出：在不同的加热温度和压降条件下，装置的加热效率随加热功率的增大而升高。在不同的流量条件下，装置的加热效率随流量增加而降低。

这是因为随着流量的增大，甲醇蒸汽在流体中的停留时间延长，蒸汽与液体接触时间增加，同时会有一定的能量损失。随着加热功率增加，装置在相同温度和压降下的运行效率不断提高，这是由于在相同压力条件下，甲醇蒸汽流量随着加热功率增加而增大。

但是在相同温度和压降条件下，随着加热功率增加，装置运行效率提高幅度不大。这是由于在相同温度和压降条件下，由于甲醇蒸汽密度较小，单位体积内液体与液体接触时间更长、蒸汽停留时间更长、能量损失更多。

同时也可以看出：随着温度和压降的提高，装置运行效率与加热功率之间呈近似线性关系。

本研究以提高装置加热效率为目标，结合流体压降控制原理，对基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置的工艺参数进行了优化，并对装置的服役性能进行了评价。结果表明：

1、甲醇蒸汽流量是影响加热效率的关键因素。通过调节流量可提高加热效率，但要在保证催化剂活性的前提下才能使反应更充分。

2、通过控制入口温度、出口压力可以优化装置的温升特性，进而提升加热效率。若入口温度过高会导致催化剂失活；若出口压力过高会导致反应不完全。

3、入口流量、出口压力的优化对装置的服役性能具有重要影响，可根据不同工况条件选择合适的参数组合，使装置达到最佳服役性能。

4、在优化工艺参数后，感应加热甲醇重整装置运行工况较传统感应加热甲醇重整装置更加稳定。

本研究为现有感应加热甲醇重整装置在服役过程中存在的问题提供了解决方案，同时也为基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置提供了理论依据。但本研究也存在一定局限性，下一步将针对该装置存在的问题进行进一步研究。

（1）从设备的结构设计上来看，传统感应加热甲醇重整装置存在设备体积大、产品气体积小、易发生二次燃烧等问题，而基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置采用了多模块集成设计，具有结构紧凑、体积小、重量轻等特点。

另外，基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置的加热效率较高，且能有效防止二次燃烧现象的发生。

（2）从工艺运行方面来看，传统感应加热甲醇重整装置在实际运行中存在两个问题：一是在进料流量较大时，蒸汽质量流量容易超温。

二是蒸汽质量流量过大时，蒸汽与反应床不能有效混合。因此，为了保证装置在实际运行中的安全稳定运行，还需要在进料流量较大时进行适当控制。

（3）从装置运行的经济效益上来看，传统感应加热甲醇重整装置因存在加热效率低、产品气体积小等问题，导致其单位能耗高，同时蒸汽质量流量过大也会导致蒸汽质量流量超温现象发生。

基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置采用多模块集成设计，在进料流量较大时能够有效防止超温现象发生，且蒸汽质量流量适中且易于控制，可以满足装置安全稳定运行的需求。

因此，与传统感应加热甲醇重整装置相比，基于流体压降控制的感应加热甲醇重整装置在经济方面更具有优势。

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