不銹鋼板翹式換熱器在化工裝置中的應(yīng)用

摘要： 板翹式換熱器在碳四抽提裝置脫重單元塔頂應(yīng)用后，實(shí)踐證明具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)性好、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)， 建議在化工裝置上推廣應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞： 板翹式換熱器 化工裝置 節(jié)水量
　?。?nbsp;板翹式換熱器特征
　　換熱器是石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。板翹式換熱器兼顧了管殼式換熱器和板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)， 主要有：
　?。?、傳熱效率高。由于板翹式換熱器的特殊結(jié)構(gòu)， 使流體在通道中形成強(qiáng)烈的湍流， 使傳熱邊界層不斷被破壞， 從而有效的降低了熱阻提高了傳熱效率。
　?。狻⒔Y(jié)構(gòu)緊湊。單位體積的傳熱面積， 通常比列管式換熱器大五倍以上。如列管式換熱器一般為 １６０ｍ２／ｍ３ 左右， 而板翹式換熱器一般都達(dá)到 １５００ ｍ２／ｍ３。
　?。?、經(jīng)濟(jì)性好。由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小， 故安裝成本大為降低。
　?。?、安全可靠性高。板翹式換熱器采用全焊結(jié)構(gòu)杜絕了泄漏，可靠性高。
　?。?、板翹式換熱器因流道狹小， 容易引起堵塞。應(yīng)選用在介質(zhì)比較清潔或容易進(jìn)行在線化學(xué)清洗的工位。
　　傳統(tǒng)板翹式換熱器材料主要是鋁合金， 由于鋁的耐腐蝕性能差、強(qiáng)度低、不耐高溫， 鋁制板翅式換熱器所能承受的最高壓力僅為 ９ＭＰａ， 承受最高溫度 ３００℃。在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制， 主要用在一些急冷或低溫工況下。進(jìn)一步提高板翅式換熱器使用壓力、使用溫度和耐腐蝕性能，較好的辦法是開(kāi)發(fā)不銹鋼板翅式換熱器。根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，現(xiàn)在釬焊工藝生產(chǎn)的不銹鋼板翅式換熱器產(chǎn)品的耐熱極限已達(dá)到 ８５０℃， 耐壓最高達(dá) １４．０ＭＰａ。隨著先進(jìn)的真空釬焊技術(shù)發(fā)展， 為不銹鋼板翹式換熱器的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用創(chuàng)造了條件， 本項(xiàng)目就是在傳統(tǒng)板翹式換熱器研究理論和應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上， 開(kāi)發(fā)不銹鋼板翹式換熱器， 并在蘭州石化公司橡膠廠進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。
    ２ 應(yīng)用情況
    ２．１ 確定應(yīng)用工位
    板翅式換熱器應(yīng)用工位的確定應(yīng)堅(jiān)持兩個(gè)原則，一是介質(zhì)要相對(duì)清潔或所含雜質(zhì)為機(jī)械雜質(zhì)，管道前加過(guò)濾器就可以除去，或介質(zhì)可以進(jìn)行化學(xué)清洗；二是能夠體現(xiàn)板翅式換熱器的優(yōu)點(diǎn)．基于以上兩項(xiàng)原則，我們?cè)趯?duì)橡膠廠各生產(chǎn)裝置進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，選定抽提裝置脫重單元塔頂冷凝器為應(yīng)用工位。
    ９６ 年 ３．５×１０４ｔ 改造時(shí)如果采用管殼式換熱器， 據(jù)當(dāng)時(shí)初步設(shè)計(jì)，需要兩臺(tái)設(shè)備規(guī)格為￠１４００×６０００，單臺(tái)設(shè)備重量在 ４０ｔ 的換熱器，設(shè)備安裝平臺(tái)需要重新加固，兩臺(tái)設(shè)備的總值將達(dá)到 １００萬(wàn)元。故采用板式換熱器，但由于板式換熱器大型化會(huì)進(jìn)一步降低設(shè)備的安全可靠性，且檢修時(shí)板片很難緊固。故在 ３．５×１０４ｔ 改造時(shí)上了五臺(tái)板式換熱器并聯(lián)使用， 占據(jù)了大量的安裝空間， 增加了安裝費(fèi)用， 且物相介質(zhì)流動(dòng)是靠?jī)?nèi)部推動(dòng)力， 這種并聯(lián)使用，因各部阻力的差別， 使介質(zhì)在設(shè)備內(nèi)部分布不均勻， 從而影響設(shè)備的整體換熱效率。板式換熱器在使用中的不可靠性在 ２００６ 年的大檢修后的開(kāi)車中， 在該裝置表現(xiàn)的更為突出， 脫重六臺(tái)板式換熱器在開(kāi)車后不到一周時(shí)間， 有三臺(tái)設(shè)備的板片密封墊刺開(kāi)泄漏， 而且反復(fù)多次。所以從上面的介紹可以知道在該工位上進(jìn)行板翅式換熱器的應(yīng)用， 能夠比較好的對(duì)比出板翅式換熱器高效、可靠和設(shè)備較高的性價(jià)比。
    ２．２ 確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)
    ２．２．１ 板翹式換熱器的基本結(jié)構(gòu)
    板翅式換熱器是由翅片、隔板、封條組成， 是在金屬平板（ 隔板） 上放一翅片， 然后再在其上放一金屬平板， 兩邊以封條密封而組成一個(gè)通道。對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行不同方式的疊置和排列， 釬焊成整體， 就可得到板翅式換熱器的板束。為使流體分布更加均勻， 在流道的兩端設(shè)置導(dǎo)流片， 并在板束兩端配置適當(dāng)流體出入口封頭和接管， 組成完整的板翅式換熱器。
    ２．２．２ 確定設(shè)備結(jié)構(gòu)
    根據(jù)確定的工位，設(shè)備的介質(zhì)是兩相流，物相通過(guò)冷凝發(fā)生相變，故采用逆流換熱。
    ２．３ 確定工藝參數(shù)
    板翅式換熱器應(yīng)用工位確定后，設(shè)備出入口的基本工藝參數(shù)，如相應(yīng)溫度壓力下的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、焓、密度、黏度等，通過(guò)化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)得到．由于本次設(shè)計(jì)的板翅式換熱器所選工藝點(diǎn)，設(shè)備出入口物性變化較小，按照設(shè)備出入口的物性數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，能夠滿足設(shè)備的換熱要求，故不再進(jìn)行相應(yīng)的物性計(jì)算．
    ２．４ 板翅式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算
    ２．４．１ 翹片選擇
     根據(jù)設(shè)備使用的工況條件， 選平直形翹片， 翹片基本尺寸見(jiàn)表 １ ：
                                
    ３ 板翅式換熱器的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)
    ３．１ 應(yīng)用情況分析
    板翅式換熱器投用前，應(yīng)用工位使用六臺(tái)板式換熱器，投用后效果明顯，先后切出兩臺(tái)板式換熱器．目前由于受原料的影響，該裝置負(fù)荷降到 ７．５ｔ／ｈ， 現(xiàn)僅有兩臺(tái)板式換熱器和板翅式換熱器一起使用，現(xiàn)在的這個(gè)負(fù)荷量相當(dāng)于 ３．５×１０４ｔ／ｙ 的負(fù)荷，前面我們介紹過(guò)，在這個(gè)負(fù)荷下至少需要四臺(tái)板式換熱器。板式換熱器物相僅發(fā)生了相變，出入口溫度變化很小，而板翅式換熱器出入口溫差平均在 ５℃左右， 物料有過(guò)冷情況， 說(shuō)明設(shè)備的換熱能力還有富裕。從前后考察對(duì)比的各二十天水耗量情況來(lái)看，板翅式換熱器投用前二十天共消耗水量為 ３６９２７５ｔ， 投用后 ２０ｄ 消耗水量為３４７３４８ｔ，前后相比共節(jié)水 ２１９２７ｔ（２０ｄ）。這個(gè)量是以整個(gè)抽提裝置計(jì)量的，在這 ４０ｄ 中，抽提裝置的負(fù)荷，工藝操作情況總體上保持穩(wěn)定，所以這個(gè)節(jié)約量能夠反應(yīng)板翅式換熱器的節(jié)能效果，考慮到這個(gè)節(jié)水量是從整個(gè)抽提裝置兩個(gè)時(shí)間段的耗水總量中對(duì)比出來(lái)的 ，我們對(duì)這個(gè)量進(jìn)行了修正，７０％的節(jié)水量是板翅式換熱器產(chǎn)生的，其余的節(jié)水量是由其他因素產(chǎn)生。以次計(jì)算，使用板翅式換熱器后平均節(jié)水量在 ３２ｔ／ｈ，節(jié)水效果明顯。
    ４ 結(jié)束語(yǔ)
    板翅式換熱器是目前在用的各類換熱類設(shè)備中，換熱效率最高的換熱設(shè)備，隨著真空釬焊技術(shù)的發(fā)展，不銹鋼板翅式換熱器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用得到了發(fā)展，從而使這類換熱器的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展．就兩蘭目前的各類裝置，也有著良好的應(yīng)用前景，如碳四抽提裝置、８×１０４ｔ／ｙＭＴＢＥ 裝置、乙烯分離裝置、苯乙烯裝置等都有著很好的應(yīng)用前景。由此， 建議在石化系統(tǒng)進(jìn)行推廣。