全焊接板式換熱器的應用

                                       全焊接板式換熱器的應用 
                                                 高　誠
    (中國石油集團工程設計有限責任公司撫順分公司,遼寧撫順113006)
    摘要：介紹了全焊接板式換熱器在華北石油管理局8萬t/a乙苯裝置設計中的應用情況,及其性能與結構特點,它作為一種新型高效換熱器的優(yōu)越性,并列舉了一些實例。
    關鍵詞：板式換熱器;傳熱效率;換熱器應用
    中圖分類號：TQ 051.5　　文獻標識碼：A　　文章編號：1671 0460(2006)02 0126 02
    在華北石油管理局8萬t/a乙苯裝置設計中,針對貧吸收劑-富吸收劑這一換熱工況存在傳熱強度低、反傳熱嚴重,若采用常規(guī)管殼式換熱器需多臺設備串、并聯才能滿足工藝要求的情況,決定采用已在國內眾多煉廠成功使用的新型換熱設備,全焊接板式換熱器。
    1·設計選型
    針對華北石油管理局8萬t/a年乙苯裝置設計中,貧吸收劑-富吸收劑這一換熱工況進行具體分析,并對各種形式換熱器進行橫向比較,且根據全焊接板式換熱器在各廠家的應用情況及效果,最終選用蘭州石油機械研究所研制開發(fā)的,已獲得中國國家專利的全焊接板式換熱器。
    貧吸收劑-富吸收劑換熱器主要工藝操作數據如下:①殼程介質(貧吸收劑)入出口溫度:125.2~40℃,進口壓力:0.25 MPa(G),總流量:78 964 kg/h ;②管程介質(富吸收劑)入出口溫度:30~120℃,進口壓力:1.11 MPa(G),總流量:66 362 kg/h。 
    根據以上工藝設計參數,用蘭州石油機械研究所自行研究開發(fā)的全焊接板式換熱器工藝設計計算軟件進行了該設備的工藝計算和優(yōu)化設計,確定選用一臺面積為700 m2全焊接板式換熱器,面積富裕量49 %,管程壓降0.005 MPa,殼程壓降0.004 MPa,完全滿足工藝設計要求。
    2·性能特點
    一般情況下,板式換熱器總傳熱系數比列管式換熱器大1~3倍以上;在相同換熱面積時板式換熱器流通面積比列管換熱器大5倍,壓降小;緊湊度方面:列管式換熱器為78 m2/m3,板式換熱器為220 m2/m3;最小傳熱溫差:列管式換熱器為3~5℃,板式換熱器為1~3℃。
    與列管式換熱器相比,全焊接板式換熱器在傳熱性能方面更具優(yōu)勢,這主要是由于:
    ①傳熱板片沿流體流動方向的流道斷面形狀不斷變化,大大加強了流動的擾動,因而能在很低的雷諾數下形成湍流,從而增強了流體的傳熱性能。通常情況下,同一種流體在列管式換熱器內當雷諾數為4 000~6 000時,才能達到湍流狀態(tài),而在全焊接板式換熱器內當雷諾數為100~300時,就可達到湍流狀態(tài)。
    ②板式傳熱元件沒有管內膜阻放大效應,同時由于其光滑的傳熱表面、均勻的流動場及不銹鋼材質,使其具有更小的污垢熱阻。通常其污垢熱阻僅為列管式換熱器污垢熱阻的1/5~1/4,可以確認的是無論在什么情況下,污垢系數不超過0.000 50 m2h℃/kJ。
    3·結構特點
    全焊接板式換熱器的典型結構如圖1所示。
               
    板束是采用獨創(chuàng)的整板分次連續(xù)壓制成型、接刀、定位與找正技術,由0.7 mm不銹鋼薄板壓制成型后的板片疊合而成。其板型主要有SR順人字型、RZ2軟硬人字型、GP鼓泡型、LT型、LT2型、LT3型,其中SR順人字型、RZ2軟硬人字型為純逆流,用于操作介質較干凈的場合;LT型、LT2型為交錯流,可機械清洗,用于需要清洗的場合。
    與國外同類產品相比較,蘭州石油機械研究所研制開發(fā)的全焊接板式換熱器在結構方面主要有以下特點:
    ①板片采用整板步進連續(xù)模壓成型技術,成型工藝簡單,成本低,成品率高;而進口產品板片采用水爆成型,成型工藝復雜,成本高,成品率低。
    ②板束僅由單層頭蓋構成,結構簡單,可維修性好;而進口產品板束端部頭蓋由外頭蓋和內頭蓋兩層組成,結構復雜,可維修性差。
    ③板束通過設備法蘭夾持支撐管板,支撐管板懸掛板束,支撐管板與法蘭之間采用無墊片密封結構,密封性能可靠。板束可在現場抽出進行維修、更換。而進口產品板束懸掛在殼體內壁支架上,設備受壓殼無可拆法蘭,板束無法更換,設備技術經濟性差。
    ④板束采取壓板與支持板的特殊結構設計,板束承受正壓差能力不受限制,反壓差最大可達1.0 MPa,550℃,放寬壓差條件,大大提高了設備的操作彈性,增強了設備的安全可靠性;而進口產品板束承受正壓差(殼程壓力高于板程壓力)不受限制,反壓差(板程壓力高于殼程壓力)不得大于0.1 MPa,壓差限制條件苛刻,板束壓差適應范圍窄,尤其在開停工階段,操作要求嚴格,存在失效隱患。
    ⑤板束的上下端設置了與設備中心線同心的膨脹節(jié),不僅吸收板束與殼體之間的熱膨脹差,而且吸收板束板片與壓板熱膨脹不均衡、熱響應速度不一致產生的熱膨脹差。其優(yōu)良的熱補償能力,大大提高了設備的抗溫度沖擊能力,可靠性好;而進口產品無法解決板束本身熱膨脹不均衡、熱響應速度不一致問題,要求設備的升降溫速度不大于30℃/h。這一苛刻操作要求在系統緊急停車過程中很難控制,易造成被動的設備事故。
    4·應用實例
    目前,蘭州石油機械研究所研制開發(fā)的全焊接板式換熱器已陸續(xù)在湛江、金山、前郭、大港、華北任丘、玉門、林源、錦州等重整裝置及乙苯裝置中投入使用,并取得了良好的應用業(yè)績。