全焊接板式換熱器的應(yīng)用

                                       全焊接板式換熱器的應(yīng)用 
                                                 高　誠(chéng)
    (中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)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(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況,及其性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn),它作為一種新型高效換熱器的優(yōu)越性,并列舉了一些實(shí)例。
    關(guān)鍵詞：板式換熱器;傳熱效率;換熱器應(yīng)用
    中圖分類號(hào)：TQ 051.5　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　文章編號(hào)：1671 0460(2006)02 0126 02
    在華北石油管理局8萬t/a乙苯裝置設(shè)計(jì)中,針對(duì)貧吸收劑-富吸收劑這一換熱工況存在傳熱強(qiáng)度低、反傳熱嚴(yán)重,若采用常規(guī)管殼式換熱器需多臺(tái)設(shè)備串、并聯(lián)才能滿足工藝要求的情況,決定采用已在國(guó)內(nèi)眾多煉廠成功使用的新型換熱設(shè)備,全焊接板式換熱器。
    1·設(shè)計(jì)選型
    針對(duì)華北石油管理局8萬t/a年乙苯裝置設(shè)計(jì)中,貧吸收劑-富吸收劑這一換熱工況進(jìn)行具體分析,并對(duì)各種形式換熱器進(jìn)行橫向比較,且根據(jù)全焊接板式換熱器在各廠家的應(yīng)用情況及效果,最終選用蘭州石油機(jī)械研究所研制開發(fā)的,已獲得中國(guó)國(guó)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(shù)據(jù)如下:①殼程介質(zhì)(貧吸收劑)入出口溫度:125.2~40℃,進(jìn)口壓力:0.25 MPa(G),總流量:78 964 kg/h ;②管程介質(zhì)(富吸收劑)入出口溫度:30~120℃,進(jìn)口壓力:1.11 MPa(G),總流量:66 362 kg/h。 
    根據(jù)以上工藝設(shè)計(jì)參數(shù),用蘭州石油機(jī)械研究所自行研究開發(fā)的全焊接板式換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算軟件進(jìn)行了該設(shè)備的工藝計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì),確定選用一臺(tái)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(shè)計(jì)要求。
    2·性能特點(diǎn)
    一般情況下,板式換熱器總傳熱系數(shù)比列管式換熱器大1~3倍以上;在相同換熱面積時(shí)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(shì),這主要是由于:
    ①傳熱板片沿流體流動(dòng)方向的流道斷面形狀不斷變化,大大加強(qiáng)了流動(dòng)的擾動(dòng),因而能在很低的雷諾數(shù)下形成湍流,從而增強(qiáng)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(nèi)當(dāng)雷諾數(shù)為4 000~6 000時(shí),才能達(dá)到湍流狀態(tài),而在全焊接板式換熱器內(nèi)當(dāng)雷諾數(shù)為100~300時(shí),就可達(dá)到湍流狀態(tài)。
    ②板式傳熱元件沒有管內(nèi)膜阻放大效應(yīng),同時(shí)由于其光滑的傳熱表面、均勻的流動(dòng)場(chǎng)及不銹鋼材質(zhì),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(rèn)的是無論在什么情況下,污垢系數(shù)不超過0.000 50 m2h℃/kJ。
    3·結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    全焊接板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。
               
    板束是采用獨(dú)創(chuàng)的整板分次連續(xù)壓制成型、接刀、定位與找正技術(shù),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(zhì)較干凈的場(chǎng)合;LT型、LT2型為交錯(cuò)流,可機(jī)械清洗,用于需要清洗的場(chǎng)合。
    與國(guó)外同類產(chǎn)品相比較,蘭州石油機(jī)械研究所研制開發(fā)的全焊接板式換熱器在結(jié)構(gòu)方面主要有以下特點(diǎn):
    ①板片采用整板步進(jìn)連續(xù)模壓成型技術(shù),成型工藝簡(jiǎn)單,成本低,成品率高;而進(jìn)口產(chǎn)品板片采用水爆成型,成型工藝復(fù)雜,成本高,成品率低。
    ②板束僅由單層頭蓋構(gòu)成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可維修性好;而進(jìn)口產(chǎn)品板束端部頭蓋由外頭蓋和內(nèi)頭蓋兩層組成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可維修性差。
    ③板束通過設(shè)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(jié)構(gòu),密封性能可靠。板束可在現(xiàn)場(chǎng)抽出進(jìn)行維修、更換。而進(jìn)口產(chǎn)品板束懸掛在殼體內(nèi)壁支架上,設(shè)備受壓殼無可拆法蘭,板束無法更換,設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差。
    ④板束采取壓板與支持板的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),板束承受正壓差能力不受限制,反壓差最大可達(dá)1.0 MPa,550℃,放寬壓差條件,大大提高了設(shè)備的操作彈性,增強(qiáng)了設(shè)備的安全可靠性;而進(jìn)口產(chǎn)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(yīng)范圍窄,尤其在開停工階段,操作要求嚴(yán)格,存在失效隱患。
    ⑤板束的上下端設(shè)置了與設(shè)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(yīng)速度不一致產(chǎn)生的熱膨脹差。其優(yōu)良的熱補(bǔ)償能力,大大提高了設(shè)備的抗溫度沖擊能力,可靠性好;而進(jìn)口產(chǎn)品無法解決板束本身熱膨脹不均衡、熱響應(yīng)速度不一致問題,要求設(shè)備的升降溫速度不大于30℃/h。這一苛刻操作要求在系統(tǒng)緊急停車過程中很難控制,易造成被動(dòng)的設(shè)備事故。
    4·應(yīng)用實(shí)例
    目前,蘭州石油機(jī)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(yīng)用業(yè)績(jī)。