杭氧板翅式換熱器的發(fā)展

                                              杭氧板翅式換熱器的發(fā)展
                                                       王金宏
                     杭氧股份有限公司板翅式換熱器廠（浙江310004）
    【摘要】介紹了杭氧板翅式換熱器國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展過(guò)程，分析了國(guó)內(nèi)外板翅式換熱器技術(shù)現(xiàn)狀，闡述了板翅式換熱器安裝、運(yùn)行中的安全注意事項(xiàng)。
    【關(guān)鍵詞】板翅式換熱器空分安全運(yùn)行真空釬焊爐
    一、杭氧板翅式換熱器國(guó)產(chǎn)化歷程
    杭氧股份有限公司板翅式換熱器廠擁有3臺(tái)大型真空釬焊爐，其中的一臺(tái)新型大型真空釬焊爐為國(guó)內(nèi)最大，釬焊工件尺寸為L(zhǎng)8 000mm×W1 400mm×H1 800mm。一臺(tái)是從美國(guó)進(jìn)口的大型真空釬焊爐，該大型真空釬焊爐是世界第一臺(tái)可以釬焊6m產(chǎn)品的大型真空釬焊爐，由美國(guó)PV/T公司制造。另有中型不銹鋼真空釬焊爐1臺(tái)，構(gòu)成杭氧鋁合金和不銹鋼板翅式換熱器的制造體系。2008年完成了鋁制板翅式換熱器3 800多噸的制造任務(wù)。已釬焊完成最大釬焊工件尺寸為6 700mm×1 300mm×1 450mm，重約12t；已成功研制完成最高設(shè)計(jì)壓力為8.0MPa，長(zhǎng)度6.4m板翅式換熱器。截至到2009年6月底，杭氧已按ASME規(guī)范和CE規(guī)范制造鋁制板翅式換熱器數(shù)百臺(tái)出口到美國(guó)、德國(guó)、意大利、西班牙及伊朗等國(guó)家和地區(qū)，產(chǎn)品遍布世界各地。
    現(xiàn)在杭氧已自主掌握了國(guó)產(chǎn)空分裝置及乙烯冷箱的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，國(guó)產(chǎn)空分裝置設(shè)計(jì)制造能力達(dá)到80 000m3/h，乙烯冷箱設(shè)計(jì)制造能力也已提升到年百萬(wàn)噸級(jí)（2008年完成了天津石化100萬(wàn)t/a乙烯冷箱的研制任務(wù)；2009年先后完成了上海賽科石化119萬(wàn)t/a乙烯冷箱和鎮(zhèn)海石化100萬(wàn)t/a乙烯冷箱的研制任務(wù)）。國(guó)產(chǎn)大型空分裝置及乙烯冷箱的成功研制應(yīng)用，為企業(yè)節(jié)約投資成本，提高經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了積極的作用。特別是乙烯冷箱的國(guó)產(chǎn)化使我國(guó)擺脫了該項(xiàng)技術(shù)完全依賴進(jìn)口的局面，促進(jìn)了我國(guó)技術(shù)進(jìn)步和制造水平的提高。
    隨著真空鋁釬焊技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，尤其是配套于空分設(shè)備的大型板翅式換熱器，由于產(chǎn)品大型化，質(zhì)量要求高及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等一系列原因，過(guò)去采用鹽浴釬焊大型板翅式換熱器已不能滿足產(chǎn)品高質(zhì)量、高水平的要求。
    1991年杭氧集團(tuán)有限公司引進(jìn)美國(guó)斯圖華脫·華納公司（S T E W A R T W A R N E R S O U T HWIND CORPORATION）大型真空釬焊爐及鋁制板翅式換熱器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，這臺(tái)大型真空釬接爐是世界上第一臺(tái)可以釬焊6m長(zhǎng)度的設(shè)備，1992年基本建成并且開始試爐，1993年試生產(chǎn)，1994年正式大批量生產(chǎn)。由鹽浴爐轉(zhuǎn)向真空爐的速度在世界上也為數(shù)不多，1997年關(guān)閉了鹽浴爐。這是杭氧的一次騰飛。
    經(jīng)過(guò)技術(shù)的引進(jìn)和自主創(chuàng)新，杭氧規(guī)范化了設(shè)計(jì)程序，把其大膽地應(yīng)用在設(shè)計(jì)整體式大單元上。至今這種尺寸為6 100mm×1 300mm×1 350mm的大單元已生產(chǎn)了數(shù)百臺(tái)以上，最早的已安全運(yùn)行了近5年。這種整體式大單元把制氧機(jī)的運(yùn)行指標(biāo)又提高了個(gè)檔次，使杭氧的空分設(shè)備設(shè)計(jì)、制造水平躋于國(guó)際先進(jìn)水平之林。杭氧已經(jīng)成為一家很有競(jìng)爭(zhēng)力的制造廠。
    同樣，引進(jìn)的工藝技術(shù)在1994年生產(chǎn)了設(shè)計(jì)壓力為7.58MPa的高壓板翅式換熱器出口美國(guó)市場(chǎng)，2003年完成了國(guó)家西氣東輸7.6MPa高壓板翅式換熱器的研制任務(wù)，這些成果為空分裝置內(nèi)壓縮流程、乙烯冷箱以及合成氨氮洗設(shè)備用高壓板翅式換熱器國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。至此，研究了多年的高壓（設(shè)計(jì)壓力大于8MPa）鋁制板翅式換熱器在杭氧成為現(xiàn)實(shí)。完全可以講高壓、中壓、低壓、大尺寸單元（長(zhǎng)×寬×高，6.7m×1.3m×1.5m）及各類尺寸單元等板翅式換熱器的設(shè)計(jì)制造已成為歷史，以往那些國(guó)內(nèi)不敢生產(chǎn)、不能生產(chǎn)的品種現(xiàn)在已全部補(bǔ)齊。使杭氧的鋁制板翅式換熱器生產(chǎn)真正步入壯年時(shí)期，可以應(yīng)付各種用戶的特殊需求。因此引起了國(guó)外公司的興趣，紛紛參觀考察，欲建立長(zhǎng)期配套關(guān)系或合資擴(kuò)大生產(chǎn)能力的意向。美國(guó)S—W公司、德國(guó)梅塞爾公司是配套杭氧的固定用戶，如杭氧與梅塞爾公司合作出口歐洲的大型制氧機(jī)全部板翅式換熱器由杭氧供應(yīng)。
    2003年4月杭氧完成了浙江省重點(diǎn)項(xiàng)目大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化基地二期技術(shù)改造項(xiàng)目之大型真空釬焊爐研制，該大型真空爐為當(dāng)時(shí)亞洲之最（可釬焊工件最大尺寸：7.8m×1.3m×1.5m）。2003年4月9日取得了首次試焊成功，2003年6月投產(chǎn)，當(dāng)年收回全部設(shè)備投資，實(shí)現(xiàn)了工藝技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量與世界接軌。使杭氧的真空釬焊設(shè)備制造能力達(dá)到亞洲第一，釬焊制造技術(shù)水平步入世界前列。產(chǎn)品的規(guī)格及制造技術(shù)始終處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2009年杭氧的第三臺(tái)大型真空爐（可釬焊工件最大尺寸：8.0m×1.4m×1.8m）已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行，使杭氧的制造能力又得到了二次飛躍，通過(guò)研制高密度翅片，目前正在進(jìn)行設(shè)計(jì)壓力10.0MPa高壓板翅式換熱器的研制，進(jìn)一步提高杭氧的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。
    特別是2009年上海賽科石化119萬(wàn)t/a乙烯冷箱配套的設(shè)計(jì)壓力8.0MPa高壓板翅式換熱器的研制得到了突破（過(guò)去制造的8.0MPa高壓板翅式換熱器實(shí)際上是7.6MPa），它的突破標(biāo)志著杭氧在國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的地位的進(jìn)一步鞏固，為今后正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)壓力10.0MPa高壓板翅式換熱器的目標(biāo)打好基礎(chǔ)。
    二、國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀對(duì)比
    國(guó)內(nèi)外板翅式換熱器主要技術(shù)現(xiàn)狀見下表。
 

                                                                                                        
    通過(guò)上表可以看出國(guó)產(chǎn)鋁制板翅式換熱器與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家在設(shè)計(jì)技術(shù)方面的能力是相當(dāng)?shù)?，在制造技術(shù)方面，釬焊單元尺寸是相當(dāng)?shù)模?，在壓力等?jí)、最大單體重量等方面還存在一定的差距。
    三、板翅式換熱器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
    1.國(guó)內(nèi)板翅式換熱器采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范杭氧按照最新版本規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)和驗(yàn)收。
    1）ASME規(guī)范ASME第八卷第1分冊(cè)。
    2）相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、JB/T 7261《鋁制板翅式換熱器技術(shù)條件》（即將發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4757—2008《鋁制板翅式熱交換器》將替代它）、JB/T4730《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》以及JB 4734《鋁制焊接容器》。
    3）制造廠的標(biāo)準(zhǔn)HTA1289—2000《鋁制板翅式換熱器氦檢漏試驗(yàn)方法》和HT1286—2000《乙烯冷箱技術(shù)條件》。
    4）其他廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)ALPEMA《鋁制板翅式換熱器制造協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)》。
    2．國(guó)外板翅式換熱器采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
    有ASME SectionⅡASME第二卷、ASME SectionⅨASME第九卷、ASME SectionⅧ-Division 1 ASME第八卷第1分冊(cè)和ALPEMA《鋁制板翅式換熱器制造協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)》。
    四、運(yùn)行維護(hù)中的技術(shù)、安全注意事項(xiàng)
    嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。在裝置的開停車過(guò)程中，要嚴(yán)格遵守冷箱升降溫操作法，嚴(yán)格控制預(yù)冷、嚴(yán)格控制升降溫速度。單個(gè)板翅式換熱器的尖角處是應(yīng)力最容易集中的地方，較為薄弱，如果冷箱升降溫過(guò)快，保冷措施不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致過(guò)大溫差的出現(xiàn)，極易在此處產(chǎn)生開裂。
    1.起動(dòng)前應(yīng)采取以下措施
    1）應(yīng)對(duì)熱交換器各通道的壓力泄放裝置進(jìn)行檢查。
    2）應(yīng)采用吹掃等方法對(duì)管道與換熱器間連接系統(tǒng)中的氧化皮和沙粒等固體顆粒雜質(zhì)予以清除。
    3）應(yīng)采用露點(diǎn)不高于-40℃的氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)內(nèi)殘余的水分和碳?xì)浠衔镞M(jìn)行吹除，直至滿足系統(tǒng)圖樣的要求。
    4）應(yīng)采用干燥氣體進(jìn)行系統(tǒng)冷卻，冷卻時(shí)降溫速率不得大于2℃/min，以避免對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生熱沖擊，冷卻氣體應(yīng)同時(shí)引入各通道，冷卻氣體溫度與局部金屬溫度的溫差不得超過(guò)30℃。
    5）起動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)記錄存檔。
    2.運(yùn)行時(shí)應(yīng)符合如下要求
    1）板翅式換熱器如果出現(xiàn)堵塞，不但會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的換熱損失，使壓力降增大，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致分配缺陷、熱應(yīng)力分布缺陷，這可能會(huì)對(duì)設(shè)備帶來(lái)危害。因此，只要存在流體污染的危險(xiǎn)，應(yīng)在換熱器流體的入口處應(yīng)設(shè)置過(guò)濾器，并設(shè)置一個(gè)旁通系統(tǒng)，過(guò)濾網(wǎng)至少應(yīng)能清除直徑大于0.18mm的固體顆粒雜質(zhì)。
    2）系統(tǒng)內(nèi)流體的流動(dòng)應(yīng)保持穩(wěn)定，以避免來(lái)自壓縮機(jī)或泵的脈沖或喘振氣流的直接沖擊。
    3）壓力泄放裝置的泄放壓力不得大于最大允許工作壓力，泄放壓力設(shè)定值和泄放量應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
    3.停車應(yīng)符合如下要求
    1）停車后應(yīng)先排出系統(tǒng)中的液體，并應(yīng)采用干燥氣體使系統(tǒng)升溫，升溫速率不得大于2℃/min，并嚴(yán)格控制加溫氣體和系統(tǒng)之間的即時(shí)溫度差不大于50℃。
    2）系統(tǒng)達(dá)到常溫后應(yīng)停止升溫，并采用干燥氣體或露點(diǎn)不大于－40℃的氮?dú)膺M(jìn)行吹除。
    3）吹除后，如果停車需要持續(xù)一段時(shí)間，應(yīng)考慮對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行氮封。
    4.維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)符合如下要求
    1）應(yīng)記錄換熱器的運(yùn)行情況，記錄內(nèi)容應(yīng)包括起動(dòng)、停車和故障時(shí)的詳情及運(yùn)行數(shù)據(jù)。當(dāng)換熱器發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)向制造廠咨詢，咨詢前不得自行處理。
    2）對(duì)于介質(zhì)中含有碳?xì)浠衔锏扔泻ξ镔|(zhì)的系統(tǒng)，進(jìn)行檢查前應(yīng)采用必要的安全防護(hù)措施。    
    3）對(duì)于低溫系統(tǒng)，進(jìn)入冷箱內(nèi)檢查前，應(yīng)切斷冷箱內(nèi)保護(hù)氮?dú)獾臍庠?。冷箱?nèi)氧氣含量未達(dá)到19%之前，不得進(jìn)入冷箱檢查。進(jìn)入冷箱檢查時(shí)，應(yīng)采用報(bào)警式監(jiān)測(cè)器連續(xù)監(jiān)測(cè)氧氣含量，至少應(yīng)有兩臺(tái)監(jiān)測(cè)器每隔1h輪流使用。
    4）如需要移開冷箱內(nèi)部分絕熱材料檢查時(shí)，應(yīng)采取措施防止其余絕熱材料垮塌，焊接時(shí)還應(yīng)采取防火措施。
    5）檢查用珠光砂絕熱的冷箱時(shí)，不得在珠光砂完全移出前進(jìn)入冷箱。
    5.泄漏檢查
    （1）一般檢漏按如下要求
    1）當(dāng)換熱器有外漏時(shí)，可以從絕熱外殼上局部結(jié)冰或冒出蒸汽而被察覺。若換熱器裝在冷箱之內(nèi)，則從冷箱排氣閥排出的氣體的氣味或組分含量的明顯改變或流體漏出的聲音等也能被察覺。
    2）當(dāng)換熱器有內(nèi)部泄漏時(shí)，會(huì)使產(chǎn)品純度降低，如果泄漏量較大，會(huì)使相關(guān)流體的流量發(fā)生明顯變化。
    3）當(dāng)懷疑有泄漏時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行檢查，并盡快與制造廠聯(lián)系。如果泄漏的是有害物質(zhì)，應(yīng)立即采取措施。
    （2）現(xiàn)場(chǎng)試壓檢漏現(xiàn)場(chǎng)工作開始之前，所有的通道應(yīng)用干燥氮?dú)饣蚋稍锟諝獯党?。?yīng)進(jìn)行氣體分析，以確保該系統(tǒng)沒有殘余的有害氣體。如果換熱器裝在冷箱之內(nèi)，應(yīng)維持冷箱上下出氣孔的出氣并連續(xù)監(jiān)控它的氧含量，氧含量小于19%時(shí)，不允許進(jìn)入工作。
    各通道用盲板封閉并裝上合適的壓力表，依次對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行加壓；初期的試驗(yàn)壓力設(shè)定為最大0.5MPa（表壓），因?yàn)榇蟛糠中孤┛稍诘蛪合虏槌觥８鶕?jù)泄漏的情況，可能還需用較高的壓力進(jìn)行試驗(yàn)，但試驗(yàn)壓力不能超過(guò)該通道的工作壓力。試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)采用干燥氮?dú)饣蚋稍锟諝狻?br />     充壓后確認(rèn)所有機(jī)械接頭都沒有泄漏。保壓10～12h，如果此時(shí)壓力下降，而且不是因?yàn)闇囟茸兓斐傻?，則說(shuō)明確實(shí)有泄漏。保壓時(shí)間取決于壓力表的靈敏度以及試驗(yàn)通道的容量。與此同時(shí)，如有相鄰?fù)ǖ缐毫ι?，則說(shuō)明通道之間有內(nèi)部泄漏。如果此時(shí)相鄰?fù)ǖ赖膲毫]有升高，則說(shuō)明是外部泄漏。所有的通道都應(yīng)設(shè)置壓力泄放裝置以防超壓。
    （3）泄漏的修補(bǔ)外部泄漏，由合格的焊工按照補(bǔ)焊工藝進(jìn)行補(bǔ)焊。如果換熱器有內(nèi)漏需修復(fù)，應(yīng)與制造廠協(xié)商提出修復(fù)的建議與方法。
    （4）安裝要求近年來(lái)在空分設(shè)備的安裝中，出現(xiàn)了與過(guò)去不同的安全問(wèn)題，即氫爆炸。眾所周知大型空分設(shè)備，多為鋁制設(shè)備，它能以多種原因產(chǎn)生氫氣，比如陰雨受潮，碰到空氣中的CO2，它會(huì)產(chǎn)生H2……，總之不斷產(chǎn)生的H2，會(huì)在密不透風(fēng)的某個(gè)地方積聚起來(lái)，安裝工人一去切割，施焊，就會(huì)引起猛烈爆炸。所以所有鋁制塔器（塔內(nèi)安裝有鋁制板翅式換熱器）設(shè)備必須在地上橫臥，切割封頭之前，應(yīng)該進(jìn)行氫氣濃度的檢測(cè)，必要時(shí)，應(yīng)先用氮?dú)膺M(jìn)行吹除置換，確認(rèn)安全后，再割去封頭，才能就位安裝。
    五、結(jié)語(yǔ)
    目前，乙烯裝置規(guī)模化、大型化已成為全球發(fā)展趨勢(shì)。為適應(yīng)新形勢(shì)，杭氧深入開展板翅式換熱器基礎(chǔ)研究和乙烯冷箱熱力設(shè)計(jì)，優(yōu)化和完善計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件系統(tǒng)，開發(fā)適用于大型板翅式換熱器的新型、高效、高強(qiáng)度翅片，擔(dān)負(fù)起大型乙烯冷箱國(guó)產(chǎn)化的重任。