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杭氧板翅式换热器的发展

点击:2438 日期:[ 2014-04-26 21:39:54 ]
                             杭氧板翅式换热器的发展                                      王金宏                    杭氧股份有限公司板翅式换热器厂(浙江310004)     【摘要】介绍了杭氧板翅式换热器国产化的发展过程,分析了国内外板翅式换热器技术现状,阐述了板翅式换热器安装、运行中的安全注意事项。     【关键词】板翅式换热器空分  安全运行  真空钎焊炉     一、杭氧板翅式换热器国产化历程     杭氧股份有限公司板翅式换热器厂拥有3台大型真空钎焊炉,其中的一台新型大型真空钎焊炉为国内最大,钎焊工件尺寸为L8 000mm×W1 400mm×H1 800mm。一台是从美国进口的大型真空钎焊炉,该大型真空钎焊炉是世界第一台可以钎焊6m产品的大型真空钎焊炉,由美国PV/T公司制造。另有中型不锈钢真空钎焊炉1台,构成杭氧铝合金和不锈钢板翅式换热器的制造体系。2008年完成了铝制板翅式换热器3 800多吨的制造任务。已钎焊完成最大钎焊工件尺寸为6 700mm×1 300mm×1 450mm,重约12t;已成功研制完成最高设计压力为8.0MPa,长度6.4m板翅式换热器。截至到2009年6月底,杭氧已按ASME规范和CE规范制造铝制板翅式换热器数百台出口到美国、德国、意大利、西班牙及伊朗等国家和地区,产品遍布世界各地。     现在杭氧已自主掌握了国产空分装置及乙烯冷箱的设计、制造技术,国产空分装置设计制造能力达到80 000m3/h,乙烯冷箱设计制造能力也已提升到年百万吨级(2008年完成了天津石化100万t/a乙烯冷箱的研制任务;2009年先后完成了上海赛科石化119万t/a乙烯冷箱和镇海石化100万t/a乙烯冷箱的研制任务)。国产大型空分装置及乙烯冷箱的成功研制应用,为企业节约投资成本,提高经济效益发挥了积极的作用。特别是乙烯冷箱的国产化使我国摆脱了该项技术完全依赖进口的局面,促进了我国技术进步和制造水平的提高。     随着真空铝钎焊技术的不断发展与完善,尤其是配套于空分设备的大型板翅式换热器,由于产品大型化,质量要求高及结构复杂等一系列原因,过去采用盐浴钎焊大型板翅式换热器已不能满足产品高质量、高水平的要求。     1991年杭氧集团有限公司引进美国斯图华脱·华纳公司(S T E W A R T W A R N E R S O U T HWIND CORPORATION)大型真空钎焊炉及铝制板翅式换热器的设计制造技术,这台大型真空钎接炉是世界上第一台可以钎焊6m长度的设备,1992年基本建成并且开始试炉,1993年试生产,1994年正式大批量生产。由盐浴炉转向真空炉的速度在世界上也为数不多,1997年关闭了盐浴炉。这是杭氧的一次腾飞。     经过技术的引进和自主创新,杭氧规范化了设计程序,把其大胆地应用在设计整体式大单元上。至今这种尺寸为6 100mm×1 300mm×1 350mm的大单元已生产了数百台以上,最早的已安全运行了近5年。这种整体式大单元把制氧机的运行指标又提高了个档次,使杭氧的空分设备设计、制造水平跻于国际先进水平之林。杭氧已经成为一家很有竞争力的制造厂。     同样,引进的工艺技术在1994年生产了设计压力为7.58MPa的高压板翅式换热器出口美国市场,2003年完成了国家西气东输7.6MPa高压板翅式换热器的研制任务,这些成果为空分装置内压缩流程、乙烯冷箱以及合成氨氮洗设备用高压板翅式换热器国产化奠定了基础。至此,研究了多年的高压(设计压力大于8MPa)铝制板翅式换热器在杭氧成为现实。完全可以讲高压、中压、低压、大尺寸单元(长×宽×高,6.7m×1.3m×1.5m)及各类尺寸单元等板翅式换热器的设计制造已成为历史,以往那些国内不敢生产、不能生产的品种现在已全部补齐。使杭氧的铝制板翅式换热器生产真正步入壮年时期,可以应付各种用户的特殊需求。因此引起了国外公司的兴趣,纷纷参观考察,欲建立长期配套关系或合资扩大生产能力的意向。美国S—W公司、德国梅塞尔公司是配套杭氧的固定用户,如杭氧与梅塞尔公司合作出口欧洲的大型制氧机全部板翅式换热器由杭氧供应。     2003年4月杭氧完成了浙江省重点项目大型空分设备国产化基地二期技术改造项目之大型真空钎焊炉研制,该大型真空炉为当时亚洲之最(可钎焊工件最大尺寸:7.8m×1.3m×1.5m)。2003年4月9日取得了首次试焊成功,2003年6月投产,当年收回全部设备投资,实现了工艺技术、产品质量与世界接轨。使杭氧的真空钎焊设备制造能力达到亚洲第一,钎焊制造技术水平步入世界前列。产品的规格及制造技术始终处于国内领先水平。2009年杭氧的第三台大型真空炉(可钎焊工件最大尺寸:8.0m×1.4m×1.8m)已经投产运行,使杭氧的制造能力又得到了二次飞跃,通过研制高密度翅片,目前正在进行设计压力10.0MPa高压板翅式换热器的研制,进一步提高杭氧的国际竞争能力。     特别是2009年上海赛科石化119万t/a乙烯冷箱配套的设计压力8.0MPa高压板翅式换热器的研制得到了突破(过去制造的8.0MPa高压板翅式换热器实际上是7.6MPa),它的突破标志着杭氧在国内技术领先的地位的进一步巩固,为今后正在进行的设计压力10.0MPa高压板翅式换热器的目标打好基础。     二、国内外技术现状对比     国内外板翅式换热器主要技术现状见下表。     通过上表可以看出国产铝制板翅式换热器与国际发达国家在设计技术方面的能力是相当的,在制造技术方面,钎焊单元尺寸是相当的,但是,在压力等级、最大单体重量等方面还存在一定的差距。     三、板翅式换热器的技术标准     1.国内板翅式换热器采用的标准规范杭氧按照最新版本规范、标准进行设计、制造、检验、试验和验收。     1)ASME规范ASME第八卷第1分册。     2)相关的国家标准和部颁标准国家技术监督局《压力容器安全技术监察规程》、JB/T 7261《铝制板翅式换热器技术条件》(即将发布的新标准JB/T 4757—2008《铝制板翅式热交换器》将替代它)、JB/T4730《承压设备无损检测》以及JB 4734《铝制焊接容器》。     3)制造厂的标准HTA1289—2000《铝制板翅式换热器氦检漏试验方法》和HT1286—2000《乙烯冷箱技术条件》。     4)其他厂内标准ALPEMA《铝制板翅式换热器制造协会标准》。     2.国外板翅式换热器采用的标准规范     有ASME SectionⅡASME第二卷、ASME SectionⅨASME第九卷、ASME SectionⅧ-Division 1 ASME第八卷第1分册和ALPEMA《铝制板翅式换热器制造协会标准》。     四、运行维护中的技术、安全注意事项     严格执行操作规程。在装置的开停车过程中,要严格遵守冷箱升降温操作法,严格控制预冷、严格控制升降温速度。单个板翅式换热器的尖角处是应力最容易集中的地方,较为薄弱,如果冷箱升降温过快,保冷措施不当等导致过大温差的出现,极易在此处产生开裂。     1.起动前应采取以下措施     1)应对热交换器各通道的压力泄放装置进行检查。     2)应采用吹扫等方法对管道与换热器间连接系统中的氧化皮和沙粒等固体颗粒杂质予以清除。     3)应采用露点不高于-40℃的氮气对系统内残余的水分和碳氢化合物进行吹除,直至满足系统图样的要求。     4)应采用干燥气体进行系统冷却,冷却时降温速率不得大于2℃/min,以避免对系统产生热冲击,冷却气体应同时引入各通道,冷却气体温度与局部金属温度的温差不得超过30℃。     5)起动数据应记录存档。     2.运行时应符合如下要求     1)板翅式换热器如果出现堵塞,不但会导致严重的换热损失,使压力降增大,同时也会导致分配缺陷、热应力分布缺陷,这可能会对设备带来危害。因此,只要存在流体污染的危险,应在换热器流体的入口处应设置过滤器,并设置一个旁通系统,过滤网至少应能清除直径大于0.18mm的固体颗粒杂质。     2)系统内流体的流动应保持稳定,以避免来自压缩机或泵的脉冲或喘振气流的直接冲击。     3)压力泄放装置的泄放压力不得大于最大允许工作压力,泄放压力设定值和泄放量应符合有关标准的规定。     3.停车应符合如下要求     1)停车后应先排出系统中的液体,并应采用干燥气体使系统升温,升温速率不得大于2℃/min,并严格控制加温气体和系统之间的即时温度差不大于50℃。     2)系统达到常温后应停止升温,并采用干燥气体或露点不大于-40℃的氮气进行吹除。     3)吹除后,如果停车需要持续一段时间,应考虑对系统进行氮封。     4.维护保养应符合如下要求     1)应记录换热器的运行情况,记录内容应包括起动、停车和故障时的详情及运行数据。当换热器发生故障时,应向制造厂咨询,咨询前不得自行处理。     2)对于介质中含有碳氢化合物等有害物质的系统,进行检查前应采用必要的安全防护措施。         3)对于低温系统,进入冷箱内检查前,应切断冷箱内保护氮气的气源。冷箱内氧气含量未达到19%之前,不得进入冷箱检查。进入冷箱检查时,应采用报警式监测器连续监测氧气含量,至少应有两台监测器每隔1h轮流使用。     4)如需要移开冷箱内部分绝热材料检查时,应采取措施防止其余绝热材料垮塌,焊接时还应采取防火措施。     5)检查用珠光砂绝热的冷箱时,不得在珠光砂完全移出前进入冷箱。     5.泄漏检查     (1)一般检漏按如下要求     1)当换热器有外漏时,可以从绝热外壳上局部结冰或冒出蒸汽而被察觉。若换热器装在冷箱之内,则从冷箱排气阀排出的气体的气味或组分含量的明显改变或流体漏出的声音等也能被察觉。     2)当换热器有内部泄漏时,会使产品纯度降低,如果泄漏量较大,会使相关流体的流量发生明显变化。     3)当怀疑有泄漏时,应立即进行检查,并尽快与制造厂联系。如果泄漏的是有害物质,应立即采取措施。     (2)现场试压检漏现场工作开始之前,所有的通道应用干燥氮气或干燥空气吹除。应进行气体分析,以确保该系统没有残余的有害气体。如果换热器装在冷箱之内,应维持冷箱上下出气孔的出气并连续监控它的氧含量,氧含量小于19%时,不允许进入工作。     各通道用盲板封闭并装上合适的压力表,依次对各个通道进行加压;初期的试验压力设定为最大0.5MPa(表压),因为大部分泄漏可在低压下查出。根据泄漏的情况,可能还需用较高的压力进行试验,但试验压力不能超过该通道的工作压力。试验介质应采用干燥氮气或干燥空气。     充压后确认所有机械接头都没有泄漏。保压10~12h,如果此时压力下降,而且不是因为温度变化造成的,则说明确实有泄漏。保压时间取决于压力表的灵敏度以及试验通道的容量。与此同时,如有相邻通道压力升高,则说明通道之间有内部泄漏。如果此时相邻通道的压力没有升高,则说明是外部泄漏。所有的通道都应设置压力泄放装置以防超压。     (3)泄漏的修补外部泄漏,由合格的焊工按照补焊工艺进行补焊。如果换热器有内漏需修复,应与制造厂协商提出修复的建议与方法。     (4)安装要求近年来在空分设备的安装中,出现了与过去不同的安全问题,即氢爆炸。众所周知大型空分设备,多为铝制设备,它能以多种原因产生氢气,比如阴雨受潮,碰到空气中的CO2,它会产生H2……,总之不断产生的H2,会在密不透风的某个地方积聚起来,安装工人一去切割,施焊,就会引起猛烈爆炸。所以所有铝制塔器(塔内安装有铝制板翅式换热器)设备必须在地上横卧,切割封头之前,应该进行氢气浓度的检测,必要时,应先用氮气进行吹除置换,确认安全后,再割去封头,才能就位安装。     五、结语     目前,乙烯装置规模化、大型化已成为全球发展趋势。为适应新形势,杭氧深入开展板翅式换热器基础研究和乙烯冷箱热力设计,优化和完善计算机设计计算软件系统,开发适用于大型板翅式换热器的新型、高效、高强度翅片,担负起大型乙烯冷箱国产化的重任。
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