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U形管代替浮头式换热器的应用

点击:1340 日期:[ 2014-04-26 21:53:47 ]
                        U形管代替浮头式换热器的应用                                 王东旭                (中石化股份有限公司广州分公司,广东广州510700)     [摘要]从泄露原因分析,到设计、制造、使用、经济效益和可操作性几个方面对U形管换热器代替浮头式换热器的可行性进行了简单的分析,证明使用U形管换热器可以产生巨大的经济效益和社会效益。     [关键词]管壳换热器;密封;泄漏;浮头式;U形管式     [中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)07-0288-01     换热设备是炼化生产中广泛应用的设备之一,约占工艺设备总量的一半左右,目前常用的换热器种类有浮头式、固定管板式和U形管式,其中以浮头式换热器最多。泄漏率是炼化企业考核换热器的重要指标之一,由于各种原因造成的换热器泄漏,影响生产装置的正常运行和工厂的经济效益。尤其是各装置的塔底重沸器,其操作条件复杂,泄漏率较一般换热器高,一旦泄漏就会影响整个装置的正常生产。以笔者公司2#芳烃抽提装置为例,水汽塔重沸器E6108在2006年内就泄漏多次,打压多次不合格,给生产造成很大损失。     1·原因分析     塔底重沸器的主要泄漏部位有2处,即内浮头密封失效和换热管管头破坏。表1是2006年12月大修时的泄漏统计。           1.1内浮头密封失效     内浮头密封面较窄,一般为10~16 mm,通常用波齿复合垫片作密封元件,这种垫片比压低,其y=39.2 MPa,m=2.5~3,压缩量较大,约1.5 mm。鉴于这种特性,管程试压时,浮头盖法兰密封,但壳程试压时,浮头盖外表面受到试验压力的作用,再次压紧垫片,螺栓载荷下降,壳程卸压后,由于垫片回弹力有限而使其比压不足,导致内浮头垫片密封失效。     1.2换热管管头泄漏     换热管是换热器的重要零件,管子与管板的连接尤为重要。我公司2#芳烃装置管头破坏主要是由于管束振动引起管头开裂,重沸器壳程介质均为气液两相共存,塔底饱和液进入重沸器,经管束加热,部分液体汽化,体积迅速膨胀,流速增大。根据流体振动原理,此时很容易引起管束振动。经过计算及现场分析认为,塔底重沸器存在诱导流体弹性不稳定性、旋涡及声共振的条件,导致管头连接破坏的原因。     2· U形管代替浮头式换热器的技术改造     2.1 U形管换热器的设计     U形管换热器与其他类型换热器的最大区别是管束结构,在设计换热管布局时应考虑换热管的最小弯曲半径Rmin与分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn的关系[1]。管径越大,最小弯曲半径Rmin就越大,大部分换热管的最小弯曲半径大于分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn;因此,为了保证适合分程隔板槽两侧相邻管中心距,最内层换热管在排列时需要进行斜向交叉排列。最内层U形管之间的间距过大时,可设置假管或挡板。     2.2制造     穿管是U形管束制造中的难点,对以下几个方面进行严格控制:保证折流板管孔精度和排列同轴度;对U形管的形状偏差进行严格控制;对直线段的直线度进行严格控制;穿管时在管头加装引导装置。管头与管板的连接采用管板自动焊技术,使管束在平放的状态完成焊接。     3· U形管与浮头式换热器的使用性能     目前U形管换热器大量应用于高温高压的场合。与浮头式换热器相比,由于去掉了浮头密封,U形管换热器的管束不易发生内漏,即使发生内漏,也非常容易处理,尤其是在查找漏点的时候不需要过多的工装;而浮头式换热器在查找内漏时需要有大量专用的工装,操作起来比较繁琐。     U形管换热器的管束发生内漏时一般有两种可能:一种是换热管损坏;另一种是管板接头焊缝腐蚀。第一种情况一般很少发生,发生时可用堵头堵住;第二种情况比较多见,处理时可以对焊缝进行清理补焊。使用状态下的受力状况较好,尤其在管程温差较大时,每个管程的温度不一样,单个管程的换热管所受到的温差应力能够自由平衡,不受浮动管板的限制,有利于保护换热管。使用过程中的操作弹性更大,与同等规格浮头式换热器相比,U形管换热器能够承受更大的温度和压力波动,有利于装置的安稳运行。     4·经济效益分析     4.1检修费用     以改造前BES1300-2.5-275-6/25-2(简称BES)和改造后BIU1300-2.5-275-6/25-2(简称BIU)换热器分析,单台检修费用对比,在平台上检修U形管换热器比浮头式换热器节约费用约8000元[2]。     4.2购置费用     一台型号为BES的浮头式换热器管束质量为4215 kg[3]而型号为BIU的U形管换热器管束质量为3830 kg[4],它们的质量差为385 kg(当公称压力越高的时候,质量差就越大)。如果设备按1.8万元/t计算,则购买一台DN l300PN2.5的U形管换热器(上接第288页)要比购买一台同规格的浮头式换热器节约6930元。换热器的使用寿命一般为15年,需检修4~6次,加上购置费差价,投用U形管式换热器所节约的费用非常可观。     5·结论     通过以上改造,使用U形管换热器替代浮头式换热器,不仅性价比高,而且可减少静密封数量,操作弹性大,对装置的“安、稳、长、满、优”起到了决定性作用。     参考文献     [1]GB151-1999,管壳式换热器[S].     [2]石油化工厂设备检修手册-第八分册-换热器.     [3]JB/T4714-1992,浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数[S].     [4]JB/T4717-1992,U形管式换热器型式与基本参数[S].(本文文献格式:王东旭.U形管代替浮头式换热器的应用[J].广东化工,2010,37(7):288)
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