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新型U形管换热器在粗甲醇系统中的应用点击：1995 日期：[ 2014-04-26 22:13:53 ] |
| 新型U形管换热器在粗甲醇系统中的应用 贺运初 胡祖汉 郑宇其 戴新西 李永新 (湖南金信化工有限责任公司 冷水江417506) 摘要：阐述了新型U彤管换热器的结构特点，介绍了该种换热器在粗甲醇系统中的应用情况。工业应用结果表明，新型u形管换热器具有结构紧凑、防振反防垢性能好、传热效率高、安全可靠等优点。 关键词：U形管换热器结 构特点 应用 在高压工况中，常用的换热器主要有螺纹锁紧环换热器、n环换热器、套管式换热器、u形管换热器。螺纹锁紧环换热器结构复杂，金属耗量大，机加工配件多，造价高，检修工作量大；n环换热器的n环加工难度大，检修不方便；套管式换热器在同样换热面积时所需空间大。单位传热面积造价高，一般只适用于传热面积较小的场合；U形管换热器具有结构简单紧凑、在高压工况下金属耗量最小的特点⋯ ，所以在高压工况下u形管换热器比螺纹锁紧环换热器、n环换热器、套管式换热器的用量大。为避免普通u形管换热器的诸多不足之处．开发了一种高效、安全、可靠的新型U形管换热器。 l 新型U形管换热器的结构特点及优点 普通U形管换热器的壳体一般为圆筒形，仅有l块管板，将换热管弯成U形。管子两端固定在同一块管板上，具有下列优点：由于壳体和管子分开．管束可以自由伸缩，不会因管壁与壳壁之间的温差而产生热应力．热补偿性能好；管程为双程，流程较长，流速较高，管侧传热性能好，承压能力强；只有I块管板且无浮头，所以结构简单、紧凑，在直径相同的情况下换热面积最大，在高压工况下金属耗量比其它换热器小，造价比其它换热器低等。但这种换热器存在下列缺点：U形管束在与换热管垂直方向的中心部位存在较大空隙。易结垢，流体易走短路，使传热效率降低；管板上排列的换热管较少，管板直径及厚度均较大，管子与管板问的残余焊接应力大；换热管的弯管段无支承件，管束易振动，易在此处形成壳程流体流动死区，易结垢．影响传热效果；需将管束从壳体内抽出才能清洗管问污垢等。 新型u形管换热器的结构如图l所示。在流体流量较大、所需换热面积较大的情况下。可采用串联、并联或串、并联混合连接以满足需求。该换热器的主要特点是：将换热器的筒体和换热管均设计制造成u形，换热管的两端分别固定在2块管板上，在u形换热管的弯管段设置折流杆或弹簧等管问支承件．在简体上设置供壳程清洗、排污用的接口。 与普通u形管换热器相比，新型u形管换热器具有下列优点：换热器的简体与换热管均为u形，与换热管垂直方向的管束中心处无较大空隙，壳程流体不易走短路或形成流体流动死区，管间不易结垢；在u形换热管的弯曲段设置了折流杆或弹簧、波网、空心环等管问支承件，可降低管束振动，强化换热管弯曲段的传热效果；在筒体上设置了供壳程清洗用的接口，使壳程清洗较方便；将u形换热管的两端分别固定在2块管板上，减小了管板直径和厚度，降低了管板与换热管焊接时的拘束应力及管子与管板间的焊接残余应力，可提高换热器的安全可靠性。 2 应用实例 某化肥企业联醇装置中的粗甲醇水冷器的工艺条件为：气量100 000 m ／h(标态)左右，进气温度≤95 qC，出气温度≤4O qC，进气压力≤12．5MPa，进水温度≤35 qC。进水压力≤O．38 MPa，水冷器的循环水进、出口压差≤0．2 MPa。该水冷器原来由2台换热面积为240 m 、管间支承件为折流板的普通u形管换热器串联组成，管内介质为气体，管间介质为循环水。在投产初期水冷器能基本满足生产要求，但在运行约1年后出现了下列问题：管子与管板间焊缝多处开裂，且补焊不久又重新开裂；多根换热管被磨损甚至穿孔，不得不多次堵管；壳程结垢较严重，且清洗不方便；传热效率低，高温季节水冷器的气体出口温度高达5O℃，导致分离器出口气体的醇含量偏高，每天损失粗甲醇约 2．5 l。 经分析认为造成上述问题的主要原因是：管子与管板之问的连接采用了先胀后焊工艺，焊接时胀管过程中遗留于缝隙中的油污在高温下生成气体并受热膨胀而从焊缝面逸出，严重影响焊缝质量，且管子与管板问焊缝未进行消除应力的 退火处理；组合应用U形管与折流板，且u形管的弯管段无管问支承件。导致较大的流体流动诱发振动，造成换热管与折流板问的撞击与磨损 ；壳程流体走短路，存在流动死区。 该化肥企业在粗甲醇水冷器的更新改造中选用了图l所示的新型u形管换热器，由4台换热面积为l20 m 的换热器串、并联混合连接组成。鉴于该水冷器在使用过程中有多根换热管被磨损且壳程结垢严重的状况，管间支承件选用了折流杆，以在换热器的壳侧建立固有的、无障碍的大横截面流体流道，使壳侧流体在整个壳程断面内以比较均匀的速度平行于管子轴向流动，消除管束产生流体诱导振动的根源和壳程内严重的滞流区域，产生由支撑杆引起的流体“卡曼旋涡”分离和折流圈引发的“文丘里”效应，以防止管柬振动，减少壳侧污垢，强化壳程传热，降低壳侧压降 。 为防止冷却水冲刷壳程进口处的换热管段并造成侵蚀及振动，减小壳程进、出口接管与管板间的介质停滞区而增加换热管的有效换热长度，避免因导流筒占据壳程空间而减少管板上的排管数，同时在壳程进、出口处设置了外导流筒。换热管与管板之间的连接方式选用先焊后胀的强度焊加贴胀，并对管子与管板间焊缝进行消除应力的退火处理，以保证管子与管板问连接接头的可靠性。新型u形管换热器投入系统运行3O个月后，完全能满足工艺要求，且未曾出现换热管与管板间连接接头失效的情况。新、老粗甲醇水冷器在各自投入系统运行3O个月后的换热效果对比情况见表l。 3 结语 新型U形管换热器具有结构简单紧凑、金属耗量小、热补偿性能好、壳程流体不易走短路以及管问不易结垢、防振性能好、壳程污垢清洗较方便、传热效率较高等优点；且该换热器在高压工况下的经济性、可靠性、安全性比其它类型的换热器高得多。 参考文献 l 秦叔经。叶文邦等．按热{{}；．北京l化学工业fij版礼，2003．5一¨ ．75—77．1O1 2 饯 文．换热器设计手H圩．北京：化学．-1．．qk 短礼．2003．6，9一 l0．192—208 3 聂清德．化工没衔设计．北京：化学．71：~lk⋯版社，l991．86，I1l — l22 |
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