热管换热器在变换系统中的应用

点击：1967 日期：[ 2014-04-26 22:43:06 ]

余　辉　　　　　　　　　　　王金龙　陈瑜霞(浙江开化县清华化工有限公司　424302)　　(天津华能集团能源设备厂　301900) 0　前言氮肥厂变换工段的小热交换器所处的工作条件比较恶劣,使用寿命比较短,使用后阻力较大,由于小热交换器的损坏,常迫使系统停车检查。清华化工公司采用过多种列管形式的换热器,但使用寿命都在10个月左右。目前,热管技术已在造气工段大量成功应用,实践表明其最大优点是即使有1根或数根热管损坏,2种介质也不会混淆,设备仍然可以使用。2002年5月清华化工公司借大修之机,与天津华能集团能源设备厂合作,共同开发试制了一种热管式热交换器,在变换工段得到成功的应用。 1　管壳式换热设备现状目前变换工段小热交换器大多采用管壳式换热器,基本结构如图1所示。列管的两端分别固定在管板上,管板固定在外壳的两端,通过管板和列管将冷热流体分开,管壳式换热器在实际运行中存在弊端。(1)单管泄漏,设备被迫停车。在管壳式换热器中,换热面是一个综合的整体,若干根列管组成一个整体换热面。半水煤气中含有硫的腐蚀性气体,从饱和塔出来到小热交换器的气体温度在酸露点以下,使得换热管经常腐蚀泄漏,造成冷热流体混淆,影响正常生产,被迫停车。(2)设备阻力过大,影响整个变换工段的运行。在半水煤气中所带来的灰尘在此处与酸露粘结,使设备内部流通截面变小,流速升高,阻力加大,影响整个变换工段的运行。 2　热管的结构和特性热管是一种新型高效传热元件,工业中常用的是碳钢—重力热管,其结构见图2。管壳内抽成真空,工质通过在加热段(也称蒸发段)吸收热量由液态变成气态,流动到冷却段(也称冷凝段)放出热量由气态变回液态,靠重力回流到加热段,如此往复循环,传递热量。热管设备具有如下特点:(1)传热效率高,其当量传热系数是紫铜的6000倍。(2)具有良好的等温性,热管的传热是个相变过程,因此热管内的蒸气基本上是恒温的。如1根4ｍ长热管蒸发段、冷凝段的两端温差均小于2℃。(3)单管作业。每一热管都独立传热,整台换热设备不因单管的损坏而串液,可定期检修。(4)适用温度范围广,在不同温度范围可选用不同的工质。热流密度可调,通过改变蒸发段与冷凝段面积比例可以调节热流密度,避开露点腐蚀。目前市场上热管有以下3种形式:(1)镍铬合金钎焊热管:采用新型翅片化工艺,经过绕片、喷粉(镍基、铜基)、高温烧结等十余道工序,将翅片钎焊于基管上,镍合金渗入碳钢表面,形成致密的光滑涂层。该热管广泛应用于石油、冶金、电力等领域,具有高效导热性,翅片焊着率为100%,有效地扩展了换热面积;耐高温、高流速冲蚀,工作温度为600℃。是目前较先进的热管。(2)高频绕焊热管:采用高频绕焊电流焊接而成,由于热管高传热性的影响,其焊着率较低,为80%～90%,工作温度600℃,传热性能较好。(3)穿片式热管:即先用冲床冲出单个翅片,再利用过盈配合将翅片一个个穿在热管管壳上,其管片接触率很低,只有45%～60%,热阻大,传热性差,且翅片易松动脱落。属于第一代,已较少使用。根据这几种热管的特点,结合变换工段小热交换器半水煤气温度低于酸露点、对热管的要求比较严格的特点,决定选用镍铬合金钎焊热管,依靠其表面致密光滑涂层,可以减轻高流速冲刷,延长使用寿命。 3　热管式变换热交换器的结构及特性热管式变换加热器由外筒体、管板和热管三部分组成,结构如图3所示。热管在下端变换气中吸收热量,靠热管内工质将热量传递给半水煤气侧,使半水煤气温度升高,从而完成热传递的过程。基本性能如下:(1)无疲劳应力损伤。热管在管板上焊接采用单支点焊固定,热管热胀冷缩变形不受约束,从而避免了应力损伤。(2)热源分汇。热管本身具有等温性,吸热段和放热段温差不高于2℃,通过调整吸热段与放热段面积比,可使热管壁温控制到190℃左右,减小露点对热管的腐蚀。(3)阻力低,耐冲刷。热管在管板上圆周径向布置,管桥间距较大,保证了足够的流通面积。以本次设计的ＲＢＬ-90为例,设备内部最小流通截面积1.1ｍ2,气流阻力小于60Ｐａ。热管表面采用镍铜合金技术,加强热管的耐酸性。(4)运行稳定,使用寿命长。热管具有单管作业的特点,热管在变换气侧因没有冲刷和腐蚀,即使热管发生失效,也只能是在烟气侧一端,所以单支热管失效后不会造成泄漏,保证了设备较长的连续运行周期。(5)自动排污。在半水煤气侧有时会有水析出,造成对设备的腐蚀,自动排污可将水放出设备本体,减小对设备的腐蚀。 4　使用情况及实际技术参数在清华化工公司使用过程的技术参数如下:半水煤气温度由125℃升到160℃;变换气温度由240℃降到190℃。经过10个月的使用,在清华化工公司停车检修中,打开热管式变换热交换器,对热管进行检查,没有发现热管损坏,并且热管仍保持自身具有的光泽度。根据实际使用情况,可以说明镍铬合金钎焊热管在变换工段的热交换器中使用是非常成功的。

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