板翅式換熱器的設(shè)計(jì)

1、板翅式換熱器的設(shè)計(jì)DevelopmentofplatefinheatexchangerJIXunda(HangzhouOxygenPlantGroupCoLtd.，Hangzhou310004China）Abstract：Atechnicaldevelopmentofdevelopingdesigningmanufacturingofplatefinheatexchangerfpetroleumchemicalengineeringar

2、edescribed.ThedevelopmentalsuccesofplatefinheatexchangerofhighpressureincreasesacompleteabilityofChinaslargeplantofpetroleumchemicalengineeringtheuseofChinasplatefinheatexchangerinimpotedunits.Theproducthasbeenexptedto

3、U.S.A.ItmarkstheadvancedtechnicallevelofChinasplatefinheatexchangerinthewld.Keywds:platefinheatexchangercalculationdesignequaldestributionoftwophaseflowagesmaterial；manufacture▲隨著我國內(nèi)陸和沿海油田開發(fā)，進(jìn)入70年代以來，我國石油化學(xué)工業(yè)得到迅速發(fā)展，先后引進(jìn)

4、多套乙烯和合成氨大型裝置，因而這些裝置國產(chǎn)化也就提到議事日程，其中的板翅式換熱器冷箱是成套裝置國產(chǎn)化關(guān)鍵設(shè)備之一。乙烯深冷分離、合成氨氮洗和油田氣回收中的冷箱，是由多個(gè)板翅式換熱器用管道連接并組裝在一起放入箱體內(nèi)，以珠光砂填充作絕熱材料組裝而成。冷箱中板翅式換熱器大多在高壓、低溫工況下操作，介質(zhì)系含氫輕烴復(fù)雜混合物，且為多股流、多組分的加熱、冷卻及部分冷凝與部分蒸發(fā)的相變換熱。因此，物性數(shù)據(jù)計(jì)算和傳熱性能計(jì)算都比較復(fù)雜，其正確翅型選擇、

5、流道排列及流體均布又直接影響傳熱計(jì)算。為此，1975年原機(jī)械部、化工部和石油部聯(lián)合組織冷箱聯(lián)合攻關(guān)組，將板翅式換熱器傳熱計(jì)算方法研究列入國家七五科技攻關(guān)項(xiàng)目。20多年來，經(jīng)科研、設(shè)計(jì)及制造單位努力，通過大量試驗(yàn)研究和模擬試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)考核，開發(fā)了較為可行的設(shè)計(jì)計(jì)算程序。1985年蘭化設(shè)計(jì)院和蘭州石油機(jī)械研究所引進(jìn)了英國傳熱和流體流動(dòng)學(xué)會(huì)(HTFS)板翅式換熱器計(jì)算程序(MUSEI)。1992年杭氧集團(tuán)公司在引進(jìn)美國S.W公司大型真空釬焊爐的同

6、時(shí)引進(jìn)了板翅式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算程序，為石油化工板翅式換熱器的開發(fā)和引進(jìn)裝置國產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。1設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1.11.1熱力計(jì)算熱力計(jì)算板翅式換熱器設(shè)計(jì)，主要包括設(shè)計(jì)計(jì)算和性能校核。設(shè)計(jì)計(jì)算是在一定的工藝參數(shù)條件下，計(jì)算換熱器所需傳熱面積(或有效長度)。性能校核是在原設(shè)計(jì)工藝條件發(fā)生變化情況下，確定流體出口溫度是否滿足工藝要求。多股流板翅式換熱器傳熱計(jì)算是將幾股熱流體和冷液體分別擬合成相當(dāng)?shù)?股液體，把多股流換熱簡化成2股流換熱，并按逐步熱平衡

7、法進(jìn)行熱力計(jì)算。為使換熱器同一橫截面壁溫盡可能接近，防止可能產(chǎn)生的溫度交叉和熱量內(nèi)部損耗，在計(jì)算中必須對每一條通道作周密考慮。若通道排列不當(dāng)，易造成局部熱量不平衡及換熱器效率下降，將無法用純粹增加換熱面積的方法來補(bǔ)償，這已被實(shí)踐證明。所以在設(shè)計(jì)過程中，通過對不同流道排列情況下傳熱計(jì)算，以局部熱平衡偏差、允許阻力值和流道計(jì)算長度偏差為主要控制指標(biāo)，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。1.21.2強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)由于板翅式換熱器芯體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，釬焊縫的檢查受到

8、結(jié)構(gòu)限制，不可能采用X射線無損檢查，也不可能作強(qiáng)度核算。美國鍋爐及壓力容器規(guī)范ASME第Ⅷ卷第一分冊規(guī)定，凡容器或容器部件的強(qiáng)度難以準(zhǔn)確計(jì)算以保證安全時(shí)，其最大許用工作壓力可采用試件的爆破壓力來確定。我公司采用美國ASENSE軟件包，通過有限元應(yīng)力分析，確定以翅片、封條、隔板全尺寸的300mm300mm3層流道的模擬試樣爆破壓力來決定最大許用工作壓力。規(guī)定試樣爆破壓力值應(yīng)不低于設(shè)計(jì)壓力的5倍，且以翅片拉伸斷裂為合格。其最大許用工作壓力(

9、設(shè)計(jì)壓力)按下式確定：可見翅片材料實(shí)測拉伸強(qiáng)度越高，所得的最大許用工作壓力則越低。為得到翅片最大許用工作壓力，翅片材料作退火處理，使拉伸強(qiáng)度達(dá)到或接近最小值。不同材料翅片最大許用工作壓力值見表1，翅片規(guī)格說明見圖1。表1翅片最大許用工作壓力值翅片規(guī)格翅片拉伸強(qiáng)度翅片拉伸強(qiáng)度翅片爆破最大允許工作翅片材質(zhì)封條3003ASTMB221M側(cè)板3003400430034004(4047)ASTMB209M封頭5083，5454ASTMB209M接

10、管5083，5454，6061ASTMB241M法蘭6061ASTMB247M2.22.2制造制造釬焊溫度是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，它由釬料最大程度充分液化并流動(dòng)的高溫和減小隔板及翅片變形危險(xiǎn)的低溫二者綜合考慮而定。根據(jù)釬料化學(xué)成分的不同，釬料熔化溫度也不同，一般應(yīng)高于釬料的固相線，但低于液相線，通常為590～605℃，在該溫度下釬料的熔化、流動(dòng)性和濕潤性處于最佳狀態(tài)。真空釬焊爐的真空度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因之一，它有效降低爐內(nèi)氧分壓，破

11、除組件表面的氧化膜，并使組件在高真空下不再重新氧化。要求真空爐真空度在1104Pa以上，否則就難于保證釬焊質(zhì)量。真空釬焊爐的主要技術(shù)特性，見表3。表3真空釬焊爐技術(shù)特性性能參數(shù)杭氧集團(tuán)公司四川空分設(shè)備廠開封空分設(shè)備廠爐腔尺寸(直徑長度)mmmm30006635有效加熱區(qū)(寬高長)mm160020006200158019906620158019906620最大工件尺寸(寬高長)mm1200120060001250125063001250

12、12506300最大質(zhì)量(工作夾具)kg140001460014600最高爐溫℃800800800加熱功率kW144014161416真空度Pa810411031103溫度偏差℃544操作方式手動(dòng)手動(dòng)或自動(dòng)手動(dòng)或自動(dòng)爐子生產(chǎn)廠商PVT蘭州真空設(shè)備廠蘭州真空設(shè)備廠設(shè)備投產(chǎn)時(shí)間a199319941996生產(chǎn)能力t.a1300300350我國板翅式換熱器在壓力等級和品種規(guī)格上已形成較為完整系列，產(chǎn)品質(zhì)量和制造技術(shù)已接近世界先進(jìn)國家同期水平。具

13、體表現(xiàn)為：①無熔劑真空釬焊替代了鹽浴浸漬釬焊，新技術(shù)的采用不僅大為降低生產(chǎn)成本，且避免了對大氣和環(huán)境污染，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。②通過對引進(jìn)技術(shù)消化、吸收，突破了高壓板翅式換熱器制造技術(shù)，8.0MPa高壓板翅式換熱器的開發(fā)和研究成功，為我國發(fā)展大型石化成套裝置創(chuàng)造了條件。3結(jié)語結(jié)語自70年代初我國板翅式換熱器開發(fā)成功以來，先后為上海高橋化工廠和蘭化公司303廠生產(chǎn)了乙烯換熱器和11.5萬ta成套乙烯冷箱等石油化工板翅式換熱器。進(jìn)入90年代后，

14、石油化工板翅式換熱器生產(chǎn)得到較快發(fā)展，按美國ASME規(guī)范設(shè)計(jì)制造的40多臺(tái)高壓換熱器已出口美國和加拿大等國，為揚(yáng)子石化、勝利油田、遼河油田、南京化肥廠及山西化肥廠等單位生產(chǎn)的用于乙烯換熱器(備件)、油田回收、合成氨尾氣回收，天然氣回收與液化等各類換熱器更多?，F(xiàn)在我國板翅式換熱器最高設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，最大芯體尺寸5800mm1100mm1200mm和6000mm1100mm900mm，質(zhì)量達(dá)6500kg。產(chǎn)品質(zhì)量和制造技術(shù)達(dá)到和接近世

15、界先進(jìn)水平。①高壓板翅式換熱器的開發(fā)，提高了我國自行設(shè)計(jì)與制造大型石化成套裝置能力，為石油化學(xué)工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了條件，有顯著社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。②我國引進(jìn)大型合成氨和大型乙烯成套裝備有30多套臺(tái)，運(yùn)轉(zhuǎn)近20年，已到了需要更換備件和設(shè)備改造時(shí)間，其中高壓板翅式換熱器近500t，若以國產(chǎn)設(shè)備替代進(jìn)口，可為國家節(jié)省大量外匯。③杭氧集團(tuán)公司與美國南溫特公司(S.W)簽訂有板翅式換熱器銷售協(xié)議，按ASME規(guī)范設(shè)計(jì)生產(chǎn)，由英國勞氏船級社檢驗(yàn)，美國鍋爐與