板殼式換熱器在大型氮肥裝置上的應(yīng)用

中圖分類號(hào):TQ051.5;TQ440.51　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　　文章編號(hào):1004-8901(2007)02-0046-02
　　山東華魯恒升化工股份有限公司的大型化肥裝置是以煤為原料,由國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)和制造的30萬(wàn)t/a合成氨的氮肥裝置,設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高達(dá)93.8%。這套裝置于2005年12月28日正式投料試車成功,證實(shí)了我國(guó)大型氮肥工業(yè)已具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)成套能力。
　　板殼式換熱器兼有管殼式換熱器和板片式換熱器的優(yōu)點(diǎn),是一種新型高效換熱器,尚未有在大型化肥裝置上的使用經(jīng)驗(yàn)。我公司將其在首套國(guó)產(chǎn)化大型氮肥裝置上進(jìn)行了應(yīng)用。氨壓縮機(jī)最終水冷器和氨冷凍機(jī)冷凝器是我公司國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造項(xiàng)目中氨系統(tǒng)的2臺(tái)重要換熱設(shè)備,換熱面積分別為1620m2和1380m2,為減少設(shè)備投資和占地,選用了高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊、技術(shù)含量高的板殼式換熱器,由國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造。
　　筆者擬以氨壓縮機(jī)最終水冷器為例,介紹板殼式換熱器在國(guó)產(chǎn)化大型化肥裝置氨系統(tǒng)上的生產(chǎn)應(yīng)用情況?！?BR>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　氨壓縮機(jī)最終水冷器設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1,設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。該設(shè)備由低合金鋼圓筒形外殼體和不銹鋼方形板束組成,板束可以從殼體拆出,以便將來(lái)維修或更換。被冷卻介質(zhì)(氨)和冷卻介質(zhì)(循環(huán)水)分別在板束與外殼體形成的板程、殼程空間內(nèi)呈錯(cuò)流、逆流換熱。為了補(bǔ)償由于板程、殼程之間介質(zhì)高效換熱帶來(lái)的外殼體與板束之間的膨脹差,在板束右端設(shè)置了膨脹節(jié)。
                    
                    
    板束為全焊式結(jié)構(gòu),整板步進(jìn)式模壓成形的0.7mm厚的LT型波紋板片在專用TIG自動(dòng)焊機(jī)上組焊成板管,見(jiàn)圖2,再將板管組焊成板束。板殼式換熱器采用波紋板片作為傳熱元件,物料從兩波紋板之間的縫隙通過(guò)。板束四周焊有支撐板以增強(qiáng)板片的剛性。 
                   
    監(jiān)造與安裝　
    設(shè)備監(jiān)造板殼式換熱器制造難度大,焊接技術(shù)要求高,檢驗(yàn)檢測(cè)程序復(fù)雜,投用風(fēng)險(xiǎn)高。為了確保氨壓縮機(jī)最終水冷器設(shè)備交貨質(zhì)量和投用后長(zhǎng)周期運(yùn)行,公司派遣技術(shù)代表到制造單位對(duì)板片成形質(zhì)量、板管組焊、板束組焊以及中間氣密、氨滲漏檢查、換熱器組裝和設(shè)備最終耐壓試驗(yàn)等質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造[1]?！?BR>    設(shè)備安裝
    (1)板殼式換熱器安裝時(shí)應(yīng)避免設(shè)備因受到?jīng)_擊而損壞。吊裝就位后,應(yīng)立即通過(guò)人孔進(jìn)入設(shè)備,按要求松開(kāi)膨脹節(jié)上的運(yùn)輸固定裝置,使膨脹節(jié)恢復(fù)補(bǔ)償作用。
    (2)固定支座上的緊固件應(yīng)擰緊,活動(dòng)支座上的第1個(gè)螺母擰緊后應(yīng)倒退1圈,然后用第2個(gè)螺母鎖緊,以使設(shè)備的活動(dòng)端能在預(yù)埋基礎(chǔ)的滑板上自由滑動(dòng)。
    (3)在設(shè)備制造廠進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí),應(yīng)注意板束是否按照壓差設(shè)計(jì),試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制壓差。
    (4)板殼式換熱器出廠前,板程、殼程是充有氮?dú)獗Ｗo(hù)的。由于工程中各臺(tái)設(shè)備的到貨時(shí)間不能都按安裝進(jìn)度計(jì)劃的要求,氨壓縮機(jī)最終水冷器安裝后不能馬上配管、投用,故須對(duì)板程、殼程補(bǔ)充氮?dú)?以使設(shè)備保持微正壓:板程壓力0.2MPa,殼程壓力0.1MPa?！?BR>    設(shè)備開(kāi)停車
    由于氨壓縮機(jī)最終水冷器板束按照壓差設(shè)計(jì),在開(kāi)停車及正常操作中,應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求做到板程壓力不高于殼程壓力0.5MPa。開(kāi)停車時(shí),緩慢開(kāi)關(guān)閥門,保證均衡升降壓,平穩(wěn)升降溫,以避免物料沖擊板束,防止因驟冷、驟熱導(dǎo)致板片異常變形。
    設(shè)備停車檢修進(jìn)行蒸汽吹掃時(shí),要求板程、殼程同時(shí)進(jìn)行蒸汽吹掃。吹掃時(shí)應(yīng)緩慢升溫,蒸汽吹掃壓力小于0.8MPa,溫度小于180℃,且保證板程壓力始終不高于殼程壓力0.5MPa?！?BR>    運(yùn)行效果
    氨壓縮機(jī)最終水冷器在國(guó)產(chǎn)化大化肥裝置中投用后,經(jīng)歷了裝置運(yùn)行初期的頻繁開(kāi)停車,至今連續(xù)運(yùn)行,使用效果良好,部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。用作氨壓縮機(jī)最終水冷器的板殼式換熱器具有如下優(yōu)點(diǎn)。
    (1)傳熱效率高　LT型波紋板片具有“靜攪拌”作用,冷熱介質(zhì)分別在“板管”內(nèi)和“板管”間不斷改變流動(dòng)方向,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn),在很低的雷諾數(shù)下就能形成湍流,從而使流體內(nèi)各部分的質(zhì)點(diǎn)不斷迅速轉(zhuǎn)移位置。由于冷熱介質(zhì)之間以板片為媒體進(jìn)行的熱交換非常迅速,使介質(zhì)來(lái)不及結(jié)垢,加之板片很薄,僅0.7mm,因而能得到較高的薄膜傳熱效率,是管殼式換熱器的2倍～3倍。
    (2)避免氣液兩相分離　氨壓縮機(jī)最終水冷器殼程存在氣氨、液氨兩相流,板殼式換熱器的“靜攪拌”作用,克服了管殼式換熱器由于介質(zhì)折流“翻轉(zhuǎn)”造成的氣、液兩相分離。
    (3)結(jié)構(gòu)緊湊　與管殼式換熱器相比,在完成同樣換熱任務(wù)的情況下,板殼式換熱器具有質(zhì)量輕、體積小、占地面積少、節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)。氨壓縮機(jī)最終水冷器采用的板殼式換熱器換熱面積取1620m2即可。
    如果按照管殼式換熱器設(shè)計(jì),則換熱面積需要4018.4m2,使用同樣體積的管殼式換熱器需要2～3臺(tái)。因此使用板殼式換熱器可節(jié)約大量投資和設(shè)備安裝空間,并減少了操作費(fèi)用。
    (4)壓力降小　雖然板殼式換熱器對(duì)于給定的流道面積來(lái)說(shuō)其當(dāng)量直徑較小,但“板管”內(nèi)和“板管”間均為直通,殼程無(wú)折流板,由表2可以看出,氨壓縮機(jī)最終水冷器殼程壓力降僅為0.016～0.028MPa。由于板程出口沒(méi)有設(shè)置壓力表,暫時(shí)得不到具體的板程壓力降數(shù)據(jù),但目前從循環(huán)水操作狀況看,板程壓力降也較小。
    (5)可靠性高　傳統(tǒng)的板式換熱器以橡膠墊片密封,通常承壓在2.0MPa以下,耐溫在200℃以下,容易發(fā)生泄漏。板殼式換熱器板束各連接處均采用焊接結(jié)構(gòu),避免了可拆式板式換熱器需要很長(zhǎng)的橡膠密封圈的缺點(diǎn),且設(shè)有起增強(qiáng)板束剛性作用的支撐板,板束裝在由低合金鋼制成的圓筒形外殼體內(nèi),可以在高溫高壓下使用,提高了板殼式換熱器的安全可靠性。
    綜上所述,板殼式換熱器是既具有板片式換熱器傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn),又繼承了管殼式換熱器承高壓、耐高溫、密封性能好、安全可靠?jī)?yōu)點(diǎn)的新型高效換熱器。
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