板翅式换热器开发

图1　翅片规格说明

1.3　结构设计
　　石油化工板翅式换热器多数是多股流多组分流体换热，流体在板束流道中的均匀分配是结构设计中1个重要问题，它直接影响换热器性能。特别是对多组分两相流混合物，如果流体在流道中分布不均匀，使沸腾、冷凝在不同的气液平衡条件下进行，放热系数就会大不相同。若严重偏离设计工况，将会使传热性能大为恶化，所以在两相流换热器结构设计中，对此必须引起足够重视。
　　流体进口中液体的体积百分率在总量的5%～95%时，为使气液两相流体在流道中充分混合并均布，必须将气液两相先分离后，再分别送入换热器进行热交换，并可根据不同工况和操作特牲，选择不同的均布结构形式。最常用的结构形式有：①在板束通道内布置一穿过封条的多孔喷射管，液体直接喷入通道，随气相均匀进入板束。②在板束中设一流向与气流方向相垂直的横流翅片。③封头中加一多孔网板。④封头中设喷管，液体从喷管喷出，并随气相带走。
　　为使液体在气相中得到均布，使气液两相均匀进入换热器换热，结构设计上必须满足气流速度大于气液夹带速度最小值，即v_g＞v_s。

式中，v_s为横截面上的蒸汽速度，m/s；ρ_L为液体密度，ρ_v为蒸汽密度,kg/m³；k为气液夹带值，最小值为0.6，安全值1.0。

2　材料与制造

　　乙烯冷箱、合成氨氮洗设备和油田气回收装置等石化行业中的板翅式换热器，工作压力和温度都高，对铝材选用提出了新的要求。
2.1　材料
　　板翅式换热器所能承受的最大许用工作压力取决于板束的设计和选用的材料。一般来说，板翅式换热器常用材料为3003，隔板为厚0.8～1.2mm的3003，且包复厚度为8%～12%的4004钎料复合板。对于高压换热器，在设计压力高于5.0MPa时，翅片选用0.5mm的3004及包复厚度10%的1100的复合铝箔，抗拉强度可比3003提高40%～50%，达到140MPa左右，隔板也增厚到1.6～2.0mm，为提高钎缝强度，考虑到较高压力通道所需的钎料合金比低压通道要多，除隔板本身10%钎料包复层外，还需再敷设0.05～0.08mm的4047共晶钎料薄片，较多的合金钎料有利于形成良好的焊角。
　　必须指出的是，当用户要求产品应符合ASME规范时，制造厂应根据ASME第Ⅱ卷材料D篇性能，用第Ⅱ卷材料B篇非铁基材料和C篇焊条、焊丝及填充金属材料。在工作温度高于90℃时，按ASME规范要求，应对钎焊容器作高温下工艺评定试验。ASME高压板翅式换热器用主要材料见表2。

表2　ASME高压换热器主要材料

表3　真空钎焊炉技术特性

1580×1990×6620

3　结语

　　自70年代初我国板翅式换热器开发成功以来，先后为上海高桥化工厂和兰化公司303厂生产了乙烯换热器和11.5万t/a成套乙烯冷箱等石油化工板翅式换热器。进入90年代后，石油化工板翅式换热器生产得到较快发展，按美国ASME规范设计制造的40多台高压换热器已出口美国和加拿大等国，为扬子石化、胜利油田、辽河油田、南京化肥厂及山西化肥厂等单位生产的用于乙烯换热器(备件)、油田回收、合成氨尾气回收，天然气回收与液化等各类换热器更多。现在我国板翅式换热器最高设计压力8.0MPa，最大芯体尺寸5800mm×1100mm×1200mm和6000mm×1100mm×900mm，质量达6500kg。产品质量和制造技术达到和接近世界先进水平。①高压板翅式换热器的开发，提高了我国自行设计与制造大型石化成套装置能力，为石油化学工业发展创造了条件，有显著社会效益和经济效益。②我国引进大型合成氨和大型乙烯成套装备有30多套台，运转近20年，已到了需要更换备件和设备改造时间，其中高压板翅式换热器近500t，若以国产设备替代进口，可为国家节省大量外汇。③杭氧集团公司与美国南温特公司(S.W)签订有板翅式换热器销售协议，按ASME规范设计生产，由英国劳氏船级社检验，美国锅炉与压力容器检验师总部NB注册，已有40多台产品出口国外，开始步入工业最发达的美国市场，它说明我国技术水平已进入世界先进行列。