炼化设备换热新技术XXXX

炼化设备换热新技术炼化设备换热新技术兰州石油机械研究所甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司录目录引言热交换器分类管式热交换器及强化传热元件管式热交换器及强化传热元件空冷式热交换器紧凑式热交换器引言炼油化工行业冷换设备—场合特征介质：易爆、易燃；有毒害有毒害；临氢、酸、碱等介质复杂高危害介质复杂，高危害。参数：高温、高压；大处理量、大型化；引言炼油化工行业冷换设备—技术特征安全可靠：安全长周期运行结材料结构、材料、运行工艺性能：实现传热目标、控制阻力降；选型算结构术选型、计算、结构、技术、可维修性：易于维修；节保多收热量减少消耗节能环保：多回收热量、减少动力消耗；技术经济：造价低、占空间小；运行费用低；分类热交换器分类按照传热元件分类：管式热交换器（列管式、套管式、盘管式、绕管式热交换器（列管式套管式盘管式绕管式、……）；板式热交换器（波纹板式螺旋板式……）；板式热交换器（波纹板式、螺旋板式、）；板翅式热交换器。分类热交换器分类管式传热元件分类：光管管式传热元件分类：表面烧结管-高通量管光管螺纹管缩放管高翅片管圆翅片管缩放管波纹管•圆翅片管•椭圆翅片管螺旋管螺旋扁管•扁管翅片管……螺旋扁管分类热交换器分类按照使用功能划分：换热器（工艺介质相互换热）冷凝器（主工艺介质冷凝）重沸器（主工艺介质沸腾）预热器（燃烧空气预热）空冷器（用空气冷却工艺介质）余热锅炉（用介质余热产生蒸汽）蒸发器（主工艺介质蒸发）……管壳式热交换器的型式固定管板式换热器f型管板连接管壳式热交换器的型式固定管板式换热器b型管板连接管壳式热交换器的型式固定管板式换热器特征：两块管板，管板与壳程筒体焊接连接；管板兼作法兰、管板直接与筒体焊接连接；直管；需要时，壳程设膨胀节。特点：1、结构简单、紧凑；2、布管多，锻件少，造价低。管壳式热交换器的型式固定管板式换热器适用于：a)管、壳程温差较大，但壳程压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差)；b)管、壳程温差不大，而压力较高的场合；c)壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；管壳式换热器的型式U形管板式换热器a型管板连接管壳式热交换器的型式U形管板式换热器特征：一块管板，管板与管箱、壳体或法兰连接、或焊接连接；U形管；特点：1、结构简单、紧凑；2、布管多，锻件少，造价较低。3、以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差；管壳式热交换器的型式U形管板式换热器适用于：a）适用于高温、高压和高温差的场合；b）需要更换管束的场合；c）需要对管束壳程进行机械清洗的场合；d）管程介质杂质少的场合。管壳式热交换器的型式U形管板式换热器不足由于弯管Rmin的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管略少。管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命寿命。换热管泄漏时，除最外圈U形管外，不能更换，只能堵管；U形管弯制后要求逐根进行压力试验U形管弯制后要求逐根进行压力试验。管壳式热交换器的型式浮头式换热器管壳式热交换器的型式浮头式换热器特征：两块管板，管板与管箱、壳体法兰连接；直管；特点：1、结构复杂。2、布管少，锻件多，造价较高。3、浮动管板与壳体无轴向约束，自由轴向浮动释放温差应力。4、需要管壳程均需要机械清洗的场合。需管壳需清管壳式热交换器的型式U形管换热器的结构变化按照管板与管箱、壳体的连接划分为6种连接方式：a）b）管壳式热交换器的型式U形管换热器的结构变化按照管板与管箱、壳体的连接划分为6种连接方式：c）d）管壳式热交换器的型式U形管换热器的结构变化按照管板与管箱、壳体的连接划分为6种连接方式：e）f）管壳式热交换器的型式固定管板式换热器的结构变化管壳式热交换器的型式螺纹锁紧环热交换器结构其结构主要由管箱壳体管束管箱盖固定环螺纹锁紧环其结构主要由管箱、壳体、管束、管箱盖、固定环、螺纹锁紧环、压紧环、密封装置等零部件组成。一般设计压力8-20MPa，设计温度300-550℃，材料为2.25Cr-1Mo+347L或15CrMoR+321，是目前高压热度高度大交换器设计难度高，制造难度大的换热设备。管壳式热交换器的型式螺纹锁紧环热交换器特点（1）结构独特，安全可靠；（2）密封性能好；（3）管束可自由伸缩，吸收膨胀差；）管束伸缩膨差；（4）可拆卸、可清洗；（5）耐高温、高压，温度≤550℃，压力≤20MPa；局限性：局限性：（1）由于结构复杂，设计繁琐，如果发生内漏，则无法解决；（2）零部件较多，密封要求高；（3）检修维修工作量大DN1200以上热交换器现场检修时很难（3）检修、维修工作量大，DN1200以上热交换器现场检修时很难拆、装、一般需返厂维修；（4）设备重量大，锻件多，机械加工精度高，造价高。管壳式热交换器的型式盖板式密封热交换器结构管板密封结构与螺纹缩紧环相似管箱端部采用盖管板密封结构与螺纹缩紧环相似，管箱端部采用盖板隔膜密封代替螺纹缩紧环。管壳式热交换器的型式盖板式密封热交换器特点优点：（1）管箱采用焊接密封，管箱端部密封性能可靠；（2）结构较简单（2）结构较简单；（3）检维修不需特殊工装，拆卸、清洗管束时不用移动工艺配管。检修工作量小。配管。检修工作量小。缺点：（1）平盖直径较大；（2）筒体端部锻件尺寸较大；（3）内漏问题也存在。管壳式热交换器的型式Ω环高压热交换器结构由管壳管束等部件成采由管箱、壳体、管束、Ω环等零部件组成，采用Ω形的金属环实现管板与管箱法兰、管箱侧法兰之间焊接密封。故介质和环境完全隔绝解决了其它类质和环境完全隔绝，解决了其它类型垫片可能出现的密封面失效问题，属于无垫片密封属于无垫片密封。管壳式热交换器的型式Ω环高压热交换器特点优点优点（1）结构、设计简单，密封安全可靠，拆卸方便，可清洗；现场检、维修简单易行。（2）量纹锁降26%件量少造价节省25%（2）重量可比螺纹锁紧环降低26%，锻件耗量少；设备造价节省25%；（3）垫片系数m和比压y都很小，设备法兰和管板厚度较小，设备质量小，经济性好。（4）精加工件少，组装难度小。缺点：（1）Ω环加工复杂要求较高（1）Ω环加工复杂，要求较高。（2）壳程接管距管板距离远，第一档折流板间距大。（3）检修需要拆接管。（4）密封环现场焊接。管壳式热交换器的型式问题：节能环保需求，促使加氢装置发展。节能环保需求，促使加氢装置发展。装置大型化，高参数化发展较快；？对于高参数加氢换热器，若同类装置业绩表明，无须更换管束；可否采用b型管板连接管箱端部采用盖板隔膜密封结构否采用b型管板连接，管箱端部采用盖板隔膜密封结构。保障产品安全，兼顾设备可维修性（管头可焊补），降低设备造价。好的设计：可修而不修；好的制造，缺陷几率最小。绕管式热交换器基本结构与管壳式热交换器类似其主要不同之处仅在于螺类似，其主要不同之处仅在于螺旋绕管式热交换器的换热管以螺旋状缠绕在中心支承筒上，且需旋状缠绕在中心支承筒上，且需缠绕多层。每层缠绕方向错开一定的角度，每层换热管之间留有一定的间隙。换热管直径一般均较小，因此不仅缠绕容易，且可为多排管子增加了换热面积为多排管子，增加了换热面积。绕管式热交换器换热管一般使用光管，换热管的直径比较通常直径在管的直径比较小，通常直径在15～20mm范围内。换热管材料选铝奥换热管材料可选用铜、铝及奥氏体不锈钢等塑性好的材料，对特殊使用场合如低温或高对特殊使用场合，如低温或高压操作条件下，则需要使用具有较高低温韧性及良好焊接性有较高低温韧性及良好焊接性的材料。绕管式热交换器特点：(1)结构紧凑，在单位容积内具有较多的传热面积。(2)单根管子或不同的层管组均可连接在一块或多块管板上，因此不同管程的流体（多达5种不同流体）可与一种壳程流体形成对流由此可进行多种介质的换热体形成对流，由此可进行多种介质的换热。(3)螺旋缠绕的管子，在和上下管箱连接处均有一定长度的管子为自由状态，所以对热冷变化有良好的补偿能力。子为自由状态，所以对热冷变化有良好的补偿能力。(4)热交换器易实现大型化。到目前为止，单台设备最大换热面积已达到25000m2。(5)传热强度大，传热系数高，流体在螺旋管内流动会形成二次环流，强化了传热效果。绕管式热交换器局限性：(1)热管多采直管缠作介质洁净度(1)传热管多采用小直径管缠绕，因而对操作介质洁净度要求高，流体在进入热交换器前需经过滤装置严格过滤否则易堵塞管子滤，否则易堵塞管子。(2)因螺旋绕管式热交换器结构复杂，制作工艺难度大，材料耗费较多，芯轴对传热无效而增加了壳体直径。材料耗费较多，芯轴对传热无效而增加了壳体直径。(3)为保证热交换器的密闭性要求，所有连接部分均为焊接，在出现故障时，查漏、检修都比较困难。接，在出现故障时，查漏检修都较困难绕管式热交换器应用(1)要求有多股流体换热的场合；(2)小温差、大负荷的场合；()负(3)可适用于高压操作场合。对流道堵塞相对不敏感等场合，螺旋绕管式热交换对流道堵塞相对不敏感等场合，螺旋绕管式热交换器是一种较好的选择方案。双壳程热交换器其结构与浮头式热交换器、U型管热交换器与固定管板热交换器相同，所不同的是在管束中心放置一块纵向隔板，折流板被上下隔开，用密封片将壳程一分为二，改变了壳程介质的流动方式，增加了流体的湍流程度，管壳程介质呈纯逆流流动无温度交叉呈纯逆流流动，无温度交叉。0.1TF双壳程热交换器特点特点：（1）对数差系数为F10（1）对数温差校正系数为Ft=1.0；（2）传热效率提高20%左右；（3）减少设备数量和金属耗量适用于大型化装置（3）减少设备数量和金属耗量；适用于大型化装置；（4）适用于串联台数较多工况，替代需要多台单壳程热交换器串联工况，减少热交换器台数；器串联工况，减少热交换器台数；（5）适用于高温、高压场合。局限性：局限性：（1）壳程压降提高4倍；（2）分程隔板与壳体密封片易失效泄漏；（）分程隔板与壳体密封片易失漏；（3）壳体直线度、圆度要求较高。外导流筒热交换器其结构与浮头式热交换器基本相同，所不同的是壳程进出接管与导流筒不同进出处增加了壳体直径使进出口接管与导流筒不同，进出口处增加了壳体直径，使流体流动改变，传热管可排满整个壳体，使旁路泄漏和进出口死区减少效率增加压降减少。出口死区减少，效率增加，压降减少。外导流筒热交换器特点：（1）进出口处流体分布均匀进出口处流动死区旁路漏流（1）进出口处流体分布均匀，进出口处流动死区、旁路漏流减小，可提高传热有效率7%以上；（2）传热面积在DN325‾1800系列，增加5‾16%传热面积；（3）总传热效率相应提高12‾23%；（4）进出口压降降低90%以上，适应与壳程压降要求较小的场合如减压塔顶冷却器压缩机级间冷却器塔顶冷的场合，如减压塔顶冷却器、压缩机级间冷却器、塔顶冷凝、冷却等场合。局限性：（1）金属耗量增加10%（按相同直径比较）；（2）制造难度较大。折流杆热交换器其结构与浮头式热交换器、U型管式热交换器与固定管板式热交换器基本相同其差别是将折流板用折流环管板式热交换器基本相同，其差别是将折流板用折流环所取代，流体流动状态为顺管轴向方向流动（称为顺流），防振动效果最好，流），防振效果最好，压降比折流板低几分之一甚至几十分之一，流体流甚至几十分之，流体流过杆时形成卡曼涡阶，来实现湍流而强化传热。实现湍流而强化传热。折流杆热交换器特点：（1）消除了壳侧流动死区，充分利用换热面积，增强了传热，总传热效率在有相变冷凝传热时可提高30%。（2）流体诱导振动大大减小，提高了换热管的使用寿命。适用于压缩机级）诱导减提高了热管寿命于缩间冷却器和烟气预热器；（3）壳侧流动阻力小，壳程总压降可降低50％～80％，大大节约能耗；（4）抗垢性能优良，减小了污垢沉积和腐蚀，有利于传热，延长清洗周期;减腐有利传清（5）有强化冷凝的功能，适用于冷凝、沸腾有相变场合的热交换器；（6）适用于热交换器大型化，特别是在核电热交换器应用；局限性：