U形管代替浮頭式換熱器的應(yīng)用
王東旭
(中石化股份有限公司廣州分公司,廣東廣州510700)
[摘要]從泄露原因分析,到設(shè)計(jì)、制造、使用、經(jīng)濟(jì)效益和可操作性幾個(gè)方面對(duì)U形管換熱器代替浮頭式換熱器的可行性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,證明使用U形管換熱器可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[關(guān)鍵詞]管殼換熱器;密封;泄漏;浮頭式;U形管式
[中圖分類號(hào)]TH[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-1865(2010)07-0288-01
換熱設(shè)備是煉化生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的設(shè)備之一,約占工藝設(shè)備總量的一半左右,目前常用的換熱器種類有浮頭式、固定管板式和U形管式,其中以浮頭式換熱器最多。泄漏率是煉化企業(yè)考核換熱器的重要指標(biāo)之一,由于各種原因造成的換熱器泄漏,影響生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行和工廠的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是各裝置的塔底重沸器,其操作條件復(fù)雜,泄漏率較一般換熱器高,一旦泄漏就會(huì)影響整個(gè)裝置的正常生產(chǎn)。以筆者公司2#芳烴抽提裝置為例,水汽塔重沸器E6108在2006年內(nèi)就泄漏多次,打壓多次不合格,給生產(chǎn)造成很大損失。
1·原因分析
塔底重沸器的主要泄漏部位有2處,即內(nèi)浮頭密封失效和換熱管管頭破壞。表1是2006年12月大修時(shí)的泄漏統(tǒng)計(jì)。
1.1內(nèi)浮頭密封失效
內(nèi)浮頭密封面較窄,一般為10~16 mm,通常用波齒復(fù)合墊片作密封元件,這種墊片比壓低,其y=39.2 MPa,m=2.5~3,壓縮量較大,約1.5 mm。鑒于這種特性,管程試壓時(shí),浮頭蓋法蘭密封,但殼程試壓時(shí),浮頭蓋外表面受到試驗(yàn)壓力的作用,再次壓緊墊片,螺栓載荷下降,殼程卸壓后,由于墊片回彈力有限而使其比壓不足,導(dǎo)致內(nèi)浮頭墊片密封失效。
1.2換熱管管頭泄漏
換熱管是換熱器的重要零件,管子與管板的連接尤為重要。我公司2#芳烴裝置管頭破壞主要是由于管束振動(dòng)引起管頭開裂,重沸器殼程介質(zhì)均為氣液兩相共存,塔底飽和液進(jìn)入重沸器,經(jīng)管束加熱,部分液體汽化,體積迅速膨脹,流速增大。根據(jù)流體振動(dòng)原理,此時(shí)很容易引起管束振動(dòng)。經(jīng)過計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為,塔底重沸器存在誘導(dǎo)流體彈性不穩(wěn)定性、旋渦及聲共振的條件,導(dǎo)致管頭連接破壞的原因。
2· U形管代替浮頭式換熱器的技術(shù)改造
2.1 U形管換熱器的設(shè)計(jì)
U形管換熱器與其他類型換熱器的最大區(qū)別是管束結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)換熱管布局時(shí)應(yīng)考慮換熱管的最小彎曲半徑Rmin與分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn的關(guān)系[1]。管徑越大,最小彎曲半徑Rmin就越大,大部分換熱管的最小彎曲半徑大于分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn;因此,為了保證適合分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距,最內(nèi)層換熱管在排列時(shí)需要進(jìn)行斜向交叉排列。最內(nèi)層U形管之間的間距過大時(shí),可設(shè)置假管或擋板。
2.2制造
穿管是U形管束制造中的難點(diǎn),對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制:保證折流板管孔精度和排列同軸度;對(duì)U形管的形狀偏差進(jìn)行嚴(yán)格控制;對(duì)直線段的直線度進(jìn)行嚴(yán)格控制;穿管時(shí)在管頭加裝引導(dǎo)裝置。管頭與管板的連接采用管板自動(dòng)焊技術(shù),使管束在平放的狀態(tài)完成焊接。
3· U形管與浮頭式換熱器的使用性能
目前U形管換熱器大量應(yīng)用于高溫高壓的場(chǎng)合。與浮頭式換熱器相比,由于去掉了浮頭密封,U形管換熱器的管束不易發(fā)生內(nèi)漏,即使發(fā)生內(nèi)漏,也非常容易處理,尤其是在查找漏點(diǎn)的時(shí)候不需要過多的工裝;而浮頭式換熱器在查找內(nèi)漏時(shí)需要有大量專用的工裝,操作起來(lái)比較繁瑣。
U形管換熱器的管束發(fā)生內(nèi)漏時(shí)一般有兩種可能:一種是換熱管損壞;另一種是管板接頭焊縫腐蝕。第一種情況一般很少發(fā)生,發(fā)生時(shí)可用堵頭堵??;第二種情況比較多見,處理時(shí)可以對(duì)焊縫進(jìn)行清理補(bǔ)焊。使用狀態(tài)下的受力狀況較好,尤其在管程溫差較大時(shí),每個(gè)管程的溫度不一樣,單個(gè)管程的換熱管所受到的溫差應(yīng)力能夠自由平衡,不受浮動(dòng)管板的限制,有利于保護(hù)換熱管。使用過程中的操作彈性更大,與同等規(guī)格浮頭式換熱器相比,U形管換熱器能夠承受更大的溫度和壓力波動(dòng),有利于裝置的安穩(wěn)運(yùn)行。
4·經(jīng)濟(jì)效益分析
4.1檢修費(fèi)用
以改造前BES1300-2.5-275-6/25-2(簡(jiǎn)稱BES)和改造后BIU1300-2.5-275-6/25-2(簡(jiǎn)稱BIU)換熱器分析,單臺(tái)檢修費(fèi)用對(duì)比,在平臺(tái)上檢修U形管換熱器比浮頭式換熱器節(jié)約費(fèi)用約8000元[2]。
4.2購(gòu)置費(fèi)用
一臺(tái)型號(hào)為BES的浮頭式換熱器管束質(zhì)量為4215 kg[3]而型號(hào)為BIU的U形管換熱器管束質(zhì)量為3830 kg[4],它們的質(zhì)量差為385 kg(當(dāng)公稱壓力越高的時(shí)候,質(zhì)量差就越大)。如果設(shè)備按1.8萬(wàn)元/t計(jì)算,則購(gòu)買一臺(tái)DN l300PN2.5的U形管換熱器(上接第288頁(yè))要比購(gòu)買一臺(tái)同規(guī)格的浮頭式換熱器節(jié)約6930元。換熱器的使用壽命一般為15年,需檢修4~6次,加上購(gòu)置費(fèi)差價(jià),投用U形管式換熱器所節(jié)約的費(fèi)用非??捎^。
5·結(jié)論
通過以上改造,使用U形管換熱器替代浮頭式換熱器,不僅性價(jià)比高,而且可減少靜密封數(shù)量,操作彈性大,對(duì)裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”起到了決定性作用。
參考文獻(xiàn)
[1]GB151-1999,管殼式換熱器[S].
[2]石油化工廠設(shè)備檢修手冊(cè)-第八分冊(cè)-換熱器.
[3]JB/T4714-1992,浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數(shù)[S].
[4]JB/T4717-1992,U形管式換熱器型式與基本參數(shù)[S].(本文文獻(xiàn)格式:王東旭.U形管代替浮頭式換熱器的應(yīng)用[J].廣東化工,2010,37(7):288)
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