纏繞管式換熱器的管理及其應(yīng)用

1、纏繞管式換熱器的管理及其應(yīng)用纏繞管式換熱器不僅是大型化工工藝過(guò)程重要的設(shè)備，而且是一個(gè)高效節(jié)能的設(shè)備.這些換 熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，而且處于裝置關(guān)鍵部位，因此一旦這些換熱器發(fā)生泄漏，整套裝置必 須要停工，而且重新制造一臺(tái)最快需要半年，企業(yè)的損失將非常巨大.正常換熱器的使用壽命 一般在12-20年左右,企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際使用情況和使用壽命的期限來(lái)有計(jì)劃地進(jìn)行更換，但是在國(guó)內(nèi)也有很多企業(yè)由于對(duì)繞管換熱器的全程管理不到位，使用了很短時(shí)間即發(fā)生了質(zhì)量訶題.為了確保纏繞管換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)纏繞管換熱器使用的全過(guò)程管理十分必要.隔湖、中a-r圖甄蹦管式換熱肝的姑構(gòu)（單股流）Ttff 下令新一上拿板1纏繞

2、管式換熱器簡(jiǎn)介纏繞管式換熱器由繞管芯體和殼體兩部分組成（圖1）.繞管芯體由中心筒.換熱管.墊旨等組成.換熱管緊密地繞在中心筒上（圖2）,用平墊條及異形墊條分隔，保證管子之間的橫向和縱向間距，墊條與管子之間用管卡固定連接，換熱管與管板采用強(qiáng)度焊加貼脹的連接，中心筒在制造中起支承作用，因而要求有一定的強(qiáng)度和剛度.殼體由筒體和封頭等組成.圖2鯉繞管式換熱器幾網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意網(wǎng).對(duì)管徑8-12mm的傳熱管，每立方米容積的傳熱面I應(yīng)用于工程的主要優(yōu)點(diǎn)有1:,結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積具有較大的傳熱面積只可達(dá) 100-170m2;，.可同時(shí)進(jìn)行多種介質(zhì)的傳熱；.管內(nèi)的操作壓力高，目前國(guó)外最高操作壓力可達(dá)21 56MPa

3、;.傳熱管的熱膨脹可自行補(bǔ)償；.換熱器容易實(shí)現(xiàn)大型化.2纏繞管式換熱器的工業(yè)應(yīng)用情況在國(guó)外，纏繞管式換熱器廣泛應(yīng)用于大型空氣分離裝置的過(guò)冷器及液化器（液體氧.液體氨裝置）,林德公司在合成氨甲醇洗系統(tǒng)中推出的纏繞管換熱器系列正是充分發(fā)揮了該種 換熱器的作用.纏繞管式換熱器在我國(guó)目前主要應(yīng)用于大化肥合成氨裝置 （美國(guó)德士古工藝） 中甲醇洗工段2,在全國(guó)共有近20套此類(lèi)裝置，每套裝置中有6臺(tái)纏繞管式換熱器，這些換熱 器的具體情況見(jiàn)表1.表1人化肥裝置中纏繞管式挨拉器的概況隕芾也號(hào)除防啻林一懸面就E ,蠢迎魂計(jì)溫厘m-K h mpj背fV妙計(jì)篇” u管和以計(jì):k 力 JMF.先體盤(pán)儲(chǔ)管41. 1 5

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5、FN 1 J1 寸Ni 1二IM如上Tgiyk3川1 on，小薛才1 ”1 02UCI1 2(1S. 5TrSTfiS-fiwTren: saw4在我國(guó)最早十多套裝置中的纏繞管換熱器大都已更換 ，其中大都是已到使用壽命限期，但也有 不少為管理不善而造成的損壞.表2是一些用戶的設(shè)備主要損壞原因，表3說(shuō)明設(shè)備損壞原因 的百分比.去2管理不濟(jì)造成換加器原附問(wèn)題1.的中化國(guó)化前稱(chēng)優(yōu)化廠,川Ifl庫(kù)化團(tuán)W榔甲釁史今邛檸r*帙羈奉帙用帝捷普嘉舞的治攜色累1皿榻妹湖范技術(shù)付酣而獨(dú)fflif T 藝?yán)?：雜斷匕曾J穿吊管照沛根玷班表3 去繞首心熱器損壞第國(guó)的比例相壞 制旌 潴沈除 對(duì) , 相忸質(zhì)網(wǎng) Jv 垢春

6、巧 戰(zhàn)過(guò) 和盛巧篁其他3纏繞管換熱器的使用管理纏繞管換熱器的使用管理過(guò)程主要有4個(gè)方面：制造過(guò)程控制，除垢清洗技術(shù)的選用，裝置運(yùn)行的有效管理，產(chǎn)品缺陷修復(fù)方案的正確運(yùn)用.制造過(guò)程的控制由于纏繞管換熱器的特殊性，使用廠家必須從開(kāi)始制造進(jìn)行全過(guò)程控制，根據(jù)不同的 使用場(chǎng)合提出不同的控制要求.主要控制內(nèi)容：a.管子的選用.目前使用管子為有縫鋼管和無(wú)縫鋼管，有縫鋼管可靠性較差，適用于低壓；而無(wú) 縫鋼管整體性能較好，但有薄弱區(qū)域，必須對(duì)接頭進(jìn)行固溶處理.腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)宜采用無(wú)縫鋼管；反之，宜采用有縫鋼管.盤(pán)管直徑大直采用有縫管，直徑小宜采用無(wú)縫管.b.盤(pán)管的控制.盤(pán)管控制的好壞直接影響到換熱器的換熱效率

7、 ，尤其是對(duì)結(jié)垢情況影響較大. 因此，盤(pán)管時(shí)必須使層間距適度，沒(méi)有窄間隙死角，防止局部區(qū)域布置不均勻，造成流體阻塞， 降低流體的流通面積.c.焊接的控制.纏繞管的損壞形式最常見(jiàn)的是管口泄漏 ，這是設(shè)備的關(guān)鍵部位.一般纏繞管換 熱器為了提高換熱效率，采用管子都比較小和薄，焊接容易產(chǎn)生缺陷.因此，焊接必須嚴(yán)格控制 線能量，最好要采用自動(dòng)焊，焊縫要均勻和飽滿.d.纏繞管換熱器都是豎直運(yùn)行，下管板與管子間易產(chǎn)生間隙腐蝕，這也是較常見(jiàn)的破壞形式之 一.因此，脹接要做到二點(diǎn)：一是要有合適的脹度，消除間隙，防止腐蝕；二是防止過(guò)脹，導(dǎo)致管 板塑性變形，降低了脹接的可靠度.纏繞管換熱器制造的控制除了上述幾個(gè)方面

8、外，還有材料的控制.設(shè)計(jì)的控制等，使換熱器產(chǎn)品符合不同企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn).除垢技術(shù)的選用目前國(guó)內(nèi)企業(yè)繞管換熱器的損壞大多由于酸洗除垢技術(shù)不成熟造成的，其中主要是酸洗方法不當(dāng).目前常用的酸洗液主要使用3種，即5%勺HCl液.硝酸或氫氟酸以及檸檬酸.其 中HCl的酸洗主要用于碳鋼,后二者主要用于不銹鋼酸洗.硝酸或氫氟酸酸性較強(qiáng)，它利用的 是使垢剝落的原理進(jìn)行除垢，且容易產(chǎn)生腐蝕；而檸檬酸是通過(guò)絡(luò)合作用來(lái)除垢，酸性較弱.筆 者以甲醇換熱器為例分析損壞原因.鎮(zhèn)海煉化公司的E9.E10酸洗時(shí)，管束材料是碳鋼，使用 HCl酸液，酸洗后換熱器下部的酸液沒(méi)有及時(shí)排盡，使一些殘液停留在下管板死區(qū)，在大修停工 期間產(chǎn)

9、生酸性腐蝕，使管子損壞；上海某化工廠一臺(tái)36t繞管換熱器，使用氫氟酸溶液進(jìn)行酸 洗，由于氫氟酸對(duì)焊縫的腐蝕性相當(dāng)強(qiáng)，酸液滲入到管板接頭間隙，導(dǎo)致管頭焊縫裂開(kāi)；寧夏化 工廠15E6用HNO3t除垢,HNO3除垢后將產(chǎn)生大量Fe3+,酸洗時(shí)間稍長(zhǎng)，使Fe3珀量遠(yuǎn)大于6 X10-4的標(biāo)準(zhǔn)值,Fe3+依附于管子產(chǎn)生腐蝕，再加上HNO頻洗時(shí)間長(zhǎng)，沒(méi)有及時(shí)排盡，酸液本 身就產(chǎn)生較強(qiáng)腐蝕，導(dǎo)致管束損壞.目前，比較成熟的酸洗方法應(yīng)是采用酸性比較弱的檸檬酸 ，采用多次少停留的辦法， 對(duì)一臺(tái)換熱器進(jìn)行多達(dá)5-6次酸洗，每次時(shí)間短，沖洗干凈，使得Fe3環(huán)超標(biāo)并且及時(shí)帶走，保 證換熱器不受腐蝕.除垢清洗技術(shù)的正確使用

10、對(duì)換熱器壽命非常重要，應(yīng)用管理中必須引起高度重視，采用合理的工藝方案進(jìn)行酸洗.裝置操作的管理纏繞管由于原料雜質(zhì)問(wèn)題引起質(zhì)量問(wèn)題的也不少，按照設(shè)計(jì)要求，纏繞管式換熱器用于介質(zhì)雜質(zhì)少.容易清洗的場(chǎng)合，因?yàn)槔p繞管換熱器為了追求其緊湊性，管間距與層間距的 間距比較小，所以對(duì)原料的要求也較高.一旦裝置波動(dòng)等就可能引發(fā)原料雜質(zhì)多而容易造成堵 塞.因此，要有效地在操作上做好以下幾方面：a.原料的選擇.原料的雜質(zhì)含量必須嚴(yán)格控制，雜質(zhì)含量增加會(huì)使部分雜質(zhì)粘附于層間的支撐 件上，這樣隨著時(shí)間延長(zhǎng)，容易造成通道堵塞，致使換熱面積大幅降低.b.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理.為防止粗大雜質(zhì)進(jìn)入換熱器，要在系統(tǒng)的上游增設(shè)過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)

11、濾網(wǎng)的目 數(shù)要視雜質(zhì)大小而定，原料通過(guò)過(guò)濾后才能進(jìn)入換熱器，這樣防止了原料在管殼程內(nèi)部造成堵 塞.c.增加反沖洗裝置.在換熱器運(yùn)行過(guò)程中，雜質(zhì)容易向下沉積，一方面堵塞流道，另一方面產(chǎn)生 垢下腐蝕，因此在換熱器的下部增設(shè)反沖洗，通過(guò)氣泡的形式，攪擾內(nèi)部的沉積雜質(zhì)，使雜質(zhì)一 起隨介質(zhì)流走.另外，在裝置操作中要特別注重開(kāi)停車(chē)的溫度和壓力的升降 ，要嚴(yán)格控制升溫 的速度和壓力的匹配，否則容易造成熱脹冷縮不均勻等破壞管頭連接.設(shè)備修復(fù)方案的正確選用纏繞管換熱器一般運(yùn)行周期較長(zhǎng)，但經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，主要問(wèn)題有堵塞.管子泄漏和管 口泄漏等，正確選擇合適的修復(fù)方案對(duì)裝置十分重要.換熱器出現(xiàn)堵塞后，疏通的方法有兩種

12、：一種是用高壓水槍沖洗，主要針對(duì)堵塞不是很?chē)?yán)重的情況；第二種就是用酸清洗辦法，主要用 于嚴(yán)重堵塞.如換熱器經(jīng)查出現(xiàn)了管子泄漏，那只有在試壓查漏明確的情況下進(jìn)行堵管.換熱器出現(xiàn)了管子泄漏問(wèn)題，要分兩種情況進(jìn)行修復(fù)：管口數(shù)量少，則采用堵管辦法；管口數(shù)量較多， 堵管后會(huì)嚴(yán)重影響換熱效果，則宜選用抽芯補(bǔ)焊的辦法修復(fù)繞管，纏繞管式換熱器的抽芯修復(fù) 雖然復(fù)雜，但修復(fù)成功的事例較多.4纏繞管換熱器的應(yīng)用前景分析纏繞管換熱器目前較多地應(yīng)用于化工領(lǐng)域的深冷裝置，如空分和甲醇裝置，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)纏繞管換熱器研究的深入，國(guó)內(nèi)多家單位不斷攻關(guān)，擴(kuò)大纏繞管換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域已取得初 步的成績(jī),主要有以下幾方面趨勢(shì).纏繞管換熱

13、器的大型化廠一由于纏繞管換熱器特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它封頭小，管子可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米，目前已開(kāi)發(fā)制造 了一些大型的纏繞管換熱器.圖3（略）為一臺(tái)德州石化所使用的大型繞管換熱器，該換熱器尺 寸為？1600m佛20000mm重達(dá)60t,換熱面積為2000m2,是普通類(lèi)似殼體換熱器的2倍左右.隨 著裝置的大型化，這種纏繞管換熱器也要求不斷大型化.而普通列管式換熱器由于管子限制無(wú) 法把換熱器做大.纏繞管換熱器的高溫化1纏繞管換熱器具有高效的換熱性能，但目前基本上應(yīng)用于深冷裝置.從2001年開(kāi)始 合肥通用所等企業(yè)開(kāi)始研究應(yīng)用于高溫場(chǎng)合的纏繞管換熱器（圖4）（略），并于2002年在鎮(zhèn)海煉化投用，這種換熱器采用CrMo

14、鋼耐高溫材料，操作參數(shù)見(jiàn)表4.經(jīng)過(guò)幾年運(yùn)行，該換熱器的性 能完全達(dá)到使用要求，質(zhì)量也較可靠.這種產(chǎn)品的成功應(yīng)用，使得纏繞管換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域大 大拓寬，可以從低溫應(yīng)用轉(zhuǎn)向高溫應(yīng)用，只要介質(zhì)允許，在煉油行業(yè)也可以充分發(fā)揮繞管換熱 器的優(yōu)點(diǎn)3.裊4向i溫纏繞管摸熱嘉特衽用口計(jì)壓力工件克印X1也43仆凈他11ft FT丸工141 W操器j 220和他1.纏繞管換熱器的高壓化纏繞管換熱器目前多應(yīng)用于殼程壓力高，管程壓力低的場(chǎng)合，一般殼程壓力達(dá)到15.0MPa,而管程壓力普遍小于 5.0MPa.由于纏繞管換熱器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是管板小，殼程大，兩 端入口封頭小，該結(jié)構(gòu)能克服普通高壓換熱器的弊病.普通高壓換熱器

15、均采用浮頭式或 U形管 式，當(dāng)壓力提高，不僅殼體厚度加大，而且法蘭的強(qiáng)度等級(jí)要大幅提高，一般的高壓換熱器如壓 力大于10MPa當(dāng)做到1.4m時(shí)，換熱器將是非常龐大，法蘭也非常厚.而且隨著裝置的大型化， 高壓換熱器也需要不斷擴(kuò)大，這就給制造帶來(lái)麻煩，如加氫裂化的鎖緊環(huán)式高壓換熱器，管程 壓力14.5MPa,殼程壓力為18.5MPa,直徑為1.4m,其中換熱器的管箱重量就已達(dá)45t,制造非常 困難，若改做浮頭式換熱器則很難保證換熱器的密封等要求.因此，隨著加氫裝置的大型化，鎖緊環(huán)換熱器也要大型化，要向1.6m或1.8m發(fā)展，不但制造難度大，而且由于結(jié)構(gòu)龐大，檢維修 將十分困難.而纏繞式換熱器卻可通過(guò)加長(zhǎng)長(zhǎng)度來(lái)增大面積，而兩端的小管板使得連接法蘭小 容易制造.目前國(guó)內(nèi)一些單位正在進(jìn)行研究，以纏繞管式換熱器逐步替代煉油行業(yè)一些高壓換 熱器，如加氫裂化和重整等裝置.纏繞管換熱器的多股化隨著應(yīng)用的成熟，纏繞管換熱器逐步實(shí)現(xiàn)多股流換熱，這是其他換熱器無(wú)法比擬的特殊性能.一臺(tái)換熱器一種殼程介質(zhì)可同時(shí)跟兩種或3種介質(zhì)同時(shí)換熱，這樣可以大大提高裝置的換熱效率和換熱空間.目前，國(guó)內(nèi)的多股流換熱器研究制造逐步開(kāi)始，已有部分產(chǎn)品投入應(yīng)用，圖5（略）為巴陵石化的多股流換熱器4.纏繞管換熱器的微型化|纏繞管式換熱器由于