大型折流杆与单程浮头结构结合换热器设计.pdf

第52卷第2期
化工设畜写營道
Vol. 52 No. 2
2015年4月
PROCESS EQUIPMENT& PIPING
Apr.2015
大型折流杄与单程浮头结构结合换热器设计
冯少华,孙文瀛,李莉
(中国寰球工程公司,北京100012)
摘要:介绍了一种折流杄与单管程浮头结构相结合的气-气换热器的设计,阏述了折流杆换热器相对
于普通换热器的优点,并结合工程实际業描述了折流杆结构与単管程浮头结构相结合的结构特点及
设计要点。并对气-气换热器从结构逃型、材料的选泽到各部件强度计算方法,进行了比较详细的介
绍。此为广大工程技术人员今后遇到类似换热器设计时提供参考
关键词:折流杆;单管程;浮头换热器
中文分类号:TQ051.5:T1122
文献标识码:A
文章编号:1009-3281(2015)02-0047-004
近牛来,随着我国经济的高速发展,石油化C的换热,即壳程的换热系数不但不低于横掠时换热
行业也目益繁荣,各地的化工生产装置建设如丽后春系数,而且视壳程介质、流速以及有无相变等情况,
笋。近些年,多个大型乙烯装置相继建成投产,环氧传热系数反而可提高15%~50%
乙烷/乙二醇(简称EOEG)装置是以乙烯为原料的
(4)減少了污垢的沉积和腐蚀的产生,提高了
下游生产线,环氧乙烷的需求量也一直在増长,为換热器的使用寿命。
了满足市场目増的需求,1O1(装置也是越来越多
本文作者在这里主要从结构选型、选材釗强度
生产能力越米越大,这样必然会导致化工设备的需求计算介绍一下这台气-气换热器的设计。
量増大,一些以前从国外引进的设备不得不依靠国
化来降低成本和提高国内技术水平。某EO/EG装置
1设计条件及气-气换热器简图
中气-气换热器就是在这个大环境下进行的国产化设
设计条件见表1。
计。由于原进口的换热器已经不能满足其生产装置现
表1换热器的设计条件
有规模的生产能力,特委托本文义作者所在单位进行国
Table 1 Data sheet of the equipmen
产化设计更换。
管程
介质
EO反应器进料气EO反应器产品气
该换热器是一台折流村式单管程浮头式换热器。
操作压力Mma
1.70
1.443
折流杆式换热器在炼油行业应用比较广泛,但在化
操作温度(进出)/"C
44.1/152
200.1/98.2
工领域应用还很少,尤其直径超过1500mm的更是设计压力
1.9
少见
设计温度/C
折流杄式换热器相对于普通的折流板换热器有腐蚀裕量mm
以下优点:
内径mm
换热管长mm
9000
(1)由于壳程流体是纵掠管束,防止了诱导振
动的产生,提高了换热器的安全性。
(2)大大减小了売程流体的阻力,降低了管侧收稿日期:2014-08-11
的泵功,节约能源。
基金项目:茂名石化乙二醇装量进料产品换热器(E-101)扩能
(3)由于折流村增强了流体的扰动,减少了横
改造项目(920HG-11-JS-0111*)。
作者简介:冯少华(1982-),男,湖北监利人,工程师。从事压
掠管束时的流动死区和漏流损失。从而强化了壳程
力容器设计工作
化工设与道
第52卷第2期
金属壁温见表2
反应器瞬时预燃事故工况。该工况下反应器产
表格2換热器平均金属壁温
品气的温度会在短时间升高到840℃,然后会在几秒
lablc 2 Mean melal temperalure
钟内降到正常操作温度
工况
壳程
管程
气-气换热器简图如图1所示,其特点是:换热
正常操作工况/C
96.26
121.63
器尺寸较大,结构紧凑。直径1700mm,换热管长
正常开车工/"C
44.1
9000mm,折流环的空间较小。虽然单论直径不算
冬天开车工况/C
最大,长度不算最长,但两者皆貝的折流杆式换热器
时预燃
374
工况C
142
在IOMG装置中却是第一台。大尺寸给折流杆式管
束的刚度设计带来了一定的困难。以往此类装置中的
该气-气换热器同时还貝有以下工况:
气-气换热器尺寸较小,且都足从国外引进。
图1气-气换热器
Fig 1 Outlinc skctch of gas-gas hcat exchanger
2结构选型
(4)尾部采用单管程浮头式结构,内置膨胀节
(1)山于管程气体进口直径太大,d>(D/2),
膨胀节是该换热器的热补偿环节,也是该換热器的薄
所以选择锥形封头与接管对接的结构。
弱环节,容易引起泄漏。由于管程介质的毒性较高,
还存在瞬时预燃工况,将膨胀节设在换热器内部可以
(2)管束采用折流杆结构,売程介质为气相
避免因膨胀节长期运行或事故受损引起介质泄漏到
为了充分利用换热管的传热而积,壳程介质必须均匀
分布,所以在进出ロ采用两个大的外气带,使气体从外面,造成危害。该换热器管程物料处理量大,进出
筒体两侧均匀进出。
口温度改变较大,换热量大,介质危害程度高,普
通的固定管板及U形管換热器满足不了要求,前者
3)折流环与拉杆和滑道之间采用卡槽加焊接
结构(如图2),拉杆和滑道起着定距的作用,可以
壳程需要设置多波彫胀节,而后者换热器直径超大,
保证装配时折流环之间的距离精度。
单程浮头结构是比较安仝经济合理的。但是这种结构
没有标准的计算方法,对浮头盖、凸缘法兰、膨胀节
及尾部的夹持板的设计计算带来一定的难度。
3设计要点
(1)针对该换热器尺寸较大,管朿较长的特点,
管東的刚度需要加强。参考折流杆管壳式换热器",
将文献中的换热器尺寸放大,折流环用35mm×20
流圈
mm的扁钢环,拉杆采用24根35mm×17mm扁钢,
滑道采用8根35mmn×17mm扁钢,如图3布置,
纽成管束护笼。护笼的刚度在管東制造过程中起着关
键性的作用,是换热管能精确穿入的保证。护笼变形
图2折流环与拉杄和滑道的卡槽结构
会导致换热管难以穿入,制造单位则公采取强装措
19 2 Struclurc sketch ofbamnc rine and Lic rod
施,从而引起折流杅挤压变形甚至与折流环脱离。