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双管板和单管板换热器的比较

   

1 双管板换热器
  2001年北京燕山石化公司0.66 Mt/a乙烯改扩建工程中,制苯装置改造新上了三台双管板换热器,即汽提塔再沸器(E-607,F=213 m2)、抽提蒸馏塔再沸器(E-634,F=350 m2)和余热溶剂冷却器(E-111,F=150 m2),它们的管程走Ⅳ,甲酰吗啉溶剂,壳程走蒸汽或水,该溶剂具有遇水发生分解的特性。这三台换热器,经过一年多使用,效果很好,溶剂损耗同装置改造前相比下降很多。
2 双管板与单管板换热器结构比较
  双管板换热器采用固定管板结构,管束不能抽出清洗,单管板换热器可采用多种结构型式,管束可以抽出清洗。对于温差较大的双管板换热器,简体上可加装波纹膨胀节;而单管板换热器除可考虑简体上加装波纹膨胀节外,常采用浮头或U型管型式来补偿。
  对于双管板换热器,存在二种设计理念的认识:一种认为双管板换热器用于绝对防止管壳程间介质混串的场合,设计在内外管板之间空腔上加装排液倒淋阀,供日常观察和内管板发生泄漏时排放,使得管壳程介质切实被内外二层管板隔离。这是采用双管板结构型式的主要目的。另一种认为双管板换热器可用于管壳程间介质压差很大的场合,设计在内外管板之间的空腔中加入一种介质,来减小管壳程间介质的压差。这和一般单管板换热器一样,不能绝对保证外管板上管口不发生泄漏。
3 双管板与单管板换器使用上的比较
  单管板换热器最常见。在使用中除经常出现垫片螺栓法兰接头密封泄漏外,还会出现管板上的管口泄漏,以及焊接裂纹等。单管板换热器管板上的管口泄漏大部分出现在焊接收弧处。焊接收弧时气体未放干净,有砂眼。
  双管板换热器具有内外双层管板,如果内管板管口泄漏,还有外管板防护。
  单管板换热器焊接裂纹常出现在换热器简体大法兰盘锥体小端与简体结合部。这里出现问题的主要原因,一是大法兰盘锥体小端与简体结合部应力大;二是几何尺寸和形状突变,容易埋藏缺陷。实例1,2001年11月北京燕山石化公司制苯装置国外进口的第一循环氢预热器F~04A(直径610 mm。厚度30 mm,长度3780 mm,材质13CrM04),大法兰盘锥体小端与简体连接焊缝处焊道上出现几段环向裂纹。该换热器已经使用6年,前部工艺为预硫化过程,导致换热器使用环境中残留有H2S,产生易裂易剥离的细粒状的腐蚀物薄膜;当温度超过300℃时,薄膜中的细粒变为大的结晶体结构,产生裂纹…。实例2,1996年12月北京燕化石化公司重整加氢联合装置新上一台换热器E108(直径1000 mm,厚度28mm,材质13CrMo4),在试压过程中,换热器一侧简体大法兰盘锥体小端与筒体连接焊缝处,出现一段裂纹。做金相分析。可以看到在裂纹内部及附近基体内有比较密集的氧化铁夹杂物,方向垂直于换热器轴线;在试验压力作用下,被拉裂。
  双管板换热器简体大法兰盘锥体小端与筒体结合部位于内外管板间形成的空腔外边上,空腔中无介质或介质压力很小。受力状况好于单管板换热器。
  另外,双管板换热器压力试验要打4遍压(管程、两内管板之间的壳程、两侧内外管板之间的腔体),单管板换器压力试验要打2~3遍压(管程、壳程或管程、壳程、小浮头)。
4 制造的比较
  (1)费用
  双管板换热器与单管板换热器相比,增加部分为两个外管板、两个内外管板之间的腔体和腔体中的换热管。目前国内定购的双管板换热器价格为1.6 ×104 RMB¥/t左右,定购的单管板换热器价格为1.4×104 RMB¥/t左右。单价上相差不大。据北京燕山石化公司制苯装置三台双管板换热器显示:如果分别采用双管板结构形式和单管板结构形式做换热器,双管板比单管板增加重量10%~20%,增加费用25%~37%。因此,应更加重视双管板换热器制造质量,使多花的钱,切实达到好的效果。
  (2)胀接
  通常,换热管和管板的连接大致有四种形式,即强度焊(常见氩弧焊)、强度胀、强度焊+贴胀、强度胀+密封焊,其差异主要反映在管孔是否开槽和焊接坡口及管子伸出长度等方面。胀接可分为非均匀胀接(机械滚珠胀接)、均匀胀接(液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接、爆炸胀接等)。
  双管板换热器设计要求采取强度焊+强度胀,推荐采用液压胀管法。单管板换热器一般设计要求采用强度焊+贴胀,采用机械胀管或手工胀管即可。目前国内大多数制造商没有液压胀管设备,即使有,由于液压胀头购置费用高并且损耗大(平均胀100多个管口,要换一个液压胀头)。液压胀头一次性使用,不能修复,因而很少采用液压胀管法制造换热器。这三台双管板换热器采用机械胀管法制造,经过现场安装后耐压实验和一年多的使用表明,双管板换热器采用机械胀管法制造可以满足要求。
5 小结
  双管板换热器作为比单管板换器更可靠的换热器结构形式,可以更好地推广应用;但有一个首要前提就是双管板换器制造质量要好,特别是换热管质量要好,保证在使用中不出现换热管壁破裂的情况。

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