
板翅式换热器设计,主要包括设计计算和性能校核。设计计算是在一定的工艺参数条件下,计算换热器所需传热面积(或有效长度)。性能校核是在原设计工艺条件发生变化情况下,确定流体出口温度是否满足工艺要求。
翅片最大许用工作压力值
翅片规格 翅片拉伸强度
额定值/MPa 翅片拉伸强度
实测值/MPa 翅片爆破
压力值/MPa 最大允许工作
压力值/MPa 翅片材质
63.5D1505/5.75 137.9 145.0 39.5 7.51 3004+1100
63.5D1705/5.75 137.9 145.0 36.0 6.84 3004+1100
63.5J1604/32 137.9 141.0 28.5 5.57 3004+1100
63.5J1404/60 137.9 144.5 33.0 6.30 3004+1100
63.5D1505/5.75 96.5 98.0 25.0 4.92 3003
63.5D1705/5.75 96.5 101.6 24.0 4.56 3003
50D1002/5.75 96.5 123.0 18.0 2.86 3003
50J14025/32 96.5 123.0 14.0 2.20 3003
石油化工板翅式换热器多数是多股流多组分流体换热,流体在板束流道中的均匀分配是结构设计中1个重要问题,它直接影响换热器性能。特别是对多组分两相流混合物,如果流体在流道中分布不均匀,使沸腾、冷凝在不同的气液平衡条件下进行,放热系数就会大不相同。若严重偏离设计工况,将会使传热性能大为恶化,所以在两相流换热器结构设计中,对此必须引起足够重视。
流体进口中液体的体积百分率在总量的5%~95%时,为使气液两相流体在流道中充分混合并均布,必须将气液两相先分离后,再分别送入换热器进行热交换,并可根据不同工况和操作特牲,选择不同的均布结构形式。最常用的结构形式有:①在板束通道内布置一穿过封条的多孔喷射管,液体直接喷入通道,随气相均匀进入板束。②在板束中设一流向与气流方向相垂直的横流翅片。③封头中加一多孔网板。④封头中设喷管,液体从喷管喷出,并随气相带走。
为使液体在气相中得到均布,使气液两相均匀进入换热器换热,结构设计上必须满足气流速度大于气液夹带速度最小值,即vg>vs。
乙烯冷箱、合成氨氮洗设备和油田气回收装置等石化行业中的板翅式换热器,工作压力和温度都高,对铝材选用提出了新的要求。
板翅式换热器所能承受的最大许用工作压力取决于板束的设计和选用的材料。一般来说,板翅式换热器常用材料为3003,隔板为厚0.8~1.2mm的3003,且包复厚度为8%~12%的4004钎料复合板。对于高压换热器,在设计压力高于5.0MPa时,翅片选用0.5mm的3004及包复厚度10%的1100的复合铝箔,抗拉强度可比3003提高40%~50%,达到140MPa左右,隔板也增厚到1.6~2.0mm,为提高钎缝强度,考虑到较高压力通道所需的钎料合金比低压通道要多,除隔板本身10%钎料包复层外,还需再敷设0.05~0.08mm的4047共晶钎料薄片,较多的合金钎料有利于形成良好的焊角。
必须指出的是,当用户要求产品应符合ASME规范时,制造厂应根据ASME第Ⅱ卷材料D篇性能,用第Ⅱ卷材料B篇非铁基材料和C篇焊条、焊丝及填充金属材料。在工作温度高于90℃时,按ASME规范要求,应对钎焊容器作高温下工艺评定试验。
钎焊温度是决定产品质量的关键,它由钎料最大程度充分液化并流动的高温和减小隔板及翅片变形危险的低温二者综合考虑而定。根据钎料化学成分的不同,钎料熔化温度也不同,一般应高于钎料的固相线,但低于液相线,通常为590~605℃,在该温度下钎料的熔化、流动性和湿润性处于最佳状态。
真空钎焊炉的真空度是影响产品质量的主要原因之一,它有效降低炉内氧分压,破除组件表面的氧化膜,并使组件在高真空下不再重新氧化。要求真空炉真空度在1×10-4Pa以上,否则就难于保证钎焊质量。
我国板翅式换热器在压力等级和品种规格上已形成较为完整系列,产品质量和制造技术已接近世界先进国家同期水平。具体表现为:①无熔剂真空钎焊替代了盐浴浸渍钎焊,新技术的采用不仅大为降低生产成本,且避免了对大气和环境污染,提高了产品质量。②通过对引进技术消化、吸收,突破了高压板翅式换热器制造技术,8.0MPa高压板翅式换热器的开发和研究成功,为我国发展大型石化成套装置创造了条件。
