湿式空冷器管束结构改进

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-12-4 23:02:50 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

空冷式换热器(以下简称空冷器)是石油化工厂的一种重要换热设备,它具有运转费用低廉、使用寿命较长、节省能耗和减少环境污染等特点。为了适应石油化工厂的节能和减少环境污染这一技术改造的需要,体现当代先进技术水平,针对我公司在役湿式空冷器在运行中出现的腐蚀和结垢严重、热效率降低、能耗高以及制造中出现的问题,笔者以最新的设计标准为依据,参照国内外空冷器设计的新方案、新结构和新工艺,对湿式空冷器的管束结构进行了改进。

1 翅片管

1.1 形式

  翅片管是空冷器用以传热的关键部件,它的好坏直接影响传热效率。据文[1]介绍,国外有些厂家,如美国的赫德森公司和法国的克鲁索-鲁瓦尔公司都不主张在湿式空冷器上使用单L型翅片管。认为直接喷水会加剧翅片和基管的电化学腐蚀程度,导致热阻增加,传热效率下降,空冷器寿命缩短。因此,笔者把用在湿式空冷器上的单L型翅片管(1a)改为双金属型翅片管(1b),与前者相比,后者具有以下特点:①随着温度的变化,翅片的伸缩性可产生自清理作用。②积垢和层尘沿着翅外生成,不会产生L型缠绕翅片管根部填塞的现象。③翅片牢固,不易变形,可以用高压水或高压蒸汽清垢。④价格贵,一次性投资较高,但综合效益好。

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1 改进前后翅片管形式及参数

  由于双金属型翅片管的轧片管与基管紧密配合,完全克服了单L型翅片管由于对基管覆盖不严而造成的结垢和电化学腐蚀的缺点,显著提高了换热效率,延长了使用寿命。

1.2 参数

  (1)增大翅片管的螺距 把翅片管的螺距从原2.3 mm增加到3.4 mm,这样虽使空冷器的换热面积减少,对管外膜热系数有些影响,但在换热面积富余量较大的情况下,适当增加翅片管的螺距,可以减少空气的阻力,使风机能耗下降,并且更易于清理污垢。
  
(2)增加翅片厚度 翅片的厚度由原来的0.3 mm增至0.38/0.5 mm(梯形),使翅片的刚性增加,在用蒸汽吹扫或高压水清洗时,翅片不易变形。
  
(3)增大翅片管的中心距,降低翅片的高度 翅片管的中心距s由原来的62 mm增大到64 mm,翅片高度h16 mm降低到12.5 mm,其排列形式见图2。这样翅片间的空隙由5 mm增加到14 mm,水可以喷至二、三排翅片管,提高了换热效果。同时可降低阻力降,并方便管束的吹扫和清洗。据文[1]介绍,在翅片高度不变的情况下,翅片管中心距s62 mm增加到64 mm,管外阻力降低,以四排翅片管的湿式空冷器管束为例,管外阻力降由88.26 Pa/排降至82.37 Pa/排。

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2 翅片管排列形式

2 管箱坡口

  管箱是空冷器管束的主要受压部件,国外主要参考ASME规范的规定对其进行设计制造,要求十分严格。我国GB/T 15386-94《空冷式换热器 》 要求矩形管箱的焊缝应焊透和全熔合,且应为双面焊或单面焊沿焊缝根部全长具有紧贴基体金属的垫板。由于矩形管箱结构特殊而难以进行双面焊,故一般允许采用单面焊,但必须保证其全焊透。文[2]推荐使用图3a的坡口形式,认为此坡口留有足够的间隙,垫板亦只是点焊在其上,变形微小,工艺简单,焊后熔合良好,质量稳定。但笔者在利用此坡口形式制造管箱的过程中发现,在垫板和基体金属之间常有夹渣现象,并且难以判断夹渣具体位置,影响了焊缝质量。因此将坡口改为图3b形式,先用氩弧焊打底,再用自动焊焊接,焊缝美观,无损检查合格率也高于图3a。经过一段时间的制造实践,发现裂纹大多数发生在氩弧焊打底层,这是因为管板或丝堵板与盖板的厚度差太大而引起的。经过多次探讨、研究和筛选,并经过焊接工艺评定,最后得到图3c所示的坡口形式。这种坡口不但加工简单,而且由于减小了管板或丝堵板与盖板的厚度差,避免了因厚度差而引起的焊缝裂纹。此坡口可直接采用自动焊焊接,大大提高了工作效率和焊缝外观质量,管箱焊缝全焊透且熔合良好。自使用以来,质量稳定,经无损检查,其Ⅰ级焊缝达99%以上。

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3 管箱坡口形式的改进

3 翅片管支撑件

  文[4]介绍了一种如图4a所示的定距盒作为湿式空冷器管束翅片管的支撑件,认为用定距盒作为翅片管的支撑件可以使翅片管四周都受力,防止翅片管下垂。而事实上,由于定距盒的累积误差及锈蚀,使翅片管产生很大的挠度(最大可达30 mm),会给管子与管板的胀口施加一个附加力,使管子与管板的胀口受到破坏,引起装置泄漏,效率下降,甚至会影响到装置的操作。经过研究探讨,笔者设计出了如图4b所示的翅片管支撑件,它吸收了定距盒使翅片管四周均受力的优点,最大下垂量仅为3 mm。该支撑件由支撑板和套筒组焊而成,并且用螺栓把支撑板固定在横梁上。加工时将支撑板上的s-37.gif (371 bytes)孔与管板一起钻孔,然后再扩钻至s-37.gif (371 bytes),这样可以保证支撑板孔与管板孔的同度轴,以减小穿管难度。套筒是由o.gif (129 bytes)60 mm×3.5 mm的钢管加工而成,套筒的长度以支撑10个螺距的翅片为宜,太多会增加穿管难度,太少又起不到很好的支撑作用,一般取30 mm。翅片管支撑件是一种无法更换的结构,为了避免因其锈蚀而影响空冷器的操作,把支撑件材料由Q235-A.F改为18-8不锈钢。

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4 改进前后翅片管支撑件

4 结语

  我公司轻质车间所用的湿式空冷器管束,经过上述改进后于19962月投入使用,经过5个月的运行,即使在30 °C以上的高温天气,也没有发现由于冷却效果不好而引起安全阀起跳的现象,更没有发生泄漏事故。因为空冷器的冷却效果好,氨压机出口温度低,相应地出口压力也低,使氨压机的能耗降低12%,氨压机的维修次数也降低了1/3。说明空冷器管束的改进是成功的,提高了制造质量、传热效率及使用寿命,取得了较好的经济效益。

 



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