全焊接板式換熱器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能及應(yīng)用情況概述

全焊接板式換熱器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能及應(yīng)用情況概述

論文導(dǎo)讀：中海油惠州煉油項(xiàng)目常減壓蒸餾裝置的原油－常頂油氣換熱器在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中選擇了4臺(tái)U型管式換熱器，通過(guò)技術(shù)交流，我們了解到法國(guó)AlfaLavalVicarb公司從1997年開始已經(jīng)為外國(guó)煉油廠在常減壓裝置的相同部位提供過(guò)12臺(tái)Compabloc全焊接板式換熱器，用于替代普通U型管式換熱器并且取得了滿意的使用效果。

關(guān)鍵詞：全焊接板式換熱器，結(jié)構(gòu)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能

0.概述中海油惠州煉油項(xiàng)目常減壓蒸餾裝置的原油－常頂油氣換熱器在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中選擇了4臺(tái)U型管式換熱器，通過(guò)技術(shù)交流，我們了解到法國(guó)AlfaLavalVicarb公司從1997年開始已經(jīng)為外國(guó)煉油廠在常減壓裝置的相同部位提供過(guò)12臺(tái)Compabloc全焊接板式換熱器，用于替代普通U型管式換熱器并且取得了滿意的使用效果。采用AlfaLaval公司板式換熱器替代原U型管式換熱器方案，可以達(dá)到大幅度降低該部位投資的目的。1.全焊接板式換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)圖一全焊接板式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖1.1結(jié)構(gòu)：全焊接板式換熱器主體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖一，主要由以下幾大部件構(gòu)成：（1）換熱板片（2）支撐柱（3）立柱護(hù)套（4）板框1.2性能特點(diǎn)（1）流動(dòng)狀態(tài)湍流，高效熱傳導(dǎo)（2）高壁面剪切力（3）不同的傳熱單元數(shù)（4）強(qiáng)度高1.3與管殼式換熱器相比的優(yōu)點(diǎn)（1）提高熱回收（2）減少結(jié)垢（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)（4）受振動(dòng)影響小2.與管殼式換熱器的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性能比較以中海油惠州煉油項(xiàng)目常減壓蒸餾裝置的原油－常頂油氣換熱器為例，對(duì)比采用板式換熱器替代原U型管式換熱器方案，從而對(duì)兩種換熱器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性能比較。表1板式換熱器與管殼式換熱器的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性能比較表

技術(shù)參數(shù)比較U型管式換熱器AlfaLaval公司板式換熱器設(shè)備型號(hào)BIU1400-4.0/4.0-540-6/25-2CPL75-H-200設(shè)備臺(tái)數(shù)4臺(tái)4臺(tái)操作方式并聯(lián)并聯(lián)單臺(tái)設(shè)備凈重28噸6.792噸換熱管/板材質(zhì)TA1ASMESB265TiGrade1設(shè)備投資（4臺(tái)）2228.8萬(wàn)元RMB1700萬(wàn)元RMB原油側(cè)耐壓性能4.0/5.0Mpa（設(shè)計(jì)/試驗(yàn)表壓）3.2/4.16Mpa（設(shè)計(jì)/試驗(yàn)表壓）設(shè)計(jì)溫度250℃/220℃（油氣/原油）250℃/250℃（油氣/原油）壓降0.068/0.0025MPa（油氣/原油）0.068/0.0019MPa（油氣/原油）外型尺寸DN1400×76001861×1603×1760從上表中可以清晰地比較出板式換熱器比U型管式換熱器節(jié)約投資500余萬(wàn)元，存在巨大的降投資空間。3.板式換熱器應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題及解決方法3.1板式換熱器耐腐蝕和沖蝕情況⑴采用材料標(biāo)準(zhǔn)將符合ASMESB265TiGrade1的鈦板，板片厚度為1毫米，換熱器與介質(zhì)接觸的部位全部采用Ti板或Ti復(fù)合板材料，完全可以應(yīng)對(duì)高溫下環(huán)烷酸和低溫下濕H2S的腐蝕。⑵對(duì)于板式換熱器，在流體線速很低的情況下就能夠保證高度湍流，通過(guò)控制每個(gè)板片的入口流速和流道的流速，大大降低沖蝕的發(fā)生；同時(shí)，由于鈦板硬度非常高，理論上沖蝕的減薄率為0。3.2原油中所含顆粒物可能造成板式換熱器堵塞⑴熱側(cè)和冷側(cè)的流動(dòng)狀態(tài)均為激烈湍流，對(duì)于顆粒直徑小于2毫米且總量在0.1％（重量比）內(nèi)的顆粒物，以及某些可能的絮狀物沉積，堵塞都不可能發(fā)生。從物理構(gòu)造上看，每個(gè)板片是垂直地面放置，板片間隙可達(dá)5毫米，存在堵塞的可能性很小。⑵在油田上有大量的板式換熱器成功安裝實(shí)例，同時(shí)，在煉油廠的常減壓裝置上，AlfaLaval公司已經(jīng)有超過(guò)10個(gè)介質(zhì)為原油的板式換熱器業(yè)績(jī)（見(jiàn)業(yè)績(jī)表），至今未出現(xiàn)堵塞的情況。3.3設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度⑴板式換熱器的機(jī)械可靠性與設(shè)備的壓力和溫度有直接的關(guān)系。板式換熱器板片厚度選擇原則有兩個(gè)，即保證換熱效率和保證機(jī)械強(qiáng)度。換熱效率與板厚成反比，機(jī)械強(qiáng)度與板厚成正比。板式換熱器板片之間有大量的接觸點(diǎn)，這些接觸點(diǎn)將所有板片連接成為一個(gè)整體，使板片的機(jī)械強(qiáng)度和抗振動(dòng)能力大大增強(qiáng)。板片厚度只是為了保證焊接的需要，兩側(cè)差壓的高低對(duì)板片焊接質(zhì)量有很高要求，板片的焊接工藝采用激光焊，該技術(shù)要求鈦板厚度1毫米就足夠了。焊接之后要對(duì)焊縫進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，其單側(cè)氣壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.15倍,即3.68MPa，遠(yuǎn)高于正常工作時(shí)的差壓2.0MPa和開車時(shí)的最大壓力2.9MPa。⑵單側(cè)設(shè)計(jì)壓力的高低對(duì)端板的厚度有重要影響，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)ASMEVIIIDIV.I規(guī)范來(lái)確定兩側(cè)端板的厚度。設(shè)備的液體試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.3倍，即4.16MPa（表壓）。⑶AlfaLaval公司在瑞士Tamoil公司Collombey煉油廠原油-常頂油氣鈦板換熱器業(yè)績(jī)中，冷側(cè)和熱側(cè)差壓達(dá)2.54MPa（冷側(cè)和熱側(cè)2.6／0.6MPa），該換熱器1997年投入運(yùn)行至今未仍未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。3.4板式換熱器的檢修。⑴板式換熱器檢修時(shí)可以方便地進(jìn)行冷側(cè)和熱側(cè)的壓力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)可以將該換熱通道用兩個(gè)端板堵死。⑵該板式換熱器設(shè)計(jì)溫度為250度，設(shè)計(jì)壓力為3.2MPa，適合蒸汽吹掃。⑶由于拆卸端板非常容易，也可以用高壓水槍直接沖洗板片，沖洗壓力可達(dá)50MPa。同時(shí)，由于持液量非常小，可以采用在線化學(xué)方法進(jìn)行清洗。4.板式換熱器在常減壓裝置的業(yè)績(jī)情況全焊接板式換熱器在國(guó)外已有數(shù)十臺(tái)成功應(yīng)用業(yè)績(jī)，以我們現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研過(guò)的瑞士TAMOIL煉廠常頂4臺(tái)型號(hào)為CP75型Compabloc全焊接板式換熱器的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)況為例進(jìn)行分析研究。TAMOIL煉廠的常減壓裝置的處理量為230萬(wàn)噸／年，原料是利比亞的低硫原油，換熱器的冷熱側(cè)的差壓高達(dá)2.54MPa，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)參見(jiàn)表二，現(xiàn)場(chǎng)安裝使用圖見(jiàn)圖二。改組換熱器于1997年3月投入生產(chǎn)，至今已經(jīng)運(yùn)行了將近十年，期間有2次（2003年、2006年）隨裝置停工正常的在線清洗。2003年在裝置檢修時(shí)，該換熱器做了一次全面的技術(shù)鑒定，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)板片的泄漏及變形情況，也沒(méi)有發(fā)生過(guò)結(jié)垢、腐蝕及堵塞現(xiàn)象。表二瑞士TAMOIL煉廠常頂全焊接板式換熱器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

熱側(cè)冷側(cè)介質(zhì)名稱常頂油氣介質(zhì)名稱原油設(shè)計(jì)壓力MPa（G）0.35設(shè)計(jì)壓力MPa（G）3.3設(shè)計(jì)溫度℃183設(shè)計(jì)溫度℃100操作壓力MPa（G）0.06操作壓力MPa（G）2.6最高操作壓力MPa（G）0.15最高操作壓力MPa（G）3.0進(jìn)／出口操作溫度℃120／80進(jìn)／出口操作溫度℃20／60

圖二瑞士TAMOIL煉廠常頂全焊接板式換熱器現(xiàn)場(chǎng)圖其他全焊接板式換熱器在常減壓的應(yīng)用業(yè)績(jī)情況參見(jiàn)表三表三全焊接板式換熱器應(yīng)用業(yè)績(jī)表

所屬公司安裝位置型號(hào)材質(zhì)臺(tái)數(shù)日期巴爾及利Lukoil-Neftochim公司Bourgas煉油廠Lukoil-Neftochim公司，Bourgas煉油廠常頂油氣－原油CP75316L42005俄羅斯Novoshahtinsk煉油廠柴油－原油CP50254SMO22006CP75254SMO12006常頂油氣－原油CP75316L42006CP50254SMO12006汽油－原油CP50254SMO12006瑞士Tamoil公司Collombey煉油廠常頂油氣－原油CP75Ti21996美國(guó)ConocoPhillips公司Ponca煉廠HVGO－原油CP75254SMO22003美國(guó)SinclairOil公司Tulsa煉油廠常頂油氣－原油CP75254SMO22006煤油－原油CP50254SMO12006常底－原油CP75254SMO42006瑞典Nyn?s公司Gothenburg煉油廠原油－除鹽水CP50Ti120045.結(jié)束語(yǔ)目前，國(guó)產(chǎn)板式換熱器在常減壓裝置沒(méi)有成功使用業(yè)績(jī)，同時(shí)要求換熱器冷側(cè)和熱側(cè)差壓不大于1.5MPa，鈦板厚度不大于0