U形管代替浮頭式換熱器的應用

王東旭

(中石化股份有限公司廣州分公司，廣東廣州510700)

    [摘要]從泄露原因分析，到設計、制造、使用、經濟效益和可操作性幾個方面對U形管換熱器代替浮頭式換熱器的可行性進行了簡單的分析，證明使用U形管換熱器可以產生巨大的經濟效益和社會效益。

    [關鍵詞]管殼換熱器；密封；泄漏；浮頭式；U形管式

    [中圖分類號]TH[文獻標識碼]A[文章編號]1007-1865(2010)07-0288-01

    換熱設備是煉化生產中廣泛應用的設備之一，約占工藝設備總量的一半左右，目前常用的換熱器種類有浮頭式、固定管板式和U形管式，其中以浮頭式換熱器最多。泄漏率是煉化企業考核換熱器的重要指標之一，由于各種原因造成的換熱器泄漏，影響生產裝置的正常運行和工廠的經濟效益。尤其是各裝置的塔底重沸器，其操作條件復雜，泄漏率較一般換熱器高，一旦泄漏就會影響整個裝置的正常生產。以筆者公司2#芳烴抽提裝置為例，水汽塔重沸器E6108在2006年內就泄漏多次，打壓多次不合格，給生產造成很大損失。

    1·原因分析

    塔底重沸器的主要泄漏部位有2處，即內浮頭密封失效和換熱管管頭破壞。表1是2006年12月大修時的泄漏統計。

    1.1內浮頭密封失效

    內浮頭密封面較窄，一般為10～16 mm，通常用波齒復合墊片作密封元件，這種墊片比壓低，其y=39.2 MPa，m=2.5～3，壓縮量較大，約1.5 mm。鑒于這種特性，管程試壓時，浮頭蓋法蘭密封，但殼程試壓時，浮頭蓋外表面受到試驗壓力的作用，再次壓緊墊片，螺栓載荷下降，殼程卸壓后，由于墊片回彈力有限而使其比壓不足，導致內浮頭墊片密封失效。

    1.2換熱管管頭泄漏

    換熱管是換熱器的重要零件，管子與管板的連接尤為重要。我公司2#芳烴裝置管頭破壞主要是由于管束振動引起管頭開裂，重沸器殼程介質均為氣液兩相共存，塔底飽和液進入重沸器，經管束加熱，部分液體汽化，體積迅速膨脹，流速增大。根據流體振動原理，此時很容易引起管束振動。經過計算及現場分析認為，塔底重沸器存在誘導流體彈性不穩定性、旋渦及聲共振的條件，導致管頭連接破壞的原因。

    2· U形管代替浮頭式換熱器的技術改造

    2.1 U形管換熱器的設計

    U形管換熱器與其他類型換熱器的最大區別是管束結構，在設計換熱管布局時應考慮換熱管的最小彎曲半徑Rmin與分程隔板槽兩側相鄰管中心距Sn的關系[1]。管徑越大，最小彎曲半徑Rmin就越大，大部分換熱管的最小彎曲半徑大于分程隔板槽兩側相鄰管中心距Sn；因此，為了保證適合分程隔板槽兩側相鄰管中心距，最內層換熱管在排列時需要進行斜向交叉排列。最內層U形管之間的間距過大時，可設置假管或擋板。

    2.2制造

    穿管是U形管束制造中的難點，對以下幾個方面進行嚴格控制：保證折流板管孔精度和排列同軸度；對U形管的形狀偏差進行嚴格控制；對直線段的直線度進行嚴格控制；穿管時在管頭加裝引導裝置。管頭與管板的連接采用管板自動焊技術，使管束在平放的狀態完成焊接。

    3· U形管與浮頭式換熱器的使用性能

    目前U形管換熱器大量應用于高溫高壓的場合。與浮頭式換熱器相比，由于去掉了浮頭密封，U形管換熱器的管束不易發生內漏，即使發生內漏，也非常容易處理，尤其是在查找漏點的時候不需要過多的工裝；而浮頭式換熱器在查找內漏時需要有大量專用的工裝，操作起來比較繁瑣。

    U形管換熱器的管束發生內漏時一般有兩種可能：一種是換熱管損壞；另一種是管板接頭焊縫腐蝕。第一種情況一般很少發生，發生時可用堵頭堵住；第二種情況比較多見，處理時可以對焊縫進行清理補焊。使用狀態下的受力狀況較好，尤其在管程溫差較大時，每個管程的溫度不一樣，單個管程的換熱管所受到的溫差應力能夠自由平衡，不受浮動管板的限制，有利于保護換熱管。使用過程中的操作彈性更大，與同等規格浮頭式換熱器相比，U形管換熱器能夠承受更大的溫度和壓力波動，有利于裝置的安穩運行。

    4·經濟效益分析

    4.1檢修費用

    以改造前BES1300-2.5-275-6/25-2(簡稱BES)和改造后BIU1300-2.5-275-6/25-2(簡稱BIU)換熱器分析，單臺檢修費用對比，在平臺上檢修U形管換熱器比浮頭式換熱器節約費用約8000元[2]。

    4.2購置費用

    一臺型號為BES的浮頭式換熱器管束質量為4215 kg[3]而型號為BIU的U形管換熱器管束質量為3830 kg[4]，它們的質量差為385 kg(當公稱壓力越高的時候，質量差就越大)。如果設備按1.8萬元/t計算，則購買一臺DN l300PN2.5的U形管換熱器(上接第288頁)要比購買一臺同規格的浮頭式換熱器節約6930元。換熱器的使用壽命一般為15年，需檢修4～6次，加上購置費差價，投用U形管式換熱器所節約的費用非常可觀。

    5·結論

    通過以上改造，使用U形管換熱器替代浮頭式換熱器，不僅性價比高，而且可減少靜密封數量，操作彈性大，對裝置的“安、穩、長、滿、優”起到了決定性作用。

    參考文獻

    [1]GB151-1999，管殼式換熱器[S]．

    [2]石油化工廠設備檢修手冊-第八分冊-換熱器．

    [3]JB/T4714-1992，浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數[S]．

    [4]JB/T4717-1992，U形管式換熱器型式與基本參數[S]．(本文文獻格式：王東旭．U形管代替浮頭式換熱器的應用[J]．廣東化工，2010，37(7)：288)