杭氧板翅式換熱器的發展
                                                       王金宏
                     杭氧股份有限公司板翅式換熱器廠（浙江310004）
    【摘要】介紹了杭氧板翅式換熱器國產化的發展過程，分析了國內外板翅式換熱器技術現狀，闡述了板翅式換熱器安裝、運行中的安全注意事項。
    【關鍵詞】板翅式換熱器空分安全運行真空釬焊爐
    一、杭氧板翅式換熱器國產化歷程
    杭氧股份有限公司板翅式換熱器廠擁有3臺大型真空釬焊爐，其中的一臺新型大型真空釬焊爐為國內最大，釬焊工件尺寸為L8 000mm×W1 400mm×H1 800mm。一臺是從美國進口的大型真空釬焊爐，該大型真空釬焊爐是世界第一臺可以釬焊6m產品的大型真空釬焊爐，由美國PV/T公司制造。另有中型不銹鋼真空釬焊爐1臺，構成杭氧鋁合金和不銹鋼板翅式換熱器的制造體系。2008年完成了鋁制板翅式換熱器3 800多噸的制造任務。已釬焊完成最大釬焊工件尺寸為6 700mm×1 300mm×1 450mm，重約12t；已成功研制完成最高設計壓力為8.0MPa，長度6.4m板翅式換熱器。截至到2009年6月底，杭氧已按ASME規范和CE規范制造鋁制板翅式換熱器數百臺出口到美國、德國、意大利、西班牙及伊朗等國家和地區，產品遍布世界各地。
    現在杭氧已自主掌握了國產空分裝置及乙烯冷箱的設計、制造技術，國產空分裝置設計制造能力達到80 000m3/h，乙烯冷箱設計制造能力也已提升到年百萬噸級（2008年完成了天津石化100萬t/a乙烯冷箱的研制任務；2009年先后完成了上海賽科石化119萬t/a乙烯冷箱和鎮海石化100萬t/a乙烯冷箱的研制任務）。國產大型空分裝置及乙烯冷箱的成功研制應用，為企業節約投資成本，提高經濟效益發揮了積極的作用。特別是乙烯冷箱的國產化使我國擺脫了該項技術完全依賴進口的局面，促進了我國技術進步和制造水平的提高。
    隨著真空鋁釬焊技術的不斷發展與完善，尤其是配套于空分設備的大型板翅式換熱器，由于產品大型化，質量要求高及結構復雜等一系列原因，過去采用鹽浴釬焊大型板翅式換熱器已不能滿足產品高質量、高水平的要求。
    1991年杭氧集團有限公司引進美國斯圖華脫·華納公司（S T E W A R T W A R N E R S O U T HWIND CORPORATION）大型真空釬焊爐及鋁制板翅式換熱器的設計制造技術，這臺大型真空釬接爐是世界上第一臺可以釬焊6m長度的設備，1992年基本建成并且開始試爐，1993年試生產，1994年正式大批量生產。由鹽浴爐轉向真空爐的速度在世界上也為數不多，1997年關閉了鹽浴爐。這是杭氧的一次騰飛。
    經過技術的引進和自主創新，杭氧規范化了設計程序，把其大膽地應用在設計整體式大單元上。至今這種尺寸為6 100mm×1 300mm×1 350mm的大單元已生產了數百臺以上，最早的已安全運行了近5年。這種整體式大單元把制氧機的運行指標又提高了個檔次，使杭氧的空分設備設計、制造水平躋于國際先進水平之林。杭氧已經成為一家很有競爭力的制造廠。
    同樣，引進的工藝技術在1994年生產了設計壓力為7.58MPa的高壓板翅式換熱器出口美國市場，2003年完成了國家西氣東輸7.6MPa高壓板翅式換熱器的研制任務，這些成果為空分裝置內壓縮流程、乙烯冷箱以及合成氨氮洗設備用高壓板翅式換熱器國產化奠定了基礎。至此，研究了多年的高壓（設計壓力大于8MPa）鋁制板翅式換熱器在杭氧成為現實。完全可以講高壓、中壓、低壓、大尺寸單元（長×寬×高，6.7m×1.3m×1.5m）及各類尺寸單元等板翅式換熱器的設計制造已成為歷史，以往那些國內不敢生產、不能生產的品種現在已全部補齊。使杭氧的鋁制板翅式換熱器生產真正步入壯年時期，可以應付各種用戶的特殊需求。因此引起了國外公司的興趣，紛紛參觀考察，欲建立長期配套關系或合資擴大生產能力的意向。美國S—W公司、德國梅塞爾公司是配套杭氧的固定用戶，如杭氧與梅塞爾公司合作出口歐洲的大型制氧機全部板翅式換熱器由杭氧供應。
    2003年4月杭氧完成了浙江省重點項目大型空分設備國產化基地二期技術改造項目之大型真空釬焊爐研制，該大型真空爐為當時亞洲之最（可釬焊工件最大尺寸：7.8m×1.3m×1.5m）。2003年4月9日取得了首次試焊成功，2003年6月投產，當年收回全部設備投資，實現了工藝技術、產品質量與世界接軌。使杭氧的真空釬焊設備制造能力達到亞洲第一，釬焊制造技術水平步入世界前列。產品的規格及制造技術始終處于國內領先水平。2009年杭氧的第三臺大型真空爐（可釬焊工件最大尺寸：8.0m×1.4m×1.8m）已經投產運行，使杭氧的制造能力又得到了二次飛躍，通過研制高密度翅片，目前正在進行設計壓力10.0MPa高壓板翅式換熱器的研制，進一步提高杭氧的國際競爭能力。
    特別是2009年上海賽科石化119萬t/a乙烯冷箱配套的設計壓力8.0MPa高壓板翅式換熱器的研制得到了突破（過去制造的8.0MPa高壓板翅式換熱器實際上是7.6MPa），它的突破標志著杭氧在國內技術領先的地位的進一步鞏固，為今后正在進行的設計壓力10.0MPa高壓板翅式換熱器的目標打好基礎。
    二、國內外技術現狀對比
    國內外板翅式換熱器主要技術現狀見下表。
 

                                                                                                        
    通過上表可以看出國產鋁制板翅式換熱器與國際發達國家在設計技術方面的能力是相當的，在制造技術方面，釬焊單元尺寸是相當的，但是，在壓力等級、最大單體重量等方面還存在一定的差距。
    三、板翅式換熱器的技術標準
    1.國內板翅式換熱器采用的標準規范杭氧按照最新版本規范、標準進行設計、制造、檢驗、試驗和驗收。
    1）ASME規范ASME第八卷第1分冊。
    2）相關的國家標準和部頒標準國家技術監督局《壓力容器安全技術監察規程》、JB/T 7261《鋁制板翅式換熱器技術條件》（即將發布的新標準JB/T 4757—2008《鋁制板翅式熱交換器》將替代它）、JB/T4730《承壓設備無損檢測》以及JB 4734《鋁制焊接容器》。
    3）制造廠的標準HTA1289—2000《鋁制板翅式換熱器氦檢漏試驗方法》和HT1286—2000《乙烯冷箱技術條件》。
    4）其他廠內標準ALPEMA《鋁制板翅式換熱器制造協會標準》。
    2．國外板翅式換熱器采用的標準規范
    有ASME SectionⅡASME第二卷、ASME SectionⅨASME第九卷、ASME SectionⅧ-Division 1 ASME第八卷第1分冊和ALPEMA《鋁制板翅式換熱器制造協會標準》。
    四、運行維護中的技術、安全注意事項
    嚴格執行操作規程。在裝置的開停車過程中，要嚴格遵守冷箱升降溫操作法，嚴格控制預冷、嚴格控制升降溫速度。單個板翅式換熱器的尖角處是應力最容易集中的地方，較為薄弱，如果冷箱升降溫過快，保冷措施不當等導致過大溫差的出現，極易在此處產生開裂。
    1.起動前應采取以下措施
    1）應對熱交換器各通道的壓力泄放裝置進行檢查。
    2）應采用吹掃等方法對管道與換熱器間連接系統中的氧化皮和沙粒等固體顆粒雜質予以清除。
    3）應采用露點不高于-40℃的氮氣對系統內殘余的水分和碳氫化合物進行吹除，直至滿足系統圖樣的要求。
    4）應采用干燥氣體進行系統冷卻，冷卻時降溫速率不得大于2℃/min，以避免對系統產生熱沖擊，冷卻氣體應同時引入各通道，冷卻氣體溫度與局部金屬溫度的溫差不得超過30℃。
    5）起動數據應記錄存檔。
    2.運行時應符合如下要求
    1）板翅式換熱器如果出現堵塞，不但會導致嚴重的換熱損失，使壓力降增大，同時也會導致分配缺陷、熱應力分布缺陷，這可能會對設備帶來危害。因此，只要存在流體污染的危險，應在換熱器流體的入口處應設置過濾器，并設置一個旁通系統，過濾網至少應能清除直徑大于0.18mm的固體顆粒雜質。
    2）系統內流體的流動應保持穩定，以避免來自壓縮機或泵的脈沖或喘振氣流的直接沖擊。
    3）壓力泄放裝置的泄放壓力不得大于最大允許工作壓力，泄放壓力設定值和泄放量應符合有關標準的規定。
    3.停車應符合如下要求
    1）停車后應先排出系統中的液體，并應采用干燥氣體使系統升溫，升溫速率不得大于2℃/min，并嚴格控制加溫氣體和系統之間的即時溫度差不大于50℃。
    2）系統達到常溫后應停止升溫，并采用干燥氣體或露點不大于－40℃的氮氣進行吹除。
    3）吹除后，如果停車需要持續一段時間，應考慮對系統進行氮封。
    4.維護保養應符合如下要求
    1）應記錄換熱器的運行情況，記錄內容應包括起動、停車和故障時的詳情及運行數據。當換熱器發生故障時，應向制造廠咨詢，咨詢前不得自行處理。
    2）對于介質中含有碳氫化合物等有害物質的系統，進行檢查前應采用必要的安全防護措施。    
    3）對于低溫系統，進入冷箱內檢查前，應切斷冷箱內保護氮氣的氣源。冷箱內氧氣含量未達到19%之前，不得進入冷箱檢查。進入冷箱檢查時，應采用報警式監測器連續監測氧氣含量，至少應有兩臺監測器每隔1h輪流使用。
    4）如需要移開冷箱內部分絕熱材料檢查時，應采取措施防止其余絕熱材料垮塌，焊接時還應采取防火措施。
    5）檢查用珠光砂絕熱的冷箱時，不得在珠光砂完全移出前進入冷箱。
    5.泄漏檢查
    （1）一般檢漏按如下要求
    1）當換熱器有外漏時，可以從絕熱外殼上局部結冰或冒出蒸汽而被察覺。若換熱器裝在冷箱之內，則從冷箱排氣閥排出的氣體的氣味或組分含量的明顯改變或流體漏出的聲音等也能被察覺。
    2）當換熱器有內部泄漏時，會使產品純度降低，如果泄漏量較大，會使相關流體的流量發生明顯變化。
    3）當懷疑有泄漏時，應立即進行檢查，并盡快與制造廠聯系。如果泄漏的是有害物質，應立即采取措施。
    （2）現場試壓檢漏現場工作開始之前，所有的通道應用干燥氮氣或干燥空氣吹除。應進行氣體分析，以確保該系統沒有殘余的有害氣體。如果換熱器裝在冷箱之內，應維持冷箱上下出氣孔的出氣并連續監控它的氧含量，氧含量小于19%時，不允許進入工作。
    各通道用盲板封閉并裝上合適的壓力表，依次對各個通道進行加壓；初期的試驗壓力設定為最大0.5MPa（表壓），因為大部分泄漏可在低壓下查出。根據泄漏的情況，可能還需用較高的壓力進行試驗，但試驗壓力不能超過該通道的工作壓力。試驗介質應采用干燥氮氣或干燥空氣。
    充壓后確認所有機械接頭都沒有泄漏。保壓10～12h，如果此時壓力下降，而且不是因為溫度變化造成的，則說明確實有泄漏。保壓時間取決于壓力表的靈敏度以及試驗通道的容量。與此同時，如有相鄰通道壓力升高，則說明通道之間有內部泄漏。如果此時相鄰通道的壓力沒有升高，則說明是外部泄漏。所有的通道都應設置壓力泄放裝置以防超壓。
    （3）泄漏的修補外部泄漏，由合格的焊工按照補焊工藝進行補焊。如果換熱器有內漏需修復，應與制造廠協商提出修復的建議與方法。
    （4）安裝要求近年來在空分設備的安裝中，出現了與過去不同的安全問題，即氫爆炸。眾所周知大型空分設備，多為鋁制設備，它能以多種原因產生氫氣，比如陰雨受潮，碰到空氣中的CO2，它會產生H2……，總之不斷產生的H2，會在密不透風的某個地方積聚起來，安裝工人一去切割，施焊，就會引起猛烈爆炸。所以所有鋁制塔器（塔內安裝有鋁制板翅式換熱器）設備必須在地上橫臥，切割封頭之前，應該進行氫氣濃度的檢測，必要時，應先用氮氣進行吹除置換，確認安全后，再割去封頭，才能就位安裝。
    五、結語
    目前，乙烯裝置規模化、大型化已成為全球發展趨勢。為適應新形勢，杭氧深入開展板翅式換熱器基礎研究和乙烯冷箱熱力設計，優化和完善計算機設計計算軟件系統，開發適用于大型板翅式換熱器的新型、高效、高強度翅片，擔負起大型乙烯冷箱國產化的重任。