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哈雷釬焊板式換熱器
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空心環管殼式換熱器在硫酸轉化系統的應用

點擊:1294 日期:[ 2014-04-26 22:13:38 ]
                            空心環管殼式換熱器在硫酸轉化系統的應用                                          硫酸廠 唐大海     0 引 言     川化硫酸廠以硫鐵礦為原材料,采用酸洗凈化流程,一轉一吸,設計規模為年產硫酸(100%)120 kt。l#熱熱交換器是l#轉化系統的重要設備之一。該設備結構形式為滿布雙圓缺列管式換熱器,由于長期處在SO2、SO3,氣體、冷凝酸及催化劑粉塵中,列管((Φ51×2.5×6 000mm)腐蝕嚴重,因泄漏堵掉列管造成換熱面積減少30% ,換熱效果差,制約了l#轉化系統的生產能力。由于換熱器換熱能力不足,經常利用加熱爐進行補熱以維持轉化系統的熱平衡。同時因列管泄漏,SO2、SO3,互竄,轉化率降低,尾氣排放壓力沉重,環保面臨嚴峻威脅。為盡快扭轉轉化系統的被動局面,硫酸廠于2001年大修時對l#熱熱交換器進行了更新改造。     1. 新換熱器結構型式特點     由于是更新改造,受場地和空間的限制較多,為選擇合適的換熱器,經多次考察比較,最后確定選用由華南理工大學科技開發公司開發的空心環管殼式換熱器。與傳統換熱器比較,此換熱器具有以下特點。     1.1 傳熱系數高     傳統換熱器傳熱系數一般在l0—15 W/(m2· K),而空心環管殼式換熱器具有較高的傳熱系數,可達30 w/(m2·K)。與傳統換熱器比較,在相同換熱量下,空心環管殼式換熱器換熱面積、重量都有所減少(見表1)。                     從表l可以看出,對于相同的換熱量,采用空心環管殼式換熱器較采用傳統換熱器換熱面積節省30% ,這樣,不僅可以減少設備的的投資,而且對于改造工程也是非常有利的。由于換熱器直徑減小,新換熱器可以直接安裝在原基礎上,既節省了場地又節省了管道和保溫材料的費用。     1.2 操作彈性大     空心環管殼式換熱器的關鍵核心部位是空心環網板。用空心環結構替代傳統換熱器的折流板,雖管程阻力有所增加,但殼程阻力只有傳統換熱器的20%左右,總阻力比傳統換熱器小,壓降低,有較大的操作彈性,且殼程不易積垢,可長期維持低壓降運行。     1.3 不易腐蝕和堵塞     空心環管殼式換熱器采用縮放管,湍動大,層流底層較薄,管內傳熱系數大于管外傳熱系數,避免了傳統換熱器管內積酸泥和氣流通過管壁時產生收縮與膨脹的現象,有效減少了管子的腐蝕和堵塞。     綜上所述,與傳統換熱器相比,空心環管殼式. 換熱器具有明顯的優點。     2 新換熱器結構及主要部件     2.1 空心環管殼式換熱器結構     2001年硫酸廠選用了一臺換熱面積為438m2的空心環式換熱器,更換了原l#雙圓缺列管式換熱器。空心環管殼式換熱器結構如圖l。     2.2 主要部件     2.2.1 空心環網板     空心環網板是空心環管殼式換熱器的關鍵部件,是管間支承物。空心環網板由20×3mm上扁鐵、下扁鐵及800個Φ36×3×30mm的空心環組成,材質均Q235-A,短管節長30mm,對(Φ5l×3.5mm的縮放管的凹凸面可以全部覆蓋(接觸),有較好的穩固作用,防止振動。空心環網板作為管間支承物,空隙率大,對氣體阻力小,殼程管隙間氣體的絕大部分壓降可作用在強化管的粗糙傳熱面上,用以提高流體傳熱滯流底層的湍流強度,降低熱阻,達到謁化傳熱的目的。                                                         圍  1 空心環管殼式換熱器結構圖 l一下管板;2一下夾套開孔;3—氣體分布板;4一空心環網板;5一阻流圈;6一上夾套開孔;7一上管板;8一管束或拉桿     2.2.2 縮放管     用空心環管殼式換熱器的縮放管代替傳統換熱器的普通列管。從腐蝕和機械性能考慮,換熱器縮放管材料選用20 g,尺寸規格為Φ51×3.5×3560 mm。由于縮放管管徑的不斷改變,煙氣在流動過程中亦不斷改變流動方向,提高了湍動程度,使熱阻最大的滯流層底層不斷地被破壞掉,又不斷地更新,減薄了層流底層的厚度,有效地提高了換熱器的傳熱系數。     2.2.3 環型夾套     如圖l所示,在換熱器下部殼體SO:側氣室開有4個430×570 mm的氣體分布孔,上部殼體開有3個SO 出氣口。氣體經環形夾套沿殼程周向環形進入,氣體分布均勻,且氣流速度減緩,減少了對縮放管的沖刷。為了減少對殼體的直接沖刷腐蝕,在進口殼體的迎氣面貼焊1 Crl8Ni9Ti不銹鋼防腐板。     3 使用效果     空心環管殼式換熱器于2001年3月硫酸大修后投入使用,徹底解決了轉化系統的熱平衡問題。在生產正常的情況下,不需開加熱爐進行熱補償就能維持系統穩定的熱平衡。     該換熱器投運后,現場多次測定管程、殼程阻力,總阻力一般穩定在9 330~10 665 Pa,比改造前傳統換熱器的阻力17 330—19 995 Pa大大降低,節約了系統的運行成本。經計算,傳熱系數約為24 W/(m2·K),達到了設計能力。至今該換熱器已運行達5 a。每次大修對該換熱器進行檢查,縮放管內外均較干凈,沒有發現腐蝕和結垢、堵塞的情況;內部零部件空心環網板、阻流圈、氣體分布板沒有變形、堵塞,結構完好。鑒于空心環管殼式換熱器具有較優良的性 能,2002年6月,硫酸廠又對轉化預熱器進行了選型、設計。2003年3月用空心環管殼式換熱器替代了預熱器的高、低溫段換熱器,運行情況良好。2006年硫酸系統大修,準備對2。轉化器的中熱交換器、熱熱交換器進行更新改造,無疑,空心環管殼式換熱器將是首選。     4 結語     使用l#熱熱交換器5a及預熱器高、低段3a的生產實踐表明,硫酸廠應用的空心環管殼式換熱器是成功的,徹底解決了硫酸裝置轉化系統熱平衡問題,由于總阻力下降,操作彈性提高,降低了系統的運行成本。
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