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，通過技術(shù)交流，我們了解到法國Alfa Laval Vicarb公司從1997年開始已經(jīng)為外國煉油廠在常減壓裝置的相同部位提供過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Alfa Laval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

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ASME SB265 Ti Grade 1 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，Alfa Laval公司已經(jīng)有超過10個(gè)介質(zhì)為原油的板式換熱器業(yè)績(jī)(見業(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)ASME VIII DIV.I規(guī)范來確定兩側(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)參見表二，現(xiàn)場(chǎng)安裝使用圖見圖二。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，沒有發(fā)現(xiàn)板片的泄漏及變形情況，也沒有發(fā)生過結(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)

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)情況參見表三

表三 全焊接板式換熱器應(yīng)用業(yè)績(jī)表

5.結(jié)束語

目前，國產(chǎn)板式換熱器在常減壓裝置沒有成功使用業(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0.8mm，板片的焊接工藝采用自動(dòng)焊或密封焊，激光焊的焊接工藝目前仍在開發(fā)階段。但隨著機(jī)械設(shè)備制造工藝、技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備可靠性及技術(shù)性能的大幅提升，板式換熱器的使用范圍會(huì)越來越大，前景越來越好。

6.參考文獻(xiàn)

[1]ASME VIII DiV.1.

[2]阿法拉伐板式換熱器制造標(biāo)準(zhǔn).

[3]ASME規(guī)范中的檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)程.