全焊接板式换热器技术经济性能及应用情况概述

论文导读：中海油惠州炼油项目常减压蒸馏装置的原油－常顶油气换热器在基础设计中选择了4台U型管式换热器，通过技术交流，我们了解到法国AlfaLavalVicarb公司从1997年开始已经为外国炼油厂在常减压装置的相同部位提供过12台Compabloc全焊接板式换热器，用于替代普通U型管式换热器并且取得了满意的使用效果。
关键词：全焊接板式换热器，结构，技术经济性能
 

0.概述

中海油惠州炼油项目常减压蒸馏装置的原油－常顶油气换热器在基础设计中选择了4台U型管式换热器，通过技术交流，我们了解到法国Alfa Laval Vicarb公司从1997年开始已经为外国炼油厂在常减压装置的相同部位提供过12台Compabloc全焊接板式换热器，用于替代普通U型管式换热器并且取得了满意的使用效果。采用Alfa Laval公司板式换热器替代原U型管式换热器方案，可以达到大幅度降低该部位投资的目的。

1.全焊接板式换热器的结构、特点及优点

图一 全焊接板式换热器结构示意图

1.1结构：全焊接板式换热器主体结构参见图一，主要由以下几大部件构成：

（1）换热板片（2）支撑柱 （3）立柱护套（4）板框

1.2性能特点

（1）流动状态湍流，高效热传导 （2）高壁面剪切力

（3）不同的传热单元数（4）强度高

1.3与管壳式换热器相比的优点

（1）提高热回收（2）减少结垢

（3）优化设计（4）受振动影响小

2.与管壳式换热器的经济、技术性能比较

以中海油惠州炼油项目常减压蒸馏装置的原油－常顶油气换热器为例，对比采用板式换热器替代原U型管式换热器方案，从而对两种换热器进行经济、技术性能比较。

表1 板式换热器与管壳式换热器的经济、技术性能比较表

从上表中可以清晰地比较出板式换热器比U型管式换热器节约投资500余万元，存在巨大的降投资空间。

3.板式换热器应用中的技术问题及解决方法

3.1板式换热器耐腐蚀和冲蚀情况

⑴采用材料标准将符合ASME SB265 Ti Grade 1 的钛板，板片厚度为1毫米，换热器与介质接触的部位全部采用Ti板或Ti复合板材料，完全可以应对高温下环烷酸和低温下湿H2S的腐蚀。

⑵对于板式换热器，在流体线速很低的情况下就能够保证高度湍流，通过控制每个板片的入口流速和流道的流速，大大降低冲蚀的发生；同时，由于钛板硬度非常高，理论上冲蚀的减薄率为0。

3.2原油中所含颗粒物可能造成板式换热器堵塞

⑴热侧和冷侧的流动状态均为激烈湍流，对于颗粒直径小于2毫米且总量在0.1％（重量比）内的颗粒物，以及某些可能的絮状物沉积，堵塞都不可能发生。从物理构造上看，每个板片是垂直地面放置，板片间隙可达5毫米，存在堵塞的可能性很小。

⑵在油田上有大量的板式换热器成功安装实例，同时，在炼油厂的常减压装置上，Alfa Laval公司已经有超过10个介质为原油的板式换热器业绩（见业绩表），至今未出现堵塞的情况。

3.3设备机械强度

⑴板式换热器的机械可靠性与设备的压力和温度有直接的关系。板式换热器板片厚度选择原则有两个，即保证换热效率和保证机械强度。换热效率与板厚成反比，机械强度与板厚成正比。板式换热器板片之间有大量的接触点，这些接触点将所有板片连接成为一个整体，使板片的机械强度和抗振动能力大大增强。板片厚度只是为了保证焊接的需要，两侧差压的高低对板片焊接质量有很高要求，板片的焊接工艺采用激光焊，该技术要求钛板厚度1毫米就足够了。焊接之后要对焊缝进行严格的质量检测，其单侧气压试验压力为设计压力的1.15倍,即3.68MPa，远高于正常工作时的差压2.0MPa和开车时的最大压力2.9MPa。

⑵单侧设计压力的高低对端板的厚度有重要影响，设计时根据ASME VIII DIV.I规范来确定两侧端板的厚度。设备的液体试验压力为设计压力的1.3倍，即4.16MPa（表压）。

⑶AlfaLaval公司在瑞士Tamoil公司Collombey炼油厂原油-常顶油气钛板换热器业绩中，冷侧和热侧差压达2.54MPa（冷侧和热侧2.6／0.6MPa），该换热器1997年投入运行至今未仍未发现问题。

3.4板式换热器的检修。

⑴板式换热器检修时可以方便地进行冷侧和热侧的压力试验，发现泄漏时可以将该换热通道用两个端板堵死。

⑵该板式换热器设计温度为250度，设计压力为3.2MPa，适合蒸汽吹扫。

⑶由于拆卸端板非常容易，也可以用高压水枪直接冲洗板片，冲洗压力可达50MPa。同时，由于持液量非常小，可以采用在线化学方法进行清洗。

4.板式换热器在常减压装置的业绩情况

全焊接板式换热器在国外已有数十台成功应用业绩，以我们现场实际调研过的瑞士TAMOIL炼厂常顶4台型号为CP75型Compabloc全焊接板式换热器的生产应用实况为例进行分析研究。TAMOIL炼厂的常减压装置的处理量为230万吨／年，原料是利比亚的低硫原油，换热器的冷热侧的差压高达2.54MPa，详细设计参数参见表二，现场安装使用图见图二。改组换热器于1997年3月投入生产，至今已经运行了将近十年，期间有2次（2003年、2006年）随装置停工正常的在线清洗。2003年在装置检修时，该换热器做了一次全面的技术鉴定，没有发现板片的泄漏及变形情况，也没有发生过结垢、腐蚀及堵塞现象。

表二瑞士TAMOIL炼厂常顶全焊接板式换热器设计数据

图二 瑞士TAMOIL炼厂常顶全焊接板式换热器现场图

其他全焊接板式换热器在常减压的应用业绩情况参见表三

表三 全焊接板式换热器应用业绩表

5.结束语

目前，国产板式换热器在常减压装置没有成功使用业绩，同时要求换热器冷侧和热侧差压不大于1.5MPa，钛板厚度不大于0.8mm，板片的焊接工艺采用自动焊或密封焊，激光焊的焊接工艺目前仍在开发阶段。但随着机械设备制造工艺、技术的发展，设备可靠性及技术性能的大幅提升，板式换热器的使用范围会越来越大，前景越来越好。

6.参考文献
[1]ASME VIII DiV.1.
[2]阿法拉伐板式换热器制造标准.
[3]ASME规范中的检验试验规程.