板翅式换热器的设计.pdf
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1、板翅式换热器的设计 DevelopmentDevelopmentDevelopmentDevelopment ofofofof plate-finplate-finplate-finplate-fin heatheatheatheat exchangerexchangerexchangerexchanger JI Xun-da (Hangzhou Oxygen Plant Group Co Ltd., Hangzhou 310004, China) AbstractAbstractAbstractAbstract:A technical development of developing, d
2、esigning and manufacturing of plate-fin heat exchanger for petroleum and chemical engineering are described . The developmental succes of plate-fin heat exchanger of high-pressure increase s a complete ability of China s large plant of petroleum and chemical engineer ing ,and the use of China s plat
3、e-fin heat exchanger in impoted units. The produc t has been exported to U.S.A.It marks the advanced technical level of China s pla te-fin heat exchanger in the world. KeyKeyKeyKey words:words:words:words: plate-fin heat exchanger;calculation d esign; equal destribution of two phase-flowages; materi
4、al;manufacture 随着我国内陆和沿海油田开发,进入 70 年代以来,我国石油化学工业得到迅速发展,先后引进多套乙烯和合成氨 大型装置,因而这些装置国产化也就提到议事日程,其中的板翅式换热器冷箱是成套装置国产化关键设备之一。 乙烯深冷分离、合成氨氮洗和油田气回收中的冷箱,是由多个板翅式换热器用管道连接并组装在一起放入箱体内, 以珠光砂填充作绝热材料组装而成。冷箱中板翅式换热器大多在高压、低温工况下操作,介质系含氢轻烃复杂混合物, 且为多股流、多组分的加热、冷却及部分冷凝与部分蒸发的相变换热。因此,物性数据计算和传热性能计算都比较复 杂,其正确翅型选择、流道排列及流体均布又直接影响传热
5、计算。为此,1975 年原机械部、化工部和石油部联合组织 冷箱联合攻关组,将板翅式换热器传热计算方法研究列入国家七五科技攻关项目。20 多年来,经科研、设计及制造单 位努力,通过大量试验研究和模拟试验运转考核,开发了较为可行的设计计算程序。1985 年兰化设计院和兰州石油机 械研究所引进了英国传热和流体流动学会(HTFS)板翅式换热器计算程序(MUSEI)。1992 年杭氧集团公司在引进美国 S.W 公司大型真空钎焊炉的同时引进了板翅式换热器设计计算程序,为石油化工板翅式换热器的开发和引进装置国产化创 造了条件。 1 1设计设计 1.11.1热力计算热力计算 板翅式换热器设计,主要包括设计计算
6、和性能校核。设计计算是在一定的工艺参数条件下,计算换热器所需传热 面积(或有效长度)。性能校核是在原设计工艺条件发生变化情况下,确定流体出口温度是否满足工艺要求。 多股流板翅式换热器传热计算是将几股热流体和冷液体分别拟合成相当的2 股液体,把多股流换热简化成 2 股流 换热,并按逐步热平衡法进行热力计算。为使换热器同一横截面壁温尽可能接近,防止可能产生的温度交叉和热量内 部损耗,在计算中必须对每一条通道作周密考虑。若通道排列不当,易造成局部热量不平衡及换热器效率下降,将无 法用纯粹增加换热面积的方法来补偿,这已被实践证明。所以在设计过程中,通过对不同流道排列情况下传热计算, 以局部热平衡偏差、
7、允许阻力值和流道计算长度偏差为主要控制指标,达到优化设计目的。 1.21.2强度设计强度设计 由于板翅式换热器芯体结构复杂,钎焊缝的检查受到结构限制,不可能采用X 射线无损检查,也不可能作强度核 算。美国锅炉及压力容器规范 ASME 第卷第一分册规定,凡容器或容器部件的强度难以准确计算以保证安全时,其最 大许用工作压力可采用试件的爆破压力来确定。我公司采用美国ASENSE 软件包,通过有限元应力分析,确定以翅片、 封条、隔板全尺寸的 300mm300mm3 层流道的模拟试样爆破压力来决定最大许用工作压力。规定试样爆破压力值应不 低于设计压力的 5 倍,且以翅片拉伸断裂为合格。其最大许用工作压力
8、(设计压力)按下式确定: 可见翅片材料实测拉伸强度越高,所得的最大许用工作压力则越低。为得到翅片最大许用工作压力,翅片材料作 退火处理,使拉伸强度达到或接近最小值。不同材料翅片最大许用工作压力值见表1,翅片规格说明见图 1。 表 1翅片最大许用工作压力值 翅片规格 翅片拉伸强度 额定值/MPa 翅片拉伸强度 实测值/MPa 翅片爆破 压力值/MPa 最大允许工作 压力值/MPa 翅片材质 63.5D1505/5.75137.9145.039.57.513004+1100 63.5D1705/5.75137.9145.036.06.843004+1100 63.5J1604/32137.9141
9、.028.55.573004+1100 63.5J1404/60137.9144.533.06.303004+1100 63.5D1505/5.7596.598.025.04.923003 63.5D1705/5.7596.5101.624.04.563003 50D1002/5.7596.5123.018.02.863003 50J14025/3296.5123.014.02.203003 图 1翅片规格说明 1.31.3结构设计结构设计 石油化工板翅式换热器多数是多股流多组分流体换热,流体在板束流道中的均匀分配是结构设计中1 个重要问 题,它直接影响换热器性能。特别是对多组分两相流混合物,
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