峰會在pc9648上下午

大型高壓烴類換熱器的工藝特點與應(yīng)用實例換熱器簡介一板翅式換熱器的工藝特點和技術(shù)關(guān)鍵二應(yīng)用實例三

目錄一、換熱器簡介

換熱器是天然氣液化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備。在大型高壓烴類工業(yè)裝置中，主要應(yīng)用兩種類型的換熱器：

——繞管式

——板翅式換熱器簡介繞管式換熱器繞管式換熱器主要適用于高壓介質(zhì)、換熱溫差大的場合，但由于采用了不銹鋼材料等因素，在相應(yīng)的壓力降條件下，其換熱效率相對比較低。板翅式換熱器是上世紀(jì)60年代逐步發(fā)展起來的一種新型高效換熱器。早期采用鹽浴釬焊技術(shù)，由于釬焊技術(shù)的局限性，板翅式換熱器應(yīng)用的壓力等級一般不超過4.0Mpa,主要應(yīng)用于低壓流程的空分設(shè)備和中小型乙烯裝置的冷箱中。板翅式換熱器隨著80年代真空釬焊技術(shù)應(yīng)用，板翅式換熱器的承壓能力得到大幅度提高，為板翅式換熱器應(yīng)用于大型高壓工業(yè)裝置創(chuàng)造了有利條件。90年代末期，板翅式換熱器在高壓、大型裝置領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。目前世界上主要有美國的Chart公司、法國的Cryostar（原Norton公司）及日本的住友和神鋼等生產(chǎn)廠家。國內(nèi)主要有杭氧、川空、開封空分等生產(chǎn)廠家。板翅式換熱器二、板翅式換熱器工藝特點

和技術(shù)關(guān)鍵

板翅式換熱器傳熱效率高：由于翅片對流體的擾動使邊界層不斷破裂，因而具有較大的換熱系數(shù)；同時由于隔板、翅片很薄，具有高導(dǎo)熱性，所以使得板翅式換熱器可以達到很高的效率。緊湊、輕巧：由于板翅式換熱器具有擴展的二次表面，使得它的比表面積可達到1000㎡/m3。多采用鋁合金材料制造。工藝特點適應(yīng)性強：板翅式換熱器可適用于：氣－氣、氣－液、液－液、各種流體之間的換熱以及發(fā)生集態(tài)變化的相變換熱。通過流道的布置和組合能夠適應(yīng)：逆流、錯流、多股流、多程流等不同的換熱工況。通過單元間串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)的組合可以滿足大型設(shè)備的換熱需要。工業(yè)上可以定型、批量生產(chǎn)以降低成本，通過積木式組合擴大互換性。容易堵塞，不耐腐蝕：清洗檢修很困難，故只能用于換熱介質(zhì)干凈、無腐蝕、不易結(jié)垢、不易沉積、不易堵塞的場合。工藝特點大型天然氣冷箱保冷箱：鋼結(jié)構(gòu)件換熱器：鋁制板翅式換熱器分離器：氣液分離管路：連接各換熱器保溫材料：珠光砂（膨脹珍珠巖）儀表、閥門1.流量大、熱負(fù)荷大、壓力高3.冷劑有多組分兩相流2.工況變化多，物流間壓差高，溫差小，允許壓降小大型天然氣冷箱的工藝特點

設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)規(guī)范

國際規(guī)范

ASME規(guī)范、ANSI規(guī)范、ALPEMA等

NB/T47006-2009

《鋁制板翅式換熱器》、GB150《鋼制壓力容器》、JB/T4730.1～6—2005《承壓設(shè)備無損檢測》等大型天然氣冷箱與乙烯冷箱的比較主要參數(shù)大型LNG冷箱(260萬噸/年)乙烯冷箱(100萬噸/年)比較結(jié)論原料氣組分甲烷、乙烷、丙烷等烴類甲烷、氫氣、乙烯等烴類相近冷劑組分甲烷、乙烷、丙烷、氮氣甲烷、乙烯（含少量氫氣）相近總熱負(fù)荷9.5929*108kJ/h1.9929*108kJ/hLNG冷箱大溫度范圍45℃～-160℃65℃～-180℃相近設(shè)計壓力7.92MPa6.4MPaLNG冷箱高大型天然氣冷箱與乙烯冷箱的比較主要參數(shù)大型LNG冷箱(260萬噸/年)乙烯冷箱(100萬噸/年)比較結(jié)論最小溫差2.8℃2.4℃相近換熱器物流股數(shù)525（單個芯體最多16股）乙烯冷箱多冷劑進板式相態(tài)氣液兩相氣液兩相相近冷劑換熱相變有冷凝、蒸發(fā)相變有冷凝、蒸發(fā)相變相近2.換熱器的模擬與優(yōu)化6.大型冷箱組裝技術(shù)4.高壓板翅式換熱器真空釬焊技術(shù)5.兩相流氣液均布技術(shù)3.新型翅片開發(fā)技術(shù)1.總體優(yōu)化設(shè)計6大主要核心技術(shù)核心技術(shù)1.流程模擬與優(yōu)化

適應(yīng)超臨界流體條件

精度高

適應(yīng)各種流程

優(yōu)化能力強

設(shè)計技術(shù)2.物性計算

HYSYS軟件

杭氧自行開發(fā)的烴類介質(zhì)物性計算軟件

設(shè)計技術(shù)3.傳熱計算

杭氧自行開發(fā)的計算模塊設(shè)計技術(shù)3.傳熱計算

“HTFSMUSE3.3”

軟件(校核計算)設(shè)計技術(shù)PDMS三維管道設(shè)計軟件設(shè)計技術(shù)4.管道設(shè)計CAESARⅡ管道應(yīng)力分析軟件STAAD/PRO結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計軟件MSC/NASTRAN強度分析軟件5.應(yīng)力分析設(shè)計技術(shù)技術(shù)關(guān)鍵工藝模擬與優(yōu)化設(shè)計流體的均布技術(shù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)單體、大噸位換熱器的釬焊技術(shù)板翅式換熱器的工藝模擬與優(yōu)化設(shè)計多股物流熱平衡計算根據(jù)每股物流是否發(fā)生相變對換熱器進行分段獲得各股物流在每段的物性參數(shù)根據(jù)每股物流物性參數(shù)、設(shè)計壓力、熱負(fù)荷初步選定翅片類型、通道數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)板翅式換熱器的工藝模擬與優(yōu)化設(shè)計將物性參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)代入程序中計算調(diào)整翅片類型、通道數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整翅片類型、通道數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)1．每一段各股物流的計算長度是否接近2．每股物流的壓降是否符合工藝要求3．流速是否在控制范圍進行通道排列達到局部熱負(fù)荷平衡是優(yōu)化計算結(jié)束否否否板翅式換熱器的工藝模擬與優(yōu)化設(shè)計換熱器總熱平衡Q-T圖板翅式換熱器的工藝模擬與優(yōu)化設(shè)計通道排列層數(shù)與過剩熱負(fù)荷平衡曲線圖

流體均布設(shè)計BCA冷箱間流體均布集氣管到換熱器的流體均布換熱器封頭內(nèi)流體均布兩相流均布D流體均布設(shè)計冷箱間流體均布冷箱外管線對稱布置，管道內(nèi)的流體在流動時，通過自我調(diào)節(jié),流量分配達到均勻。A冷箱間的均布流體均布設(shè)計B集氣管到換熱器的流體均布速度分布矢量圖動態(tài)平衡時流量分布流體均布設(shè)計速度分布矢量圖動態(tài)平衡時流量分布C換熱器封頭內(nèi)流體均布流體均布設(shè)計兩相流均布D氣液兩相速度分布矢量圖運用杭氧對于兩相流的分布專利技術(shù)---注液封條專利在大型石化裝置中（如乙烯裝置），單臺換熱器最多達到16股流體同時換熱，且大多為兩相流。應(yīng)用的翅片結(jié)構(gòu)達30多種，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。換熱器設(shè)計壓力達到6—8MPa。換熱器釬焊難度很大。真空釬焊技術(shù)重要用戶技術(shù)創(chuàng)新杭氧擁有國家級技術(shù)中心。近幾年,杭氧獲得了一批科技成果獎項及專利。中國發(fā)明專利《臥式吸附器的氣流均布裝置》中國實用新型專利《分凝式冷凝蒸發(fā)器》專利技術(shù)兩相流氣液均布裝置(專利號:ZL03270081.4）槽型釬焊封條(專利號:ZL200620105637.8）標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范I、II、III類壓力容器設(shè)計制造許可ASME設(shè)計制造規(guī)范U、U2鋼印產(chǎn)品授權(quán)PED(PressureEquipmentDirective)設(shè)計制造要求CE（EuropeanConformity）鋼印產(chǎn)品杭氧的設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范逐步達到歐美國家的要求。國際資質(zhì)DNV證書

CE認(rèn)證證書

國際資質(zhì)ASMEU證書

ASMEU2證書

三、應(yīng)用實例杭氧簡介

國內(nèi)最大的空分設(shè)備開發(fā)、設(shè)計、制造成套企業(yè)國家大中型空分設(shè)備及液化設(shè)備研究、開發(fā)中心和制造基地國內(nèi)石化裝備乙烯冷箱和液氮洗冷箱的國產(chǎn)化基地國內(nèi)唯一具有設(shè)計和制造大型成套乙烯冷箱和液氮洗冷箱業(yè)績的廠家在石化領(lǐng)域板翅式換熱器的設(shè)計和制造方面技術(shù)成熟、運行可靠杭氧已于2009年8月整體搬遷到新的工業(yè)園區(qū),成為具有世界一流裝備的大型制造業(yè)基地。臨安制造基地占地面積922.3畝；建筑面積33萬平方米總投資額：20.97億元生產(chǎn)能力：100萬立方米以上制氧容量單機成套制造能力：8-10萬等級空分

100萬噸乙烯冷箱杭氧簡介世界一流的制造基地俯視實景杭氧簡介臨安基地風(fēng)貌液化天然氣產(chǎn)業(yè)成套技術(shù)液化天然氣技術(shù)（工藝包）液化天然氣成套設(shè)備單元設(shè)備冷箱壓縮機LNG儲罐LNG冷能利用利用LNG冷能設(shè)計制造空分設(shè)備杭氧的液化天然氣產(chǎn)業(yè)設(shè)計制造水平

1.承壓最高:目前，杭氧設(shè)計制造的板翅式換熱器國內(nèi)最高,達到8MPa2.設(shè)計制造最復(fù)雜:單個換熱器中有16股流體同時換熱，且大多為兩相流3.尺寸最大:高壓板翅式換熱器最大尺寸6075×1200×1226mm工廠組裝的石化冷箱最大尺寸34000×7400×4400mm制造設(shè)施和裝備組裝廠房杭氧的重裝廠房,擁有兩臺250噸吊機,能滿足260萬噸/年LNG冷箱整體組裝要求.制造設(shè)施和裝備大型真空釬焊爐最大釬接尺寸：W1300mm×H1800mm×L8000mm最大耐壓等級：10MPa制造設(shè)施和裝備進口數(shù)控快速成形高密度翅片沖床高密度高效沖床沖制成形尺寸精確，強度高，沖制速度可達100～140次/分，是原國產(chǎn)沖床沖制速度的2倍所沖的翅片寬度是原翅片寬度的2.5倍達到750mm。研發(fā)歷程十一五國家科技支撐計劃十五國家重大科技攻關(guān)計劃

九五國家重大科技攻關(guān)計劃

大型乙烯裝置成套冷箱國產(chǎn)化攻關(guān)研制60-80萬噸/年乙烯冷箱的研制

百萬噸級乙烯冷箱的開發(fā)與研制循序漸近·穩(wěn)步發(fā)展1.燕山石化66萬噸/年改擴建項目

2.齊魯石化72萬噸/年改擴建項目。

.

3.茂名石化100萬噸/年改擴建項目

4.福建煉化80萬噸/年乙烯新建項目6.鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年新建項目研發(fā)歷程典型冷箱5.天津石化100萬噸/年新建項目成果展示

.“九五”國家重大科技攻關(guān)計劃燕山石化66萬噸/年改擴建項目冷箱尺寸：32800×5400×3350mm設(shè)計壓力：4.47MPa典型換熱器尺寸：4650×1100×1206mm成果展示

.“十五”國家重大科技攻關(guān)計劃齊魯石化72萬噸/年改擴建項目冷箱尺寸：4000×6000×29000mm設(shè)計壓力：3.94MPa典型換熱器尺寸：4200×1100×1294mm成果展示

.“十五”國家重大科技攻關(guān)計劃茂名石化100萬噸/年改擴建項目冷箱尺寸：30500×6000×4000mm設(shè)計壓力：3.96MPa典型換熱器尺寸：5850×1100×1227mm成果展示

.“十一五”國家科技支撐計劃天津石化100萬噸/年乙烯冷箱冷箱尺寸：33000×6500×4200mm設(shè)計壓力：5.4MPa典型換熱器尺寸：6075×1200×1226mm成果展示

.“十一五”國家科技支撐計劃鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯冷箱冷箱尺寸：30000×7400×4000mm設(shè)計壓力：6.0MPa典型換熱器尺寸：6050×1100×1195mm用戶名稱項目名稱最高設(shè)計壓力冷箱尺寸開車時間燕山石化66萬噸/年乙烯改造4.47MPa32800×5400×3350mm2000.5.中原石化20萬噸/年乙烯改造4.4MPa10570×3000×2100mm2000.8.天津聯(lián)化20萬噸/年乙烯改造5.2MPa9000×3700×2500mm2001.3.遼陽化纖22萬噸/年乙烯改造4.9MPa25200×3500×3000mm2001.6.上海石化70萬噸/年乙烯改造4.75MPa發(fā)泡保溫2001.6.蘭州化學(xué)工業(yè)公司32萬噸/年乙烯改造4.1MPa16000×2300×3500mm2002.10.業(yè)績表用戶名稱項目名