王学生 王如竹(上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200030)
我国有中小氮肥厂500多家,其化肥总产量占全国化肥产量的一半以上。然而中小氮肥厂又是我国的耗能大户,因此节能降耗成为这些企业的主要问题。换热器是氮肥生产过程中的关键设备,而管壳式换热器由于具有耐高温、高压、处理量大、制造技术成熟等优点,在其中占有重要的地位。目前氮肥厂使用的管壳式换热器,其壳程内部大都采用传统的折流板(单弓形挡板)结构。这种换热器传热效率低,材料及能量消耗大,而且由于抗流体诱导振动能力差,易引起设备的破坏与腐蚀,使用寿命极短。因此对氮肥厂现有的这种换热器进行技术改造并对其实施设备的更新换代,已成为长期从事氮肥工业及换热设备工作者的历史重任。
1 高效节能换热器简介
高效节能换热器是由国外先进换热技术发展而来。1977年美国菲利浦石油公司Ｗ.Ｍ.Ｓｍａｌｌ等人为解决大型管壳式换热器的流体诱导振动,开发出折流杆换热器[1],该换热器内部结构以杆式支撑替代原弓形挡板,具有抗振、高效、低压降等优点。在20世纪80年代该公司又进一步对这种换热器的流体力学与热力学的计算进行了大量理论与实验研究,并开发出了该种换热器的设计计算程序[2-3],该技术在世界各地得到广泛应用。在吸收和消化这一先进技术的基础上,国内华南理工大学、郑州工业大学从80年代末也开始了对该种换热器的研究工作。步入90年代,国内至少有数十家高校、院所对这种换热设备进行了不同程度的理论分析与实验研究。
十几年来,经过模型实验、设备试制、工业实验等研究阶段,至今已总结出包括工艺计算、结构设计、加工制造等一系列的该种换热器的设计制造技术,并已取得良好的结果。高效节能换热器与传统的折流板管壳式换热器比较,在内部结构上有较大改进。一是壳程内部采用折流杆组成的折流栅取代折流板作管间支撑物,使壳程流体由横向流动变为平行流动。这不仅大大减少了传热死区,而且大幅度减少了流体因多次反复折流而损失的壳程压力降。二是采用螺旋槽型强化传热管,强化流体在管内外纵向冲刷时的对流传热。其强化传热的机理为:壳程流体在非传热界面的区域,如管间支撑物的局部地区,形体阻力损失很小,而大部分的流体压降可用来促进传热管传热界面上的流体湍流,能以较低的流体输送功获取较高的传热膜系数;螺旋槽管可利用粗糙的传热肋面来促进流体边界层的湍流度,减薄传热滞流底层厚度,从而强化边界层传热,管内管外的传热同时得到了强化。三是在换热器壳程进出口处设计变截面导流筒结构,使流体在壳程的分布更加均匀,换热面积得到更有效的利用,同时减少了流体对管束的冲刷。经过近10年的研究与开发,目前已开发出适用于气-气、气-液、液-液无相变及有相变的新型高效节能换热器系列。新型换热器与现行管壳式换热器相比,总传热系数提高35%以上,壳侧阻力降减小50%以上,处理相同的热负荷,所需设备质量轻。实践证明,与现有传统的折流板换热器设计计算一样,高效节能换热器的设计技术已比较成熟,其流体力学与传热学计算已自成体系,其强度计算与结构设计可利用管壳式换热器国家标准(ＧＢ151—98)执行。笔者认为,全面替代传统管壳式换热器的时机已经到来,因此该项技术大规模的推广应用尤为重要。
2 在氮肥工业中的应用情况
氮肥生产中换热方式比较单一,绝大部分是无相变传热的气-气、气-液、液-液之间的热交换,主要分布在合成氨的变换、精制、合成等工段。少数为有相变的传热,如氨的冷凝或蒸发以及水的汽化等,因此新型高效节能换热器系列非常适合在氮肥工业中应用。
2.1 在合成氨变换系统的应用
目前国内不少中小型合成氨厂变换系统已采用全低变工艺。该系统变换气(在进变换炉一段以前为半水煤气)的工艺流程为:半水煤气→焦炭过滤器→饱和塔→气水分离器→热交换器(管内)→变换炉一段→调温加热器→变换炉二段→主热交换器(管间)→第一水加热器→变换炉三段→热水塔→第二水加热器→冷却塔→脱硫装置。系统热水流程为:热水塔→热水泵→调温加热器→第一水加热器→饱和塔→补充软水→热水塔。第二水加热器的软水为锅炉提供加热的软水,冷却塔用水为工厂大池内循环水。以上流程中的主热交换器、第一水加热器、第二水加热器及冷却塔皆为管壳式换热器,而且目前大都沿用传统的折流板结构,在该系统应用高效节能换热器有巨大的潜力。湖北荆门化肥厂年产6万ｔ合成氨装置,其变换系统采用全低变工艺,1997年笔者对该厂变换系统的主热交换器、第一水加热器、第二水加热器、冷却塔4台设备进行了设计改造,以三门峡化工机械厂生产制造的新型换热器替代原传统的换热设备。改造后两种设备情况对比见表1。
本文章更多内容：1 - 2 - 3 - 下一页>> |
您的位置：技术工种之机修知识网
→ 其它修理知识
→ 正文
本文章所属分类：首页
→ 其它修理知识