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缠绕式换热器的前世今生

浏览次数: 发布日期:2020-04-23 23:41

列管式冷凝器列管式换热器)、搅拌式反应釜专业生产厂家无锡天骥化工设备2020年4月23日讯  缠绕管式换热器是一种新型的热交换器,其结构不同于目前石油化工厂中广泛使用的管壳式换热器。该换热器的换热管呈螺旋绕制状,且缠绕多层。

 

每一层与前一层之间逐次通过定距板保持一定的距离,层间缠绕方向相反。由于换热器在壳体内的长度可以加长,从而缩短了换热器的外壳尺寸,使传热效率提高。

 

1895年西德的林德企业首次开发了缠绕管式换热器,当时只是被用来作工业规模的空气液化设备。不久,英国汉浦森又设计并制造出来蛇管形螺旋绕管式换热器。

 

所以,缠绕管式换热器也称Linde Hampson换热器。林德的缠绕管式换热器由两个同心管缠绕成蛇形管,高压空气通入内管而冷的低压空气成逆流流经内外管之间的缝隙。

 

汉浦森采用的换热器由许多管子组成,这些管子从内向外来回螺旋缠绕,形成盘管叠落在中心圆筒上。

 

缠绕管式换热器从首次设计、制造到现在,在绕管形式上已先后出现了很多形式各异的新型绕管式换热器,但是主体结构都是大同小异,下面列出的是最常见的两种形式。

单股流

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

多股流

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

 

缠绕式换热器的特点

 

 

1、绕管式换热器层与层之间换热管反向缠绕,这种特殊结构极大地改变了流体流动状态,形成强烈的湍流效果,湍流状态更强烈,提高了换热系数,减小了传热面积,以最少的材料达到最佳的换热效果,同时考虑压降和换热系数的最佳组合关系,以最小的压降达到最好的换热效果即高效换热。

 

2、设备重量小、占地少、配管简单、安装检维修便捷、设备投资相对较低。

 

3、介质温度端差小:由于其独特的螺旋缠绕结构,介质在换热管束中停留更长时间,换热更加充分,故冷热介质温度端差小,实际热端温差可达10℃左右。

 

4、高压下采用管道式八角垫自紧式密封,缠绕管换热器彻底改变了大型高压换热器的密封结构、提高了密封可靠性,保证了装置安稳长周期运行;绕管结构采用换热管与壳体组合结构,耐压性能好,具备在22MPa下使用。

 

5、缠绕管式换热器由于管端存在一定长度的自由弯曲段,因而具有很好的挠性,传热管的热膨胀可部分自行补偿,减轻了对管板焊接的应力影响,减少了管头与管板焊缝的泄漏可能性。同时,具有抗振动、耐高低温差大的特点,使用寿命可相对延长。

 

6、管内介质以螺旋方式通过,壳程介质逆流横向交叉通过绕管,避免了螺纹锁紧环折流板结构换热器在折流板背面存在的换热死区和垢物积聚沉淀,因此介质流畅、不存在换热死区;

 

同时流体在相邻管之间、层与层之间不断地分离和汇合,使壳体侧流体的湍流加强,减少层流,降低了壁面附着的可能性、换热器结垢倾向低。

 

7、缠绕管结构避免了大型管箱等大型锻件的生产加工,降低了主要材料因生产厂家少、进口、生产能力不足等导致的长周期,从而有效缩短整个设备的制造周期。

 

8、缠绕管结构可以满足多种介质同时换热的要求,与板式换热器相比,通过调整管间距、层差距可以使介质流动阻力仅十多kPa,达到板式换热器的阻力降水平,而且对于各种介质之间不存在压差限制的要求、优于板式换热器,

 

在同等条件下,适当调整结构参数仅略增大换热器直径即可采用缠绕管式换热器替代进口设备、打破国外技术垄断,且降低了工艺介质的操作难度。

 

9、缠绕式换热器具有结构紧凑较大单位容积传热面积的特点,单位容积传热面积是普通换热器的2倍以上。对管径为8~21mm的传热管,每m3容积的传热面积可达100~170m2;而普通列管式换热器,每m3容积的传热面积只有54~77m2,是绕管式换热器的45%左右。

 

10、单根管子或不同的层管组均可连接在一块或多块管板上,因此不同管程的流体(多达6种不同流体)可与一种壳程流体形成对流,由此可进行多种介质换热。

 

11、螺旋缠绕的管子。在和上下管箱连接处,均有一定长度的管子为自由状态,所以对冷热变化有良好的补偿能力。

 

12、换热器易实现大型化。到目前为止,单台最大面积已达到25000m2。

 

绕管式换热器的应用

 

1.LNG液化工艺

 LNG液化工艺是美国液化空气专利技术,占世界大型LNG项目的80%,它都是以多股流缠绕管式换热器为主换热设备。我国每年有大约4个大型LNG工厂开工,世界上大约有100多个LNG工厂开工,LNG工厂用于缠绕管式换热器的总价一般介于1.2亿—3亿元之间。

 

2.低温甲醇洗工艺

 “富煤、贫油、少气”是我国传统能源储量的基本国情,自上世纪全球工业化高速发展以来, 国际石油和天然气资源日趋紧张, 出于对能源战略的优化调整和发挥丰富煤炭资源优势的考虑, 我国大力发展煤化工产业的劲头势不可挡, 

 

其中以煤制甲醇项目作为煤化工产业链的源头的项目备受重视,在煤制甲醇工艺过程中, 煤气净化的环节是十分重要的。这个环节就需要用到成套的缠绕管式换热器,来解决低温下低温差、大热负荷的换热。

 

3.炼油重整和加氢工段

传统的相变高温传热所用的列管换热器,换热效率低、存在盲区、不能大型化、占用空间大、运行成本大,已经慢慢成为各大化工厂急需解决的问题。

 

缠绕管式换热器耐高温性能好、结构精致、灵敏度高、密封性能好、具有自紧自收缩功能,适用与大温差、大热负荷情况下的换热。目前在炼油重整和炼油加氢装置上已经取代传统的列管式换热器和板壳式换热器。

 

从缠绕管式换热器技术整体上看,早期国内绕管式换热器的设计没有统一的计算方法和标准,制造检验没有专门的技术规范。

 

但是随着技术的不断积累,一些难题已经慢慢被攻克,特别是在低温甲醇洗和炼油领域,缠绕管式换热器在很多大型化装置上已经有很多成功运行的案例。

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