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大型高压烃类换热器的工艺特点与应用实例换热器简介一板翅式换热器的工艺特点和技术关键二应用实例三

目录一、换热器简介

换热器是天然气液化装置中的关键设备。在大型高压烃类工业装置中，主要应用两种类型的换热器：

——绕管式

——板翅式换热器简介绕管式换热器绕管式换热器主要适用于高压介质、换热温差大的场合，但由于采用了不锈钢材料等因素，在相应的压力降条件下，其换热效率相对比较低。板翅式换热器是上世纪60年代逐步发展起来的一种新型高效换热器。早期采用盐浴钎焊技术，由于钎焊技术的局限性，板翅式换热器应用的压力等级一般不超过4.0Mpa,主要应用于低压流程的空分设备和中小型乙烯装置的冷箱中。板翅式换热器随着80年代真空钎焊技术应用，板翅式换热器的承压能力得到大幅度提高，为板翅式换热器应用于大型高压工业装置创造了有利条件。90年代末期，板翅式换热器在高压、大型装置领域得到推广应用。目前世界上主要有美国的Chart公司、法国的Cryostar（原Norton公司）及日本的住友和神钢等生产厂家。国内主要有杭氧、川空、开封空分等生产厂家。板翅式换热器二、板翅式换热器工艺特点

和技术关键

板翅式换热器传热效率高：由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。紧凑、轻巧：由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000㎡/m3。多采用铝合金材料制造。工艺特点适应性强：板翅式换热器可适用于：气－气、气－液、液－液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性。容易堵塞，不耐腐蚀：清洗检修很困难，故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。工艺特点大型天然气冷箱保冷箱：钢结构件换热器：铝制板翅式换热器分离器：气液分离管路：连接各换热器保温材料：珠光砂（膨胀珍珠岩）仪表、阀门1.流量大、热负荷大、压力高3.冷剂有多组分两相流2.工况变化多，物流间压差高，温差小，允许压降小大型天然气冷箱的工艺特点

设计制造标准国内规范

国际规范

ASME规范、ANSI规范、ALPEMA等

NB/T47006-2009

《铝制板翅式换热器》、GB150《钢制压力容器》、JB/T4730.1～6—2005《承压设备无损检测》等大型天然气冷箱与乙烯冷箱的比较主要参数大型LNG冷箱(260万吨/年)乙烯冷箱(100万吨/年)比较结论原料气组分甲烷、乙烷、丙烷等烃类甲烷、氢气、乙烯等烃类相近冷剂组分甲烷、乙烷、丙烷、氮气甲烷、乙烯（含少量氢气）相近总热负荷9.5929*108kJ/h1.9929*108kJ/hLNG冷箱大温度范围45℃～-160℃65℃～-180℃相近设计压力7.92MPa6.4MPaLNG冷箱高大型天然气冷箱与乙烯冷箱的比较主要参数大型LNG冷箱(260万吨/年)乙烯冷箱(100万吨/年)比较结论最小温差2.8℃2.4℃相近换热器物流股数525（单个芯体最多16股）乙烯冷箱多冷剂进板式相态气液两相气液两相相近冷剂换热相变有冷凝、蒸发相变有冷凝、蒸发相变相近2.换热器的模拟与优化6.大型冷箱组装技术4.高压板翅式换热器真空钎焊技术5.两相流气液均布技术3.新型翅片开发技术1.总体优化设计6大主要核心技术核心技术1.流程模拟与优化

适应超临界流体条件

精度高

适应各种流程

优化能力强

设计技术2.物性计算

HYSYS软件

杭氧自行开发的烃类介质物性计算软件

设计技术3.传热计算

杭氧自行开发的计算模块设计技术3.传热计算

“HTFSMUSE3.3”

软件(校核计算)设计技术PDMS三维管道设计软件设计技术4.管道设计CAESARⅡ管道应力分析软件STAAD/PRO结构分析和设计软件MSC/NASTRAN强度分析软件5.应力分析设计技术技术关键工艺模拟与优化设计流体的均布技术复杂结构单体、大吨位换热器的钎焊技术板翅式换热器的工艺模拟与优化设计多股物流热平衡计算根据每股物流是否发生相变对换热器进行分段获得各股物流在每段的物性参数根据每股物流物性参数、设计压力、热负荷初步选定翅片类型、通道数等结构参数板翅式换热器的工艺模拟与优化设计将物性参数和结构参数代入程序中计算调整翅片类型、通道数等结构参数调整翅片类型、通道数等结构参数1．每一段各股物流的计算长度是否接近2．每股物流的压降是否符合工艺要求3．流速是否在控制范围进行通道排列达到局部热负荷平衡是优化计算结束否否否板翅式换热器的工艺模拟与优化设计换热器总热平衡Q-T图板翅式换热器的工艺模拟与优化设计通道排列层数与过剩热负荷平衡曲线图

流体均布设计BCA冷箱间流体均布集气管到换热器的流体均布换热器封头内流体均布两相流均布D流体均布设计冷箱间流体均布冷箱外管线对称布置，管道内的流体在流动时，通过自我调节,流量分配达到均匀。A冷箱间的均布流体均布设计B集气管到换热器的流体均布速度分布矢量图动态平衡时流量分布流体均布设计速度分布矢量图动态平衡时流量分布C换热器封头内流体均布流体均布设计两相流均布D气液两相速度分布矢量图运用杭氧对于两相流的分布专利技术---注液封条专利在大型石化装置中（如乙烯装置），单台换热器最多达到16股流体同时换热，且大多为两相流。应用的翅片结构达30多种，结构十分复杂。换热器设计压力达到6—8MPa。换热器钎焊难度很大。真空钎焊技术重要用户技术创新杭氧拥有国家级技术中心。近几年,杭氧获得了一批科技成果奖项及专利。中国发明专利《卧式吸附器的气流均布装置》中国实用新型专利《分凝式冷凝蒸发器》专利技术两相流气液均布装置(专利号:ZL03270081.4）槽型钎焊封条(专利号:ZL200620105637.8）标准和规范I、II、III类压力容器设计制造许可ASME设计制造规范U、U2钢印产品授权PED(PressureEquipmentDirective)设计制造要求CE（EuropeanConformity）钢印产品杭氧的设计制造标准和规范逐步达到欧美国家的要求。国际资质DNV证书

CE认证证书

国际资质ASMEU证书

ASMEU2证书

三、应用实例杭氧简介

国内最大的空分设备开发、设计、制造成套企业国家大中型空分设备及液化设备研究、开发中心和制造基地国内石化装备乙烯冷箱和液氮洗冷箱的国产化基地国内唯一具有设计和制造大型成套乙烯冷箱和液氮洗冷箱业绩的厂家在石化领域板翅式换热器的设计和制造方面技术成熟、运行可靠杭氧已于2009年8月整体搬迁到新的工业园区,成为具有世界一流装备的大型制造业基地。临安制造基地占地面积922.3亩；建筑面积33万平方米总投资额：20.97亿元生产能力：100万立方米以上制氧容量单机成套制造能力：8-10万等级空分

100万吨乙烯冷箱杭氧简介世界一流的制造基地俯视实景杭氧简介临安基地风貌液化天然气产业成套技术液化天然气技术（工艺包）液化天然气成套设备单元设备冷箱压缩机LNG储罐LNG冷能利用利用LNG冷能设计制造空分设备杭氧的液化天然气产业设计制造水平

1.承压最高:目前，杭氧设计制造的板翅式换热器国内最高,达到8MPa2.设计制造最复杂:单个换热器中有16股流体同时换热，且大多为两相流3.尺寸最大:高压板翅式换热器最大尺寸6075×1200×1226mm工厂组装的石化冷箱最大尺寸34000×7400×4400mm制造设施和装备组装厂房杭氧的重装厂房,拥有两台250吨吊机,能满足260万吨/年LNG冷箱整体组装要求.制造设施和装备大型真空钎焊炉最大钎接尺寸：W1300mm×H1800mm×L8000mm最大耐压等级：10MPa制造设施和装备进口数控快速成形高密度翅片冲床高密度高效冲床冲制成形尺寸精确，强度高，冲制速度可达100～140次/分，是原国产冲床冲制速度的2倍所冲的翅片宽度是原翅片宽度的2.5倍达到750mm。研发历程十一五国家科技支撑计划十五国家重大科技攻关计划

九五国家重大科技攻关计划

大型乙烯装置成套冷箱国产化攻关研制60-80万吨/年乙烯冷箱的研制

百万吨级乙烯冷箱的开发与研制循序渐近·稳步发展1.燕山石化66万吨/年改扩建项目

2.齐鲁石化72万吨/年改扩建项目。

.

3.茂名石化100万吨/年改扩建项目

4.福建炼化80万吨/年乙烯新建项目6.镇海炼化100万吨/年新建项目研发历程典型冷箱5.天津石化100万吨/年新建项目成果展示

.“九五”国家重大科技攻关计划燕山石化66万吨/年改扩建项目冷箱尺寸：32800×5400×3350mm设计压力：4.47MPa典型换热器尺寸：4650×1100×1206mm成果展示

.“十五”国家重大科技攻关计划齐鲁石化72万吨/年改扩建项目冷箱尺寸：4000×6000×29000mm设计压力：3.94MPa典型换热器尺寸：4200×1100×1294mm成果展示

.“十五”国家重大科技攻关计划茂名石化100万吨/年改扩建项目冷箱尺寸：30500×6000×4000mm设计压力：3.96MPa典型换热器尺寸：5850×1100×1227mm成果展示

.“十一五”国家科技支撑计划天津石化100万吨/年乙烯冷箱冷箱尺寸：33000×6500×4200mm设计压力：5.4MPa典型换热器尺寸：6075×1200×1226mm成果展示

.“十一五”国家科技支撑计划镇海炼化100万吨/年乙烯冷箱冷箱尺寸：30000×7400×4000mm设计压力：6.0MPa典型换热器尺寸：6050×1100×1195mm用户名称项目名称最高设计压力冷箱尺寸开车时间燕山石化66万吨/年乙烯改造4.47MPa32800×5400×3350mm2000.5.中原石化20万吨/年乙烯改造4.4MPa10570×3000×2100mm2000.8.天津联化20万吨/年乙烯改造5.2MPa9000×3700×2500mm2001.3.辽阳化纤22万吨/年乙烯改造4.9MPa25200×3500×3000mm2001.6.上海石化70万吨/年乙烯改造4.75MPa发泡保温2001.6.兰州化学工业公司32万吨/年乙烯改造4.1MPa16000×2300×3500mm2002.10.业绩表用户名称项目名