重沸器采用折流杆换热器的优缺点分析

重沸器采用折流杆换热器的优缺点分析

李百虎

（炼化总厂酸性水车间）

1引言

各炼化企业的溶剂再生重沸器多采用弓形折流板换热器，这种换热器的最大优点是能承受高温高压，适应性强，处理量大，工作可靠；此外其制造相对简单，生产成本低，选材范围广，清洗方便。但是该换热器也存在以下问题：易引起诱导振动，导致换热器损坏；存在流动死区和漏流，实际传热效果远低于理论值；壳程的流动阻力大。因此，该换热器在使用中存在局限性。折流杆换热器是1970年由美国菲利普石油公司首创的。该类型换热器与折流板换热器的主要区别是不再设置折流板，而由折流杆组成的折流圈来代替折流板，既对管束起支撑作用，又对流体起扰动作用，且流动死区和漏流大幅减少。本文将对折流杆换热器替代折流板换热器的可行性进行简要分析。

2 酸性水装置溶剂再生重沸器的使用状况介绍

图1 再生重沸器的折流板及折流型式

如图1所示，在a、b、c、d四区存在介质流动死区。由于折流板与筒体之间存在着流动死区，当流速较低时将使参与换热的有效面积减少25%~30%。这就造成了折流板换热器传热系数降低。此外壳侧流速低和死区的存在还会引起污垢的沉积、结垢和腐蚀。

我车间再生重沸器因泄漏曾多次进行管束堵漏。2009年12月对该换热器进行检修时发现有252个管口存在泄漏，占总管口数的28.8%。因流速过慢且涡流影响，当介质在流经换热器流动死区时，大量有腐蚀性的污垢沉积并逐渐堆积，最终使换热器底部多排管束间隙被堵，使换热效率进一步下降，并造成了严重的腐蚀。

3 折流杆换热器的结构特点

折流杆换热器的核心部分是由一系列焊有折流杆的折流圈组成的折流圈笼。如下图所示。

图2 折流圈示意图

1—折流圈； 2—折流杆； D1、D2—分别为折流圈的内经和外径

图3 折流圈笼和管板的组装图

从以上两图可以看出折流杆是均匀地焊接在折流圈上，每一个折流圈相隔一定的距离，按一定排列分别焊接在拉杆上，从而形成一个折流圈笼。折流杆可以是圆形、方形、或长方形。通常相邻两个折流圈的折流杆其方向是成一定角度的（多成90°角）。即如果一个折流圈的折流杆是垂直布置的，则后一个折流圈的折流杆就为水平布置。管束穿过折流圈时可以有不同的情况，例如可以是两根折流杆中间夹一根管束，也可以是两根折流杆之间夹两根管束。而且前后折流圈的折流杆与管束之间也可以有不同的组合情况。不过，不论何种布置方式都必须保证每根管束能被四个折流圈的四根折流杆从四个方向将其牢牢固定。折流圈中的折流环可以用圆杆、方杆或方条制作。起内径等于管束的外径，其外径则等于壳体内径减去

TEMA等设计标准[2]所规定的间隙。折流环的形式有杆式、板式和带式三种。我装置重沸器的壳体内径为1340mm，小于1500mm，按常规，应该采用圆杆式折流环，并焊接4根拉杆。

4 采用折流杆换热器替代折流板换热器的实例

对于折流杆换热器，由于其结构型式多样、流动复杂，目前理论计算还有困难，实验就成为研究的主要手段。

由于条件有限，所以只能援引已经成功改造的案例进行举证。如

表1 两种换热器工业实验结果对比表[3]

设备名称折流杆换热器单弓折流板换热器

热负荷 KW 4786.3 4768.3

换热面积 m2220.0 360.0

换热强度 KW/m221.674 13.245

总传热系数 W/m2K 421.0 336

壳程总压降 KPa 24.52 114.7

表1所示，在荆门炼油厂常减压装置的底油上对单弓折流板换热器与折流杆换热器进行工业对比实验所获得的结果证明折流杆换热器的各项性能指标明显优于折流板换热器。

华电集团茂港电力设备厂为国内15座电厂更换了26台加热器。这些加热器的更换是在保持壳体及进出口接管不变的情况下，用折流杆芯代替原来的折流板芯体。根据电厂的要求，其中绝大部分都是采用钢管或不锈钢管来代替原有的铜管。由于壳体不变，又需改用钢管，从传热过程分析可知，一侧为蒸汽凝结，一侧为强制对流，换热系数均很高，因此管壁的热阻就是一个重要因素。铜管改用钢管后，管壁热阻大大提高，但由于折流杆换热器本身的优点，使上述加热器的改造均非常成功。

5 结论

从以上所述折流杆换热器的结构特点和实例可知与折流板换热器相比，它有以下优点：（1）由于壳侧流体是纵掠管束，防止了诱导振动的产生，减小了介质对管板的冲击，提高了换热器的安全性。

（2）减小了壳侧流体的阻力，利于介质的流通，利于溶剂的再生。

（3）由于折流杆增强了流体的扰动，减少了横掠管束时的流动死区和漏流损失，从而强化了壳侧的换热，即壳侧的换热系数不但不低于横掠时的换热系数，而且视壳侧介质、流速以及有无相变等情况，传热系数反而可提高15%~50%。

（4）减少了污垢的沉积和腐蚀的产生，提高了换热器的使用寿命。

所以，我车间溶剂再生重沸器采用折流杆换热器替代折流板换热器是完全可行的。

参考文献：

[1] 钱颂文主编.换热器设计手册.北京：化学工业出版社.2002

[2] 中华人民共和国国家标准.管壳式换热器.GB151-1999.北京：中国标准出版社.2000

[3] 张应豪.折流杆换热器的实验及其应用.石油化工设备.1988

[4] 潘继红.管壳式换热器的分析与计算.北京：科学出版社.1996