U形管代替浮头式换热器的应用
亿达小刘 TEL;13470164164
[摘要]从泄露原因分析，到设计、制造、使用、经济效益和可操纵性几个方面对U形管换热器代替浮头式换热器的可行性进行了简单的分析，证实使用U形管换热器可以产生巨大的经济效益和社会效益。
换热设备是炼化生产中广泛应用的设备之一，约占工艺设备总量的一半左右，目前常用的换热器种类有浮头式、固定管板式和U形管式，其中以浮头式换热器最多。
泄漏率是炼化企业考核换热器的重要指标之一，由于各种原因造成的换热器泄漏，影响生产装置的正常运行和工厂的经济效益。
尤其是各装置的塔底重沸器，其操纵条件复杂，泄漏率较一般换热器高，一旦泄漏就会影响整个装置的正常生产。
以笔者公司2#芳烃抽提装置为例，水汽塔重沸器E6108在2006年内就泄漏多次，打压多次分歧格，给生产造成很大损失。
1·原因分析
塔底重沸器的主要泄漏部位有2处，即内浮头密封失效和换热管管头破坏。
表1是2006年12月大修时的泄漏统计。
1.1内浮头密封失效
内浮头密封面较窄，一般为10～16 mm，通常用波齿复合垫片作密封元件，这种垫片比压低，其y=39.2 MPa，m=2.5～3，压缩量较大，约1.5 mm。
鉴于这种特性，管程试压时，浮头盖法兰密封，但壳程试压时，浮头盖外表面受到试验压力的作用，再次压紧垫片，螺栓载荷下降，壳程卸压后，由于垫片回弹力有限而使其比压不足，导致内浮头垫片密封失效。
1.2换热管管头泄漏
换热管是换热器的重要零件，管子与管板的连接尤为重要。
我公司2#芳烃装置管头破坏主要是由于管束振动引起管头开裂，重沸器壳程介质均为气液两相共存，塔底饱和液进进重沸器，经管束加热，部分液体汽化，体积迅速膨胀，流速增大。
根据流体振动原理，此时很轻易引起管束振动。
经过计算及现场分析以为，塔底重沸器存在诱导流体弹性不稳定性、旋涡及声共振的条件，导致管头连接破坏的原因。
2· U形管代替浮头式换热器的技术改造
2.1 U形管换热器的设计
U形管换热器与其他类型换热器的最大区别是管束结构，在设计换热管布局时应考虑换热管的最小弯曲半径Rmin与分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn的关系[1]。
管径越大，最小弯曲半径Rmin就越大，大部分换热管的最小弯曲半径大于分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn；因此，为了保证适合分程隔板槽两侧相邻管中心距，最内层换热管在排列时需要进行斜向交叉排列。
最内层U形管之间的间距过大时，可设置假管或挡板。
2.2制造
穿管是U形管束制造中的难点，对以下几个方面进行严格控制：保证折流板管孔精度和排列同轴度；对U形管的外形偏差进行严格控制；对直线段的直线度进行严格控制；穿管时在管头加装引导装置。
管头与管板的连接采用管板自动焊技术，使管束在平放的状态完成焊接。
3· U形管与浮头式换热器的使用性能
目前U形管换热器大量应用于高温高压的场合。
与浮头式换热器相比，由于往掉了浮头密封，U形管换热器的管束不易发生内漏，即使发生内漏，也非常轻易处理，尤其是在查找漏点的时候不需要过多的工装；而浮头式换热器在查找内漏时需要有大量专用的工装，操纵起来比较繁琐。
U形管换热器的管束发生内漏时一般有两种可能：一种是换热管损坏；另一种是管板接头焊缝腐蚀。
第一种情况一般很少发生，发生时可用堵头堵住；第二种情况比较多见，处理时可以对焊缝进行清理补焊。
使用状态下的受力状况较好，尤其在管程温差较大时，每个管程的温度不一样，单个管程的换热管所受到的温差应力能够自由平衡，不受浮动管板的限制，有利于保护换热管。
使用过程中的操纵弹性更大，与同等规格浮头式换热器相比，U形管换热器能够承受更大的温度和压力波动，有利于装置的安稳运行。
4·经济效益分析
4.1检验用度
以改造前BES1300-2.5-275-6/25-2(简称BES)和改造后BIU1300-2.5-275-6/25-2(简称BIU)换热器分析，单台检验用度对比，在平台上检验U形管换热器比浮头式换热器节约用度约8000元[2]。
4.2购置用度
一台型号为BES的浮头式换热器管束质量为4215 kg[3]而型号为BIU的U形管换热器管束质量为3830 kg[4]，它们的质量差为385 kg(当公称压力越高的时候，质量差就越大)。
假如设备按1.8万元/t计算，则购买一台DN l300PN2.5的U形管换热器(上接第288页)要比购买一台同规格的浮头式换热器节约6930元。
换热器的使用寿命一般为15年，需检验4～6次，加上购置费差价，投用U形管式换热器所节约的用度非常可观。