板翅式换热器的设计

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1、板翅式换热器的设计Developmentofplate-finheatexchangerAbstract：Atechnicaldevelopmentofdeveloping,designingandmanufacturingofplate-finheatexchangerforpetroleumandchemicalengineeringaredescribed.Thedevelopmentalsuccesofplate-finheatexchangerofhigh-pressureincreasesacomp

2、leteabilityofChinaslargeplantofpetroleumandchemicalengineering,andtheuseofChinasplate-finheatexchangerinimpotedunits.TheproducthasbeenexportedtoU.S.A.ItmarkstheadvancedtechnicallevelofChinasplate-finheatexchangerintheworld.Keywords:plate-finheatexchanger;

3、calculationdesign;equaldestributionoftwophase-flowages;material；manufacture▲　　随着我国内陆和沿海油田开发，进入70年代以来，我国石油化学工业得到迅速发展，先后引进多套乙烯和合成氨大型装置，因而这些装置国产化也就提到议事日程，其中的板翅式换热器冷箱是成套装置国产化关键设备之一。　　乙烯深冷分离、合成氨氮洗和油田气回收中的冷箱，是由多个板翅式换热器用管道连接并组装在一起放入箱体内，以珠光砂填充作绝热材料组装而成。冷箱中板翅式换热器大多在高

4、压、低温工况下操作，介质系含氢轻烃复杂混合物，且为多股流、多组分的加热、冷却及部分冷凝与部分蒸发的相变换热。因此，物性数据计算和传热性能计算都比较复杂，其正确翅型选择、流道排列及流体均布又直接影响传热计算。为此，1975年原机械部、化工部和石油部联合组织冷箱联合攻关组，将板翅式换热器传热计算方法研究列入国家七五科技攻关项目。20多年来，经科研、设计及制造单位努力，通过大量试验研究和模拟试验运转考核，开发了较为可行的设计计算程序。1985年兰化设计院和兰州石油机械研究所引进了英国传热和流体流动学会(HTFS)板翅

5、式换热器计算程序(MUSEI)。1992年杭氧集团公司在引进美国S.W公司大型真空钎焊炉的同时引进了板翅式换热器设计计算程序，为石油化工板翅式换热器的开发和引进装置国产化创造了条件。1　设计1.1　热力计算　　板翅式换热器设计，主要包括设计计算和性能校核。设计计算是在一定的工艺参数条件下，计算换热器所需传热面积(或有效长度)。性能校核是在原设计工艺条件发生变化情况下，确定流体出口温度是否满足工艺要求。　　多股流板翅式换热器传热计算是将几股热流体和冷液体分别拟合成相当的2股液体，把多股流换热简化成2股流换热，并按

6、逐步热平衡法进行热力计算。为使换热器同一横截面壁温尽可能接近，防止可能产生的温度交叉和热量内部损耗，在计算中必须对每一条通道作周密考虑。若通道排列不当，易造成局部热量不平衡及换热器效率下降，将无法用纯粹增加换热面积的方法来补偿，这已被实践证明。所以在设计过程中，通过对不同流道排列情况下传热计算，以局部热平衡偏差、允许阻力值和流道计算长度偏差为主要控制指标，达到优化设计目的。1.2　强度设计　　由于板翅式换热器芯体结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能采用X射线无损检查，也不可能作强度核算。美国锅炉及压力容器

7、规范ASME第Ⅷ卷第一分册规定，凡容器或容器部件的强度难以准确计算以保证安全时，其最大许用工作压力可采用试件的爆破压力来确定。我公司采用美国ASENSE软件包，通过有限元应力分析，确定以翅片、封条、隔板全尺寸的300mm×300mm3层流道的模拟试样爆破压力来决定最大许用工作压力。规定试样爆破压力值应不低于设计压力的5倍，且以翅片拉伸断裂为合格。其最大许用工作压力(设计压力)按下式确定：　　可见翅片材料实测拉伸强度越高，所得的最大许用工作压力则越低。为得到翅片最大许用工作压力，翅片材料作退火处理，使拉伸强度达到

8、或接近最小值。不同材料翅片最大许用工作压力值见表1，翅片规格说明见图1。表1　翅片最大许用工作压力值　　　翅片规格翅片拉伸强度额定值/MPa翅片拉伸强度实测值/MPa翅片爆破压力值/MPa最大允许工作压力值/MPa翅片材质63.5D1505/5.75137.9145.039.57.513004+110063.5D1705/5.75137.9145.036.06.843004+11006