毕业设计换热器概述(3)

2019-03-04 10:16

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a、壳体用板材一般用工艺性能良好、焊接性能好的镇静钢,如Q235-B、Q235-C、20R,目前国内标准已取消Q235-A和Q235-A.F沸腾钢。

b、锻件一般选用20锻件,35锻件很少使用,原因是可焊性较差、易产生裂纹。 c、管材一般选用10、20、20G。

ⅱ、低合金钢 一般低合金钢分为碳钢和CrMo钢。CrMo钢主要优点是高温强度较好,并且具有高温下耐氢腐蚀性能,机械性能较好,无氢脆现象,韧性较好,焊接性能也较好。

a、壳体板材一般采用16MnR、16MnRH、15MnVR、15CrMoR、15CrMoRH、18MnMoNbR、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

b、换热管一般选用16Mn、15MnV、12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、1Cr5Mo、12Cr1MoVG、09Cr2A1MoV、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

c、锻件一般选用16Mn、20MnMo、15MnV、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

ⅲ、低温用钢 低温用钢一般指设计温度≤-20℃的钢材。高合金钢一般均可用于低温状态。低合金钢在低温状态下使用应具有良好的韧性,且金属组织稳定。

a、壳体用板材一般选用16MnDR、09Mn2VDR、07MnNiCrMoVDR、09MnNiDR、15MoNiDR。

b、传热管一般选用16Mn、09MnD。

c、锻件选用16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoD、10Ni3MoVD。

ⅳ、高合金钢 高合金钢又分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。马氏体不锈钢对铁离子、亚硫酸气体、硫化氢和环烷酸具有抗腐蚀作用。但马氏体组织热处理有淬硬性、焊接性能较差、易产生裂纹。铁素体不锈钢对氧化性酸、硝酸、碱性溶液、无氯温水、苯和洗涤剂有良好的耐蚀性,但焊接性能差、易产生裂纹。奥氏体不锈钢有稳定的组织、有良好的耐蚀性,低温性能好,一般使用于-50~-196℃范围使用,用量较大。为此选用高合金钢应根据不同介质和温度,选用不同组织的不第 11页

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锈钢,一般选用牌号如下。

a、壳体板材选用0Cr13A1、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3、00Cr18Ni5Mo3Si2。

b、传热管选用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3。

c、锻件选用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2。

ⅴ、有色金属及合金

a、铜及铜合金 铜又分为紫铜和黄铜(也称为海军铜),由于具有良好的导热性、塑性好,低温冲击韧性好,在深冷中应用较多。紫铜在空气预热器中使用较多。黄铜在稀硫酸、亚硫酸、中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸、苯性碱中抗腐蚀良好,因此,海水冷却器中应用较普遍。

海军铜牌号一般为H62、H65、H70-1、H70Sn-1。

b、铝及合金 铝在大气中形成致密的氧化保护膜,故在中性溶液、弱酸中稳定性良好,铝镁合金在海水冷却器中使用有良好的抗蚀性。

c、镍及合金 镍有很高的强度和韧性,在碱及碱液中形成氧化膜而具有良好的抗腐蚀性能,在盐酸、氯气、有机酸中耐腐蚀性较好,抗高温可达900℃。

ⅵ、稀有金属 钛、钽和锆及其合金具有很强的耐腐蚀性,但价格昂贵,使用量很小。目前常减压装置常压塔顶冷却器和空冷器对钛使用较多,以延长设备寿命。

ⅶ、非金属材料 用来制造换热设备的非金属材料主要有石墨、玻璃钢、陶瓷纤维复合材料、氟塑料等。非金属材料主要用于强腐蚀介质的场合,如有硝酸、浓硫酸、盐酸、苛性碱、过氧化物等介质的场合。由于管壁热阻较高,所以传热效率较低,且强度低,耐温耐压低,抗冲击性能也较差。 (2)、换热设备的防腐

换热设备使用量大,包括在新建项目、改造项目、更新项目中的使用。而在更新第 12页

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项目中,主要是对损坏的换热器进行更换。损坏的原因一般有腐蚀造成,据统计,大概占有90%以上。全国每年由于腐蚀更换的换热器投资约20亿美元,为此防腐成为技术发展的重点。近年来防腐研究经费投入很大,但技术发展缓慢,效果不明显。由于石油工业中的原油开采已进入中后期,石油中含酸值逐年增加,腐蚀逐年加重。再则中东含酸原油进口量猛增,设备防腐的投资也越来越大。因此,抗腐蚀材料及防腐措施尤为重要。目前,换热器防腐有如下几种措施。

ⅰ、防腐涂层 一般采用非金属涂层,常用的水冷器有防腐、防垢涂料847和901,还有Ni-P镀,但在油气系统使用较多的是涂陶瓷,现场证明效果较好。但由于换热管一般可达6m长,在长度上涂均匀很难做到。如果有一个点状缺陷没涂到腐蚀将会加剧,所以涂均匀是控制质量的重要因素。

ⅱ、金属涂层 一般有镀Ni、镀Ti、镀铜等,工艺效果虽好,但造价昂贵是阻碍使用的障碍。

ⅲ、金属堆焊 一般采用碳钢、CrMo钢堆焊不锈钢较多,用来抗硫化氧和酸腐蚀。该方法造价较低,效果很好,一般化肥、乙烯、炼油中加氢、重整、预加氢使用很多。另外,还有复合板、双向钢管用量也较大,效果较好。

ⅳ、缓蚀剂 目前炼油装置、化工装置多采用一脱四注的方式较多,效果也较明显。国外也有露点腐蚀处注水的方式,控制露点腐蚀。

虽然采取了很多的措施,,但多数场合收效不大,目前已趋于使用稀有金属,提高防腐技术将是新世纪的关键课题。

1.6换热设备研究现状及发展动向

20世纪80年代以来,换热设备技术飞速发展,带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热设备的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益,市场经济的发展、私有化比例的加大,降低成本以成为企业追求的最终目标。因而节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高给换第 13页 热设备及空冷式换热设备及高温、高压换热设备带来了日益广阔的应用前景。在地热、

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太阳能、核能、余热回收、风能的利用上,各国政府、民间研究机构的企业都加大了资金力度,主要表现在下列几个方面。 (1)、研究机构

美国传热研究公司(Heat Transfer Research Inc.)即HTRI,是1962年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构,会员数百家,遍及全球,取得了大量的研究成果,积累了换热设备设计的丰富经验,在传热机理、两相流、振动、污垢、模拟及测试技术方面做出了巨大贡献。几年来,该公司在计算机应用软件开发上发展很快,所开发的网络优化软件、各种换热设备工艺设计软件计算精度准确,不仅节省了人力,提高了效率,而且提高了技术经济性能。目前国内有20家成为HTRI会员。

英国传热及流体服务中心(Heat Transfer and Fluid Flow Service)即HTFS,于1967年成立,隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家,长期从事传热与流体课题研究,所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业,而且用于一般工业。它最大的特点是与各大学和企业合作,进行专门的课题研究,研究成果显著。在传热与流体计算上更精确,开发的HTFS、TASC各类换热设备微机计算软件备受欢迎,国内有30多家企业成为会员。 (2)、我国换热设备发展现状

进入21世纪后,大量的强化传热技术应用于工业装置,我国换热器产业在技术水平上获得了快速提升,板式换热器日渐崛起。如兰石换热设备 公司板式换热器成功进入国内核电建设项目常规岛和核岛领域,并陆续将板式换热器用于大乙烯项目、钛白粉生产线等领域。四平巨元瀚洋板式换热器公司也成功进 入大亚湾二期岭澳核电站的常规岛和核岛领域。

最近几年,我国还在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器方面获得了重大突破。飞速发展的柏恩品牌(BHE) 诞生于2004年。2008年8月,由中国石化集团上海工程公司与中国第一重型机械公司、兰州石油机械研究所、镇海炼化公司共同承担研制的镇海炼化百万吨 /年乙烯项目-EO/EG装置大型管壳式换热器国产化研制通过技术鉴定,标志着我国在第 14页

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大型管壳式换热器领域获得了重大突破。该换热器是国内正在制造的首台 换热面积超过10000m2的超大型管壳式换热器。

2009年4月,中国石化组织专家对“大直径螺纹锁紧环高压换热器国产化研制攻关”项目进行了科学技术成果鉴定。该项目是依托中国石化青岛炼油化工有限责 任公司千万吨级炼油项目中的320万吨/年加氢处理装置开展的,由中国石化工程建设公司、中国石化青岛炼油化工有限责任公司、兰州兰石机械设备有限责任公 司、抚顺机械设备制造有限公司联合承担。该换热器的国产化黄庆军等标志着我国已经具备设计和制造DN2000以下的螺纹锁紧环高压换热器的能力,大大降低了石化工程建设成本,单台即可节约采购资金1400万元,且缩短了交货期,打破了国外公司垄断地位。2009年6月,由甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司研制开发的国产首台10500m2高效节能板壳式换热器暨国产首台100万吨/年PX装置10910m2板式空气预热器在上海通过出厂验收。该 10500m2高效节能板壳式换热器将应用在中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨/年芳烃联合装置,是目前国内单台换热面积最大的国产板壳式换热器,其采用的RZ4板型、T型分布器等多项技术属国际领先,换热器整体已达到国际先进水平。10500m2高效节能板壳式换热器的研制成功是国产板壳式换热器发展的一个重要里程碑,标志着国产板壳式换热器已跨入国际领先行列,并将结束同类产品依靠进口的历史。

国产首台总传热面积达10910m2板式空气预热器将应用于中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨 /年对二甲苯(PX)芳烃联合装置,是国内首套加热炉空气预热器全部采用全焊接波纹板空气预热器的对二甲苯装置,也是首套排烟温度低100℃的装置,整 体技术达到国际领先水平。这台空气预热器属高效、环保节能型热交换器,其研制成功标志着国产全焊接波纹板空气预热器的研制迈上了一个新台阶。 (3)、换热器研究及发展动向

ⅰ、物性模拟研究 换热器传热与流体流动计算的准确性,取决于物性模拟的准确性。因此,物性模拟一直为传热界重点研究课题之一,特别是两相流物性模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟,这恰恰是与实际工况差别的体现。实第 15页


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