急冷換熱器在工藝設(shè)計(jì)上有以下特點(diǎn) :

a.絕熱段體積小，絕熱停留時(shí)間短，烯烴損失少;

b.冷卻段比表面積大，可迅速將高溫裂解氣冷卻至二次反應(yīng)溫度以下;

c.大換熱管直徑，較少的換熱管數(shù)量，改善了裂解氣的流體分布，減小了結(jié)焦對(duì)壓降的影響，提高了在線(xiàn)清焦效果和裂解爐的在線(xiàn)率;

d.換熱面積較大，急冷換熱器出口溫度低，蒸汽產(chǎn)量高，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)。

急冷換熱器在高溫和高壓條件下操作，管殼程的熱膨脹差較大，易引起較大的軸向應(yīng)力，尤其在裂解氣入口端，由于溫度高、熱強(qiáng)度大，這就為入口管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大困難。如設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)在管板、管子及其連接處產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，極易造成急冷換熱器泄漏和失效。因此，目前急冷換熱器入口端均采用加強(qiáng)型薄管板、橢圓形集流管等特殊結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)高溫和高壓操作條件。

急冷換熱器為立式管殼式結(jié)構(gòu)，高溫裂解氣從下部進(jìn)入上部流出，裂解氣走管程，汽水混合物走殼程。

為了適應(yīng)高溫和高壓操作條件，急冷換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要有以下特點(diǎn) :

a.采用撓性薄管板和彈性連接件共同吸收管殼程的熱膨脹差。急冷換熱器的管板必須承受高壓蒸汽造成的負(fù)荷，并允許管束和筒體間有不同的熱膨脹量。新型急冷換熱器上部和下部均采用撓性薄管板和彈性連接件，撓性薄管板和彈性連接件固有的彈性有利于吸收換熱管和筒體之間的熱膨脹差，減小熱應(yīng)力。另外，由于管板較薄，管板沿壁厚方向的溫度梯度較小，因此熱應(yīng)力較小，這就減少了管板失效的可能性。

b.采用內(nèi)孔焊急冷換熱器管子與管板的連接處是最容易損壞的部位，所以管子與管板的連接十分重要，特別是入口管板，由于裂解氣溫度高，熱強(qiáng)度大，損壞的幾率更大。為了提高管板和換熱管連接的可靠性，新型急冷換熱器入口管板與換熱管的焊接采用內(nèi)孔焊，內(nèi)孔焊不僅有好的焊接強(qiáng)度，而且消除了管子與管板之間的間隙，不

會(huì)發(fā)生間隙腐蝕，內(nèi)孔焊還可以使焊縫處于水側(cè)的冷卻之下，降低了焊縫溫度，提高了焊縫的可靠性。

c.薄管板和管口的熱防護(hù)。如前所述，急冷換熱器的入口部位，由于存在高溫高速氣流的熱沖擊，使該處熱強(qiáng)度極高，必須妥善地采取熱防護(hù)措施，否則管板和管口處容易因熱應(yīng)力、熱疲勞和高溫腐蝕而損壞。為了防止高溫裂解氣將管板和管口燒壞，新型急冷換熱器入口管板外表面敷有5 ~10mm的耐熱合金堆焊層，對(duì)入口管板可以起到良好的保護(hù)作用。

d.裂解氣的流量分配。為了將裂解氣均勻分配到換熱管中，采用CFD模擬技術(shù)對(duì)裂解氣入口流道進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，能將裂解氣均勻分配到換熱管中。急冷換熱器入口流體分布器中還設(shè)有防焦擋板，一方面可以防止高溫裂解氣中夾帶的焦粒對(duì)管板的沖刷，另一方面也可以起到使裂解氣均勻分配的作用。

e.汽水混合物入口和出口均設(shè)有導(dǎo)流裝置，使汽水混合物以一定速度流過(guò)管板，防止流體短路，對(duì)管板進(jìn)行充分冷卻。

f.為了改善焊縫的受力狀況、保證焊接質(zhì)量并易于進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，承壓焊縫盡可能采用對(duì)接焊縫。

急冷換熱器是乙烯裂解裝置中工藝性非常強(qiáng)的關(guān)鍵設(shè)備 。從工藝上講，裂解氣急冷換熱器主要分為一級(jí)急冷換熱器和二級(jí)急冷換熱器，對(duì)于氣體原料有時(shí)也采用三級(jí)急冷換熱器。急冷換熱器主要承擔(dān)兩個(gè)任務(wù):其一是將800℃左右的高溫裂解氣迅速冷卻至二次反應(yīng)溫度以下，減少烯烴損失;其二是盡可能多地回收裂解氣的高位熱能，產(chǎn)生12. 0MPa左右的高壓蒸汽。急冷換熱器的氣體側(cè)由進(jìn)口分配器換熱管及出口聯(lián)箱三大部件組成.裂解氣體通過(guò)進(jìn)口分配器一路減速(一般<10米/秒)擴(kuò)壓，使氣體的動(dòng)能盡量轉(zhuǎn)變成靜壓，這樣可以減小各換熱管入口處由于氣體流速過(guò)高而不均勻以及入口氣流沖角不等而造成氣體進(jìn)入換熱管的流量分配不均勻性.分配器應(yīng)該把氣體均勻地分配到各個(gè)換熱管中.一般，流量的最大可能偏差應(yīng)低于±10%，同時(shí)盡量減少氣體在分配器內(nèi)的停留時(shí)間，并避免出現(xiàn)死滯旋渦區(qū)，以抑制裂解氣的二次反應(yīng)，保證乙烯產(chǎn)品的收益。

國(guó)內(nèi)研究單位在急冷換熱器方面做了大量研究開(kāi)發(fā)工作，成功開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單排、雙排和錯(cuò)排線(xiàn)性急冷換熱器和二級(jí)急冷換熱器。但是由于線(xiàn)性急冷換熱器處理量較小，適用于處理量較小的爐管，難以與大處理量爐管相匹配，因而對(duì)于大處理量爐管應(yīng)采用一級(jí)大容量急冷換熱器或二級(jí)急冷換熱器。

急冷換熱器要求具有以下性能:

(1)結(jié)焦輕微、能長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)熱回收效率高，對(duì)裂解氣聚急速冷卻，經(jīng)濟(jì)性能好。

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作維修，穩(wěn)定性好。

(4)盡可能延長(zhǎng)燒焦周期，提高燒焦溫度。

(5)除輕質(zhì)油外，重質(zhì)油品也能使用。

(6)投料量要大，便于提高生產(chǎn)能力。

乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器設(shè)備是乙烯裂解工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所應(yīng)用的設(shè)備之一，它的工藝性較強(qiáng)，而且，將該裝置實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中，各項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)于此設(shè)備的要求較高，要在短時(shí)問(wèn)內(nèi)將高溫裂解氣迅速冷卻下來(lái)，直至達(dá)到終比其發(fā)生二次反應(yīng)的溫度及以下，從而避免造成烯烴物質(zhì)損失。此外，實(shí)際生產(chǎn)的有序執(zhí)行還有賴(lài)于乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器設(shè)備本身性能的發(fā)揮，并盡可能保證低能耗生產(chǎn) 。

急冷換熱器乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器結(jié)構(gòu)

從我國(guó)某地方乙烯廠(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所采用乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器較為傳統(tǒng)，通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備在實(shí)際使用的過(guò)程中出現(xiàn)了某些內(nèi)管結(jié)焦的現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來(lái)阻礙。

急冷換熱器乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

線(xiàn)性急冷換熱器是乙烯裂解裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)對(duì)出口集氣箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，增加機(jī)械清焦接口，解決了線(xiàn)性急冷換熱器機(jī)械清焦的難題，提高了清焦質(zhì)量和效率，進(jìn)而保證了裂解爐高效運(yùn)行，并且，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益 。

1.改進(jìn)乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器的主要思路

在過(guò)去很長(zhǎng)的一段時(shí)問(wèn)里，由于該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的局限性，進(jìn)而導(dǎo)致了線(xiàn)性急冷換熱器機(jī)械清焦等問(wèn)題的產(chǎn)生?；诖耍槍?duì)乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果表明，這一改進(jìn)策略較為可行，獲得了良好的反饋。

2.改進(jìn)乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器結(jié)構(gòu)的主要措施

通過(guò)改進(jìn)乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器設(shè)備的裂解氣出口以及清焦結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，則能夠改善該設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效果 。從具體來(lái)看，乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)環(huán)節(jié)及措施都較為簡(jiǎn)單，實(shí)際上，就是針對(duì)一些部分的裝置進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，賦予設(shè)備以新的性能，以便在生產(chǎn)過(guò)程中能夠提高產(chǎn)業(yè)實(shí)效。其中，針對(duì)乙烯裝置線(xiàn)性急冷換熱器內(nèi)管部位的改造措施為:在每臺(tái)線(xiàn)性急冷轉(zhuǎn)換器的內(nèi)管所對(duì)應(yīng)的出口集氣箱上進(jìn)行開(kāi)口改造，一般設(shè)備中都有10根內(nèi)管，與此同時(shí)，增加相應(yīng)數(shù)量的兩英寸3001b的接管，并將接管的末端進(jìn)行封。這樣一來(lái)，即便發(fā)生急冷換熱器內(nèi)管結(jié)焦現(xiàn)象獲進(jìn)出口集氣箱壓力差較為明顯時(shí)，都可以將實(shí)現(xiàn)良好的機(jī)械清焦效果，究其原因在于，改進(jìn)后的新增封壓裝置可隨時(shí)被拆除，進(jìn)而令管線(xiàn)中的污水排放暢通，所以就可以令水力機(jī)械清焦環(huán)節(jié)順利的執(zhí)行下去。

某化工廠(chǎng)使用的12m²不銹鋼甲醛急冷換熱器，安裝使用24天，就發(fā)生換熱管泄漏事故。重新全部換管后，僅使用15天，又發(fā)生泄漏事故。拔出管子后，發(fā)現(xiàn)管子在液面處有周白及軸向裂紋，裂紋均在液面處。在接近液面的管子表面有一層水垢，緊挨液面管子表面結(jié)垢最多，即為產(chǎn)生裂紋的部位，壞管分布于中心 。

由于兩次使用裂紋均在液面處，因此，從溫差及傳熱方面考慮，初步分析為液面處管子的溫度應(yīng)力引起管子破壞。通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)溫度下，管子外壁及內(nèi)壁的應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，故換熱器設(shè)計(jì)合理。計(jì)算得出，實(shí)際溫度下，換熱管外壁面溫度應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力，內(nèi)壁面溫度應(yīng)力遠(yuǎn)超過(guò)許用應(yīng)力。因此，可以得出，該換熱器泄漏原因?yàn)橐好嫣帨囟葢?yīng)力，直接原因?yàn)楣r溫度過(guò)高。通過(guò)計(jì)算，還發(fā)現(xiàn)溫差應(yīng)力破壞、流體壓力、攪動(dòng)破壞、氣體腐蝕中的高溫氧化及晶間腐蝕均不會(huì)引起換熱管泄漏。

故應(yīng)從改進(jìn)工藝、降低甲醛氣進(jìn)口溫度著手。改變水質(zhì)，進(jìn)一步凈化，避免結(jié)垢。同時(shí)希望各生產(chǎn)廠(chǎng)注重工藝流程順序，不可隨意增減設(shè)備。在換熱器進(jìn)出口裝測(cè)溫裝置，以延長(zhǎng)換熱器使用壽命。

制冷換熱器間壁式

間壁式換熱器亦稱(chēng)表面式換熱器。它利用金屬壁(管壁和板壁)把進(jìn)行換熱的冷、熱流 體隔開(kāi)，通過(guò)金屬壁面與流體之間的對(duì)流換熱和壁的導(dǎo)熱來(lái)完成換熱過(guò)程。這是制冷裝 置中應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)換熱器。間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有殼管式、肋片管式、套管式、板翅式、螺旋板式和平 板式等。其中殼管式和肋片管式在制冷系統(tǒng)中用得最多。它們的典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5.5.5-1和圖5.5.5-2，統(tǒng)稱(chēng)管式換熱器。

殼管式換熱器由鋼板卷制和焊接而成的圓形筒體與管簇所組成。根據(jù)管簇的布置和形狀， 可分為列管式和繞管式。前者由許多直管管束構(gòu)成，如殼管式冷凝器、殼管式冷卻器等; 后 者常由螺旋形盤(pán)管構(gòu)成，一般作輔助換熱器使用，如回?zé)崞?、中間冷卻器和過(guò)冷器等。在小型制冷裝置中，常采用一種類(lèi)似殼管式的套管式換熱器，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5.5.5-3。套管 式換熱器的內(nèi)管可以是1根、3根或多根光管或縱肋管。一般高溫、高壓流體在管內(nèi)流動(dòng)， 而低溫、低壓流體則在管腔中逆向流動(dòng)。

制冷換熱器混合式

混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。

它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門(mén)中。