空心环管壳式换热器有什么特点

从传热强化的特色上讲,该种换热器一是采用双面强化传热的缩放型传热管,对管内外两侧气体均有促进界面湍流、强化对流传热的作用,换热器总传热系数最高可达30 W/ (m2K) ,与传统换热器相比,可节省传热面积40 %～50 %;二是采用空心环管间支承结构,该支承方式轴向流道空隙率大,可达80 % ,故对轴向冲刷的流体形体阻力非常小,可使绝大部分壳程流体的压降作用在强化传热管的粗糙传热界面上,用以促进界面上的对流传热,可充分发挥强化管的传热强化作用,在低流阻条件下获得高的传热性能。对两转两吸转化系统而言,系统4台换热器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与Ⅳ)可替代传统6台换热器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲa +Ⅲb、Ⅳa+Ⅳb) ,气体总压降仅7 000 Pa左右,而且可长期维持低压降运行,不易堵塞。与传统换热器相比,系统风机风压可减少20 %～30 % ,一则在新系统中可选用风压较低、投资较少的风机设备,二则在系统操作费用上可大幅降低风机电耗,减少硫酸的生产成本。

从设备投资费用上讲,与传统换热器相比,空心环管壳式换热器具有很强的竞争力。以40 kt/a硫铁矿制酸、两转两吸流程换热器投资为例:入口( SO2 )为815 % ,传统换热器所需面积约2 000 m2 ,换热器重量约100 t ,按7 000元/ t计,总投资约70万元。而空心环管壳式换热器仅需传热面积约1 000 m2 ,换热器重量约50 t ,按10 500元/ t计,总投资仅5215万元,可节省1715万元,占总投资的25 %。随着强化管加工技术的成熟与完善、市场的扩大与产量的增加,强化管的价格在近年已逐步下降,适合了广大硫酸企业的生产需求,也为加快我国硫酸工业换热设备的更新换代提供了有利的条件。

从设备的抗垢、抗酸蚀及抗氧化方面看,由于换热器采用了壳程环状进出气夹套结构,避免了传统换热器壳程入口段传热管湿壁结垢,而缩放管均采用抗高温氧化的20g管,故比传统换热器具有较好的抗垢与抗酸蚀性能,同时也能长期耐高温氧化,减少氧化脱皮。从理论上讲,为何换热器采用了壳程环状进出气夹套结构后,可避免壳程入口段管束的湿壁结垢?这需从管子内外两侧的气体对流传热膜系数的变化上分析。由于传统换热器的壳程入口气速很高,管外传热膜系数远高于管内(光滑管)的传热膜系数,故使得入口段第一、二排管壁的金属温度贴近管外的冷气体温度(一般60℃左右) ,远低于在常压下水汽的蒸发温度(100℃) ,故当转化系统入口气体含酸雾较多时,就会形成湿壁现象,酸泥粘在管壁上不易脱离,而且愈积愈多,在不太长的时间内就会出现入口堵塞、气阻上升的现象,这是硫酸行业中普遍存在的棘手问题,也是造成管子酸蚀破坏的主要原因之一。而改用环套进出气结构之后,壳程入口气体经夹套沿壳程的周向环形进气,气速很低,管外的传热膜系数与管内(缩放管)的传热膜系数两者相差不多,故可使气体入口段管壁的金属温度居内外气体温度之中值,例如管外入口气温为60℃,管内出口气温为180℃,则两者之中值为120℃,管壁金属温度高于100℃,酸雾打在管壁上很快就被蒸干,故不会出现入口管子的湿壁现象,酸泥也难于在管壁上粘附,很容易就被气流带走,因此空心环管壳式换热器可长期维持低压降操作,不受酸泥堵塞的影响,同时抗酸蚀的能力也大大提高,换热器寿命得以延长。这一长期低压降操作的现象,在广东的乐昌、鹤山磷肥厂及其它各硫酸生产系统中都可直接观察到。而从抗高温氧化方面看,由于缩放管是采用优质的20 g管,抗高温氧化性能较好,经冷轧加工后仍能保持良好的抗高温氧化性能,1991年在广东乐昌磷肥厂硫酸两转两吸转化系统投运的Ⅰ、Ⅱ换热器,采用20 g缩放管,至今仍在正常运行,而且依然维持低压降运行,这表明换热管并未因高温氧化脱皮而造成堵塞。而该厂1990年以前使用的Ⅰ、Ⅱ换热器曾有严重的高温氧化脱皮现象(仅使用2～3年) ,造成换热器气阻很高。