壳管式换热器如何设计？

2025-03-04 23:18:39

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回答1：

川化硫酸厂以硫铁矿为原材料，采用酸洗净化流程，一转一吸，设计规模为年产硫酸(100％)120 kt。l 热热交换器是l 转化系统的重要设备之一。该设备结构形式为满布双圆缺列管式换热器，由于长期处在SO：、SO，气体、冷凝酸及催化剂粉尘中，列管((2j51×2．5×6 000姗)腐蚀严重，因泄漏堵掉列管造成换热面积减少30％，换热效果差，制约了l。转化系统的生产能力。由于换热器换热能力不足，经常利用加热炉进行补热以维持转化系统的热平衡。同时因列管泄漏，SO：、SO，互窜，转化率降低，尾气排放压力沉重，环保面临严峻威胁。为尽快扭转转化系统的被动局面，硫酸厂于2001年大修时对l。热热交换器进

行了更新改造。

l 新换热器结构型式特点

由于是更新改造，受场地和空间的限制较多，为选择合适的换热器，经多次考察比较，最后确定选用由华南理工大学科技开发公司开发的空心环管壳式换热器。与传统换热器比较，此换热器具有以下特点。

1．1 传热系数高

传统换热器传热系数一般在l0—15 W／(IIl2· K)，而空心环管壳式换热器具有较高的传热系数，可达30 w／(IIl2·K)。与传统换热器比较，在相同换热量下，空心环管壳式换热器换热面积、重量都有所减少,传统换热器与空心环管壳式换热器比较参数传统换热器空心环管壳式换热器从表l可以看出，对于相同的换热量，采用空心环管壳式换热器较采用传统换热器换热面积节省30％，这样，不仅可以减少设备的的投资，而且对于改造工程也是非常有利的。由于换热器直径减小，新换热器可以直接安装在原基础上，既节省了场地又节省了管道和保温材料的费用。

1．2 操作弹性大

空心环管壳式换热器的关键核心部位是空心环网板。用空心环结构替代传统换热器的折流板，虽管程阻力有所增加，但壳程阻力只有传统换热器的20％左右，总阻力比传统换热器小，压降低，有较大的操作弹性，且壳程不易积垢，可长期维持低压降运行。

1．3 不易腐蚀和堵塞

空心环管壳式换热器采用缩放管，湍动大，层流底层较薄，管内传热系数大于管外传热系数，避免了传统换热器管内积酸泥和气流通过管壁时产生收缩与膨胀的现象，有效减少了管子的腐蚀和堵塞。综上所述，与传统换热器相比，空心环管壳式．换热器具有明显的优点。

2 新换热器结构及主要部件

2．1 空心环管壳式换热器结构

2001年硫酸厂选用了一台换热面积为438m 的空心环式换热器，更换了原l‘双圆缺列管式换热器。空心环管壳式换热器结构如图l。

2．2 主要部件

2．2．1 空心环网板

空心环网板是空心环管壳式换热器的关键部件，是管间支承物。空心环网由20×3 Innl上扁铁、下扁铁及800个(2j36×3×30 nlnl的空心环组成，材质均为Q235．A，短管节长30 nlnl，对(2j5l×3．5 111111的缩放管的凹凸面可以全部覆盖(接触)，有较好的稳固作用，防止振动。空心环网板作为管间支承物，空隙率大，对气体阻力小，壳程管隙间气体的绝大部分压降可作用在强化管的粗糙传热面上，用以提高流体传热滞流底层的湍流强度，降低热阻，达到谒化传热的目的。

2．2．3 环型夹套

如图l所示，在换热器下部壳体SO：侧气室开有4个430×570 mm的气体分布孔，上部壳体开有3个SO 出气口。气体经环形夹套沿壳程周向环形进入，气体分布均匀，且气流速度减缓，减少了对缩放管的冲刷。为了减少对壳体的直接冲

刷腐蚀，在进口壳体的迎气面贴焊1 Crl8Ni9Ti不锈钢防腐板。孔 3 使用效果

围1 空心环管壳式换热器结构图l一下管板；2一下夹套开孔；3—气体分布板；4一空心环网板；5一阻流圈；6一上夹套开孔；7一上管板；8一管束或拉杆

2．2．2 缩放管

用空心环管壳式换热器的缩放管代替传统换热器的普通列管。从腐蚀和机械性能考虑，换热器缩放管材料选用20 g，尺寸规格为 51×3．5×3 560 mm。由于缩放管管径的不断改变，烟气在流动过程中亦不断改变流动方向，提高了湍动程度，使热阻最大的滞流层底层不断地被破坏掉，又不断地更新，减薄了层流底层的厚度，有效地提高了换热器的传热系数。空心环管壳式换热器于2001年3月硫酸大修后投入使用，彻底解决了转化系统的热平衡问题。在生产正常的情况下，不需开加热炉进行热补偿就能维持系统稳定的热平衡。该换热器投运后，现场多次测定管程、壳程阻力，总阻力一般稳定在9 330～10 665 Pa，比改造前传统换热器的阻力17 330—19 995 Pa大大降低，节约了系统的运行成本。经计算，传热系数约为24 W／(m2·K)，达到了设计能力。至今该换热器已运行达5 a。每次大修对该换热器进行检查，缩放管内外均较干净，没有发现腐蚀和结垢、堵塞的情况；内部零部件空心环网板、阻流圈、气体分布板没有变形、堵塞，结构完好。鉴于空心环管壳式换热器具有较优良的性能，2002年6月，硫酸厂又对转化预热器进行了选型、设计。2003年3月用空心环管壳式换热器替代了预热器的高、低温段换热器，运行情况良好。2006年硫酸系统大修，准备对2。转化器的中热交换器、热热交换器进行更新改造，无疑，空心环管壳式换热器将是首选。

4 结语

使用l 热热交换器5 a及预热器高、低段3 a的生产实践表明，硫酸厂应用的空心环管壳式换热器是成功的，彻底解决了硫酸装置转化系统热平衡问题，由于总阻力下降，操作弹性提高，降低了系统的运行成本。

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