常用雙殼程熱交換器縱向隔板密封結(jié)構(gòu)

李繼峰，李永平

（1.大連派思燃氣設(shè)備有限公司，遼寧 大連 116600）

（2.大連東方億鵬設(shè)備制造有限公司，遼寧 大連 116600）

1 前言

在石油化工、煤制油項目，燃氣電廠的工藝裝置中，熱交換器占設(shè)備總數(shù)量的30%左右，占總投資的40%～50%，近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大;利用熱交換器進行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。常用的列管式換熱器，有單殼程和雙殼程之分，二者相比，在某些工藝條件下，雙殼程熱交換器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高，節(jié)省投資等優(yōu)點。

2 雙殼程熱交換器優(yōu)缺點

優(yōu)點：雙殼程換熱器由于能實現(xiàn)冷，熱流介質(zhì)在純逆流條件下進行熱交換，其溫差校正系數(shù)F接近于1，一般條件下，僅僅傳熱效率這一項就比單殼程換熱器提高約25%;又由于殼程被中間隔板分割成兩個半圓筒形，使截面積縮小1/2，而殼程介質(zhì)的流速卻提高了一倍，雷諾數(shù)得到提高，強化了傳熱，其值可比單殼程提高5%以上?？偟膩碚f，在工藝條件合適，雙殼程換熱器的傳熱效率比單殼程換熱器提高30%～45%。

缺點：殼程流體壓降提高了4倍左右，同時殼程縱向隔板與殼體的密封結(jié)構(gòu)容易發(fā)生泄露，造成介質(zhì)走短路，影響傳熱效率，對殼程殼體制造同心度和圓度要求較高，另外縱向隔板一般為非絕熱材料，隔板上下表面溫度傳遞，影響傳熱效率。

如果殼程壓降允許值較大，在管、殼程進出口溫度交叉，或殼程介質(zhì)流量小，需要提高殼程流速和傳熱系數(shù)的情況下，雙殼程熱交換器是一個合適的選擇，然而要實現(xiàn)縱向隔板的良好密封，應(yīng)從兩方面著手：一是保證隔板本身的強度和剛度，避免過大變形；二是合理密封結(jié)構(gòu)選擇及加工精度要求[2]。

3 常用縱向隔板與殼體密封結(jié)構(gòu)

3.1 焊接結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)由于縱向隔板與殼體焊接連接，泄漏率幾乎為零，其中圖1結(jié)構(gòu)[1]適用于大直徑具備內(nèi)部施焊條件的熱交換器，但組裝困難，圖2結(jié)構(gòu)[1]適用于不具備內(nèi)部施焊直徑小的熱交換器，但這種結(jié)構(gòu)由于焊接連接，縱向隔板容易變形，影響管束裝配，同時由于焊接連接，縱向隔板與殼體連接處存在局部焊接殘余應(yīng)力，影響殼體使用壽命，同時這種結(jié)構(gòu)對殼體的加工制造精度要求較高，要嚴(yán)格控制殼體的橢圓度，所有此種焊接結(jié)構(gòu)不適合用于殼程高壓、疲勞工況的熱交換器，也不適用于管束可抽芯的熱交換器。

圖1

圖2

3.2 滑道結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)都是兩塊連接板焊接或預(yù)制成滑道形狀，縱向隔板安放在滑道內(nèi)部，其中圖3結(jié)構(gòu)[1]是由兩塊板與殼體焊接，形成空心滑道結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)要求控制兩塊板焊后的平行度，否則縱向隔板很難裝入到，而且介質(zhì)容易短路。圖4結(jié)構(gòu)采用雙面焊有圓鋼的縱向隔板插入與殼體相焊的“［”型滑道內(nèi)，其中圓鋼與“［”形滑道均為不銹鋼，一般圓鋼采用φ5mm不銹鋼棒制作，“［”型滑道采用6mm不銹鋼煨制成型，安裝時圓鋼與“［”型滑軌留有0.5mm間隙，在壓差的作用下，介質(zhì)來氣側(cè)的縱向隔板會壓著介質(zhì)出氣側(cè)的圓鋼，使得該圓鋼與“［”型滑軌緊密接觸，從而實現(xiàn)密封，此種結(jié)構(gòu)不僅有密封作用，在管束裝卸時還能起導(dǎo)向、支撐作用。

圖3

圖4

3.3 不銹鋼彈簧壓片式

此結(jié)構(gòu)采用8片，每片厚度為0.125mm，或5片，每片厚度為0.2mm，總厚度為1mm的材料為不銹鋼的彈簧密封片式結(jié)構(gòu)。彈簧密封片可設(shè)置縱向隔板兩側(cè)[1]（圖5），也可以彈簧密封片設(shè)置在壓力較高的一側(cè)（圖6），在使用時，由于壓差的作用，壓片將緊緊壓在殼體內(nèi)壁，從而起到密封的效果。另外，此結(jié)構(gòu)由間隔為100mm的螺栓通過壓條固定在縱向隔板上，各螺栓采用點焊固定，減少了變形和振動的影響，延長了使用壽命和可靠性，但縱向隔板需要提出嚴(yán)格的直線度和平面度要求，由于采用不銹鋼彈簧密封片結(jié)構(gòu)，變形協(xié)調(diào)能力強，密封可靠，適用于高溫、高壓、疲勞工況熱交換器。

圖5

圖6

3.4. 整體壓片式結(jié)構(gòu)

本結(jié)構(gòu)（圖7）為整體式結(jié)構(gòu)，密封條由4層總厚為0.8mm的不銹鋼與1mm厚度不銹鋼板整體電阻焊連接而成，密封面可布置在縱向隔板兩側(cè)，也可布置在高壓介質(zhì)一側(cè)，由于縱向隔板兩側(cè)的壓差使得該密封條越壓越緊，從而密封更可靠，另外該密封條的大小可根據(jù)縱向隔板的厚度調(diào)整，折流板壓在該密封條上，起到固定密封條的作用，與傳統(tǒng)不銹鋼彈簧壓片式結(jié)構(gòu)相比，不需要螺栓固定，同時該密封結(jié)構(gòu)中密封條為整體結(jié)構(gòu)，避免了常規(guī)密封結(jié)構(gòu)中彈簧片脫落問題，安裝更加方便。

圖7

整體壓片式結(jié)構(gòu)

4 常用縱向隔板與管板密封結(jié)構(gòu)

常用結(jié)構(gòu)有如下三種，圖8結(jié)構(gòu)[1]是可拆卸結(jié)構(gòu)，具有操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單特點，但是如果縱向隔板發(fā)生震動時螺栓容易脫落；圖9結(jié)構(gòu)[1]也是可拆卸結(jié)構(gòu)，縱向隔板與管板通過墊片密封，具有密封可靠，更換方便特點；圖10結(jié)構(gòu)是焊接不可拆卸結(jié)構(gòu)，與前兩個結(jié)構(gòu)比較具有簡單可靠特點，是目前比較常用的結(jié)構(gòu)。

圖8

圖9

圖10

5 密封結(jié)構(gòu)選用準(zhǔn)則

根據(jù)以上密封結(jié)構(gòu)介紹，結(jié)合熱交換器運行工況總結(jié)如下選用原則：

（1）當(dāng)熱交換器管束固定不可抽且壓力和溫度較低時，優(yōu)先選用焊接結(jié)構(gòu)，當(dāng)具備內(nèi)部施焊時，優(yōu)先選用圖1結(jié)構(gòu)；

（2）當(dāng)管束需要抽芯并且設(shè)備處在高溫工況下，或者對殼側(cè)介質(zhì)漏率要求不嚴(yán)時，可以選用滑道結(jié)構(gòu)；

（3）當(dāng)管束需要抽芯并且設(shè)備處在高溫、高壓、疲勞工況時，宜選用不銹鋼彈簧壓片式；

（4）當(dāng)管束需要抽芯且設(shè)備長徑比大于15時，或熱交換器直徑大于2000mm時，宜選用整體壓片式結(jié)構(gòu)。