焊接板式換熱器的案例
大型重整芳烴聯(lián)合裝置反應(yīng)進(jìn)出料換熱器選型分析
編 輯 | 化工活動(dòng)家
作 者 | 孫曉娟
來(lái) 源 | 煉油技術(shù)與工程
關(guān)鍵詞 | 芳烴聯(lián)合裝置 進(jìn)出料換熱器 選型
共 1695 字 | 建議閱讀時(shí)間 7 分鐘
導(dǎo) 讀
重整芳烴聯(lián)合裝置包括石腦油加氫裝置、重整裝置、抽提裝置、對(duì)二甲苯裝置及歧化裝置。這幾套裝置中涉及到反應(yīng)進(jìn)出料換熱的有4個(gè)位置：石腦油加氫反應(yīng)進(jìn)出料換熱、重整反應(yīng)進(jìn)出料換熱、歧化反應(yīng)進(jìn)出料換熱及異構(gòu)化反應(yīng)進(jìn)出料換熱。通過(guò)每套裝置中反應(yīng)進(jìn)出料的換熱對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物熱量進(jìn)行回收，可回收熱量占反應(yīng)產(chǎn)物熱量的80%及以上，能大幅降低裝置能耗，減少操作費(fèi)用。因此，這幾套裝置反應(yīng)進(jìn)出料換熱器的合理選用非常重要。
主要換熱器種類(lèi)
反應(yīng)部分的流程見(jiàn)下圖。
反應(yīng)進(jìn)出料換熱器的換熱深度用熱端溫差來(lái)衡量，熱端溫差越小，熱能利用越充分，回收熱量越多，但需要換熱器換熱面積越大。而對(duì)于同等的換熱量，傳熱系數(shù)越高，換熱面積越小。
目前應(yīng)用較多的重整芳烴聯(lián)合裝置反應(yīng)進(jìn)出料換熱器主要有3種類(lèi)型：
管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在工程中應(yīng)用普遍，但其傳熱系數(shù)低，換熱性能不高。焊接板式換熱器和纏繞式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，熱端溫差小，熱效率高，壓力降低。
焊接板式換熱器由外殼和板束兩大部件組成，板束由若干板片焊制而成，每塊板片用約0.8mm厚不銹鋼板爆炸成形并帶有合適的流道。板片兩側(cè)各通一股流體，兩股流體在板束的上下端匯集成進(jìn)出兩個(gè)通道并與進(jìn)出口相連。
展開(kāi) 相比管殼式換熱器，板式換熱器有哪些優(yōu)勢(shì)？
板式換熱器與管殼式換熱器相比有哪些優(yōu)勢(shì)
板式換熱器是熱換器的一種類(lèi)型，主要是由一系列波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型又高效的換熱器，器械內(nèi)的各個(gè)板片組合形成了薄矩形通道，就這樣進(jìn)行熱量交換，那么板式換熱器原理有哪些呢?板式與管殼式換熱器相比有哪些優(yōu)勢(shì)呢?下面來(lái)看看吧。
板式換熱器原理
有哪些一：結(jié)構(gòu)原理
板式換熱器的結(jié)構(gòu)原理是結(jié)構(gòu)上的組合，是指按一定間隔將可拆卸的板式換熱器中的沖壓有波紋薄板通過(guò)墊片密封好，并且用特有的框架和壓緊螺旋重疊來(lái)壓緊，而板片和墊片的四個(gè)角孔就是流體的分配和匯集管道，能合理地將冷熱流體分開(kāi)，通過(guò)板片進(jìn)行熱交換。
板式換熱器原理
有哪些二：工作原理
而板式換熱器的工作原理則是通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換，工作中的氣流在兩塊板片之間的通道中流過(guò)。中間的隔層板片將依次通過(guò)流道的冷熱流體分開(kāi)，在此板片進(jìn)行換熱交換。
板式換熱器原理原理就這兩種，熱換器除了板式熱換器還有管殼式熱換器，與此相比，有很多優(yōu)勢(shì)之處，所以受到更多人的選擇，那么都有哪些優(yōu)勢(shì)呢：
1、傳熱系數(shù)高
板式換熱器是由不同的波紋板相互倒置才組合成的流道，，所以流體通過(guò)管道時(shí)的傳熱系數(shù)會(huì)更高，是管殼式的3至5倍。
展開(kāi) 換熱面積在板式換熱器設(shè)計(jì)中的重要性是什么？
在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，能源效率與設(shè)備性能的平衡始終是工程師關(guān)注的核心，而在眾多熱交換設(shè)備中，板式換熱器因緊湊的結(jié)構(gòu)、高效的傳熱能力和靈活的配置，廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、食品加工、化工、電力等多個(gè)領(lǐng)域，然而在設(shè)計(jì)和選型過(guò)程中，一個(gè)看似基礎(chǔ)卻相當(dāng)重要的參數(shù)——換熱面積，往往決定了整個(gè)系統(tǒng)的成敗，它不僅僅是圖紙上的一個(gè)數(shù)字，更是決定換熱效率、運(yùn)行成本乃至設(shè)備壽命的關(guān)鍵因素。
艾克森板式換熱器：https://www.accessen.cn/
那么換熱面積到底意味著什么？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是所有換熱板片有效傳熱表面的總和，想象一下，熱量就像水流，需要通過(guò)一塊塊“橋梁”從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)，這些“橋梁”的總面積越大，熱量傳遞的通道就越寬，換熱過(guò)程也就越順暢，因此換熱面積直接決定了設(shè)備的熱負(fù)荷能力，面積不足，系統(tǒng)可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期的溫度變化，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降；面積過(guò)大，則可能造成材料浪費(fèi)、設(shè)備體積臃腫，增加初期投資和運(yùn)行阻力。
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，換熱面積的選擇并非孤立進(jìn)行，而是與流體特性、溫差、流量、板片材質(zhì)和波紋結(jié)構(gòu)等參數(shù)緊密關(guān)聯(lián)，例如在溫差較小的工況下，為了達(dá)到相同的換熱量，就必須增大換熱面積來(lái)補(bǔ)償傳熱推動(dòng)力的不足，同樣，對(duì)于高粘度或低導(dǎo)熱系數(shù)的流體，也需要更大的面積來(lái)保證足夠的熱交換效率，這就要求設(shè)計(jì)人員在計(jì)算時(shí)，不僅要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公式，更要結(jié)合實(shí)際運(yùn)行條件進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化。
值得一提的是，板式換熱器的模塊化設(shè)計(jì)為換熱面積的調(diào)整提供了極大便利，通過(guò)增減板片數(shù)量，可以在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)總面積，以適應(yīng)不同的工況需求，這種靈活性不僅提升了設(shè)備的適應(yīng)性，也降低了用戶在不同項(xiàng)目中的選型難度，然而這也帶來(lái)了一個(gè)難題：如何在滿足性能要求的同時(shí)避免過(guò)度設(shè)計(jì)？這就需要制造商具備深厚的工程經(jīng)驗(yàn)和精準(zhǔn)的模擬分析能力。
展開(kāi) 板式換熱器中的換熱管應(yīng)該如何進(jìn)行固定？
說(shuō)到這里，也許你會(huì)問(wèn)：那管殼式換熱器里的管子是怎么固定的？沒(méi)錯(cuò)，在那種結(jié)構(gòu)中，換熱管確實(shí)需要被固定在管板上，通常采用脹接或焊接的方式，確保管子不會(huì)松動(dòng)或泄漏，但那是另一個(gè)故事了。
回到板式換熱器，它的“固定”哲學(xué)更偏向于整體的壓緊與精密的定位，而非單根管子的束縛，這種設(shè)計(jì)不僅提升了換熱效率，也讓設(shè)備更加緊湊、靈活，維護(hù)起來(lái)也相對(duì)簡(jiǎn)便。
所以，下次當(dāng)你聽(tīng)到“板式換熱器的換熱管”時(shí)，不妨一笑置之，然后優(yōu)雅地糾正：我們固定的是板片，不是管子，這才是真正懂行的人才會(huì)說(shuō)的話。
板式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
01
板式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)方向
近年來(lái)，板式換熱器技術(shù)日益成熟，其傳熱效率高，體積小，重量輕，污垢系數(shù)低，拆卸方便，板片品種多，適用范圍廣，在供熱行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。板式換熱器按組裝方式分為可拆式、焊接式、釬焊式、板殼式等。由于可拆式板式換熱器便于拆卸清洗，增減換熱器面積靈活，在供熱工程中使用較多。可拆式板式換熱器受橡膠密封墊耐熱溫度的限制，適用于水一水傳熱。本文對(duì)提高可拆式板式換熱器效能的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
提高板式換熱器的效能是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。提高換熱器的傳熱效率和降低換熱器的阻力應(yīng)同時(shí)考慮，而且應(yīng)合理選用板片材質(zhì)和橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方法，保證設(shè)備安全運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
展開(kāi) 板式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
01
板式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)方向
近年來(lái)，板式換熱器技術(shù)日益成熟，其傳熱效率高，體積小，重量輕，污垢系數(shù)低，拆卸方便，板片品種多，適用范圍廣，在供熱行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。板式換熱器按組裝方式分為可拆式、焊接式、釬焊式、板殼式等。由于可拆式板式換熱器便于拆卸清洗，增減換熱器面積靈活，在供熱工程中使用較多。可拆式板式換熱器受橡膠密封墊耐熱溫度的限制，適用于水一水傳熱。本文對(duì)提高可拆式板式換熱器效能的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
提高板式換熱器的效能是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。提高換熱器的傳熱效率和降低換熱器的阻力應(yīng)同時(shí)考慮，而且應(yīng)合理選用板片材質(zhì)和橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方法，保證設(shè)備安全運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
展開(kāi) 板式換熱器板片設(shè)計(jì)的4大特性
板式換熱器是制冷主機(jī)上的重要配件，它是由一組波紋金屬板組合而成，板上有四個(gè)角孔，供傳熱的兩種液體通過(guò)，引導(dǎo)流體交替地流經(jīng)各自的通道，進(jìn)行熱交換，它們排列緊密、精度高，體積小，換熱效率高，節(jié)省空間，使用環(huán)境要求較高，適合在小型制冷機(jī)組上使用，廣泛應(yīng)用與冶金、石油、化工、食品、制藥、船舶、紡織、造紙等行業(yè)，是加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌的優(yōu)良設(shè)備。
板式熱交換器板片設(shè)計(jì)的四大特性
一、分流區(qū)設(shè)計(jì)
即使最寬的板片，也能使流體充分均勻地分布在板片的各個(gè)角落，使分流區(qū)壓力損失最小.板片所有的換熱面積都參與高效換熱，板片的所有物理面積都轉(zhuǎn)化為有效的換熱面積，無(wú)換熱死區(qū)，不存在流動(dòng)死角，不容易發(fā)生積垢，不易出現(xiàn)積垢引起的氯離子腐蝕，可以充分利用允許的壓力降，提高對(duì)流換熱部分的流速，提高整體的換熱效率。
二、單邊流設(shè)計(jì)
整臺(tái)板式換熱器僅用一種板片，更易配管，更易安裝和設(shè)備維護(hù)，減少板片和膠墊的備品種類(lèi)和數(shù)量。
三、有H和L兩種波紋角度
通過(guò)換熱器板片優(yōu)化組合，最大限度提高傳熱系數(shù)，降低設(shè)備造價(jià)。
展開(kāi) 哪種清洗方法最適合板式換熱器？
清洗板式換熱器，到底哪種方法最“對(duì)癥”？這問(wèn)題，聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)則暗藏玄機(jī)，你可能已經(jīng)試過(guò)沖水、泡藥、甚至拆開(kāi)一片片擦——但效果總差那么一點(diǎn)？別急，今天咱們不走尋常路，不列一二三，不堆專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，就用一場(chǎng)“換熱器的體檢報(bào)告”來(lái)聊聊，哪種清洗方法，才真正適合你的設(shè)備。
艾克森板式換熱器：https://www.accessen.cn/
想象一下，你的板式換熱器是一臺(tái)精密的“人體器官”，長(zhǎng)期運(yùn)行后，它的“血管”（也就是板片間的流道）開(kāi)始堵塞，傳熱效率下降，能耗飆升，這時(shí)候，它需要的不是一頓猛藥，而是一次精準(zhǔn)的“診斷”。
癥狀一：輕微結(jié)垢，流量略降，溫度差變大
這就像人有點(diǎn)感冒，打個(gè)噴嚏，體溫略高，這時(shí)候，最合適的“治療”是在線化學(xué)清洗，不需要拆機(jī)，不影響生產(chǎn)，通過(guò)外接管路，讓清洗液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，弱酸性或?qū)Ｓ们逑磩軠睾腿芙馓妓徕}、鐵銹這類(lèi)常見(jiàn)污垢，優(yōu)點(diǎn)？省時(shí)省力，成本低，適合那些不能停機(jī)太久的連續(xù)生產(chǎn)場(chǎng)景，但記住，藥劑濃度和時(shí)間得拿捏準(zhǔn)，不然“感冒沒(méi)治好，反倒傷了胃”。
癥狀二：明顯堵塞，壓差升高，換熱效率暴跌
這已經(jīng)不是感冒了，是“慢性支氣管炎”了，板片間可能積了厚厚一層生物粘泥、油污或硬垢，這時(shí)候，離線浸泡清洗才是王道，把板片拆下來(lái)，放進(jìn)專(zhuān)用清洗槽，用更強(qiáng)力的藥劑浸泡，時(shí)間可以更長(zhǎng)，溫度可以更高，清洗更徹底，有些廠家還會(huì)配合超聲波清洗，利用高頻震動(dòng)，把縫隙里的頑固污漬震下來(lái)，這招對(duì)付粘泥和細(xì)微顆粒特別有效，但代價(jià)是停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，人工成本高，還涉及拆裝風(fēng)險(xiǎn)——板片可嬌貴，別弄變形了。
展開(kāi) 板式換熱器板片設(shè)計(jì)的4大特性
板式換熱器是制冷主機(jī)上的重要配件，它是由一組波紋金屬板組合而成，板上有四個(gè)角孔，供傳熱的兩種液體通過(guò)，引導(dǎo)流體交替地流經(jīng)各自的通道，進(jìn)行熱交換，它們排列緊密、精度高，體積小，換熱效率高，節(jié)省空間，使用環(huán)境要求較高，適合在小型制冷機(jī)組上使用，廣泛應(yīng)用與冶金、石油、化工、食品、制藥、船舶、紡織、造紙等行業(yè)，是加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌的優(yōu)良設(shè)備。
板式熱交換器板片設(shè)計(jì)的四大特性：
一、分流區(qū)設(shè)計(jì)
即使最寬的板片，也能使流體充分均勻地分布在板片的各個(gè)角落，使分流區(qū)壓力損失最小.板片所有的換熱面積都參與高效換熱，板片的所有物理面積都轉(zhuǎn)化為有效的換熱面積，無(wú)換熱死區(qū)，不存在流動(dòng)死角，不容易發(fā)生積垢，不易出現(xiàn)積垢引起的氯離子腐蝕，可以充分利用允許的壓力降，提高對(duì)流換熱部分的流速，提高整體的換熱效率。
二、單邊流設(shè)計(jì)
整臺(tái)板式換熱器僅用一種板片，更易配管，更易安裝和設(shè)備維護(hù)，減少板片和膠墊的備品種類(lèi)和數(shù)量。
三、有H和L兩種波紋角度
通過(guò)換熱器板片優(yōu)化組合，最大限度提高傳熱系數(shù)，降低設(shè)備造價(jià)。
四、一次沖壓成型
在同一板片上，板片波紋深度相同，從而保證板間每一接觸點(diǎn)完好銜接，板片上無(wú)過(guò)度沖壓區(qū).不會(huì)產(chǎn)隱性裂紋，板片上金屬紋路高度同一，板片最薄可達(dá)0.3mm.這樣使得板片承壓能力增強(qiáng)，避免熱應(yīng)力疲勞，避免振蕩和高頻顫抖引起的機(jī)械疲勞腐蝕，板片機(jī)械性能更佳，避免了隱性裂紋造成的泄漏，接觸點(diǎn)分布均勻，介質(zhì)流過(guò)板片時(shí)，湍流加強(qiáng)，最大限度提高傳熱效率，減輕設(shè)備重量，在保證承壓要求下，獲得更高的傳熱系數(shù)。
來(lái)源：板式熱交換器密封墊片技術(shù)平臺(tái)
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展開(kāi) 「CFD案例-Fluent」20 板式換熱器
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進(jìn)行板式換熱器CFD仿真。首先于SpaceClaim中建立幾何模型，并進(jìn)行命名邊界條件，接著導(dǎo)入Fluent Meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后利用Fluent進(jìn)行求解，最后在CFD-POST中進(jìn)行后處理。案例基于3D、穩(wěn)態(tài)求解。
FLUENT基礎(chǔ)案例#359-簡(jiǎn)易板式換熱器仿真（不考慮壁厚）
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FLUENT基礎(chǔ)案例#359-簡(jiǎn)易板式換熱器仿真（不考慮壁厚）
01
案例介紹
如下圖所示的冷熱水換熱器（SpaceClaim模型），換熱板部分共十層，每五層（間隔）連通。長(zhǎng)管一端進(jìn)80℃熱水，短管一端進(jìn)10℃冷水，另兩端均出水。
本例SpaceClaim模型關(guān)鍵提示：需要在不同的域之間設(shè)置共享拓?fù)洌駝t無(wú)法設(shè)置傳熱耦合面。
相關(guān)操作可以參考本公眾號(hào)之前的推送《三維網(wǎng)格劃分中無(wú)厚度面的處理（三）》
02
網(wǎng)格情況
ANSYS MESH網(wǎng)格（FLUENT檢測(cè)質(zhì)量不低于0.7），如下圖。
03
仿真基本設(shè)置
1、穩(wěn)態(tài)計(jì)算
2、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型
3、流體介質(zhì)設(shè)置
4、打開(kāi)能量方程
5、冷水入口速度、溫度
6、熱水入口速度、溫度
7、初始化并計(jì)算，殘差曲線如下
04
基本結(jié)果
05
使用軟件及視頻情況
1、使用ANSYS WORKBENCH19.2制作案例：SpaceClaim建模；ANSYS MESH網(wǎng)格；FLUENT仿真；POST云圖成圖。
2、以上過(guò)程均有高清視頻，總時(shí)長(zhǎng)約40分鐘，可在平臺(tái)購(gòu)買(mǎi)。
展開(kāi) 
走近科研團(tuán)隊(duì)系列報(bào)道：長(zhǎng)春理工大學(xué)激光加工技術(shù)研究中心
產(chǎn)業(yè)化推廣案例
*項(xiàng)目簡(jiǎn)介
將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于以不銹鋼、工業(yè)純鎳和工業(yè)純鈦等為材料的板式換熱器生產(chǎn)制造領(lǐng)域。通過(guò)方便科學(xué)的焊接工裝設(shè)計(jì)、激光焊接工藝參數(shù)優(yōu)化及氣體保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到焊縫無(wú)裂紋、氣孔等缺陷；焊縫強(qiáng)度大于母材的95%；在3.9MPa壓力下無(wú)液體滲漏等技術(shù)指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了板式換熱器高效精密密封焊接，解決了換熱器在高溫、高壓及腐蝕性介質(zhì)條件下安全、可靠工作的難題，擴(kuò)大了換熱器在石油、化工、動(dòng)力、冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。該項(xiàng)目經(jīng)專(zhuān)家鑒定，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，2017年獲吉林省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
該項(xiàng)研究技術(shù)已在四平市巨元瀚洋板式換熱器有限公司得到成果轉(zhuǎn)化，并產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。不但擴(kuò)大了板式換熱器的工作與應(yīng)用范圍，還提升了產(chǎn)品的技術(shù)含量與附加值，提高了產(chǎn)品的檔次，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)我國(guó)板式換熱器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。從2014年到2016年，3年內(nèi)四平市巨元瀚洋板式換熱器有限公司在激光焊接板式換熱器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新增產(chǎn)值4.9億元，新增利潤(rùn)3651萬(wàn)元，新增稅收4708萬(wàn)元的業(yè)績(jī)，為公司帶來(lái)了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，也成為公司的亮點(diǎn)。
*關(guān)鍵技術(shù)
1、換熱器板片對(duì)激光焊接變形控制研究
采用有限元數(shù)值模擬分析的方法，優(yōu)化板片對(duì)焊接裝夾條件和焊接順序，獲得了最小焊接變形工藝。
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