一种新型高效蒸汽加热器

doi：10.3969/j.issn.1007-7804.2013.03.006A New Type of High Efi ciency Steam HeaterWANG Xiaofang(Henan Sinorton Heat Exchanger Co.，Ltd.，Kaifeng 475002，China)Abstract：For steam heater is used in air separation plant purification system，expounds the traditional and new structurecharacteristics of two kinds of diferent structural type heat exchanger.And combining with actual cases，detailed contrastdesign，under the condition of the same resistance，new structure than traditional structure greatly increase heat exchangearea，weight，manufacturing and assembly difculty greatly reduced，saving equipment investment，has brought enormouseconomic benefits to the enterprise。

Key words：steam heater；structural characteristics；compare the design；equipment investment；economic benefits目前，空分装置纯化系统用蒸汽加热器大部分都是采用卧式双管板型式≌分装置中，原料空气先流经分子筛吸附器，经过分子筛的吸附净化，去除其中的少量二氧化碳、碳氢化合物及水蒸气，然后进人冷箱中板翅式换热器，将其冷却到 -173 oC左右，最后进人精馏塔进行精馏。分子筛吸附器为两台切换使用 ，其中-台工作，另外-台再生。

冷箱中引出的污氮气进入蒸汽加热器，利用高温蒸汽将其加热到 180 oC左右，然后进入分子筛吸附器对分子筛进行再生。污氮气在蒸汽加热器中被蒸汽加热到分子筛再生时所需要的温度，而且不允许有蒸汽泄漏到污氮气中。如果水蒸气-旦泄漏，则水蒸气就会被再生污氮气携带进入分子筛吸附器中，进而污染原料空气，含有水蒸气的空气进人板翅式换热器后，在低温下产生冰堵，严重影响换热器的换热效果，最终导致整套空分装置停车。

目前空分装置中再生污氮气的加热基本上都采收稿日期：2013-03-26用双管板蒸汽加热器型式，该结构型式有效地保证了空分装置的正常运行。

1 传统双管板蒸汽加热器结构特性传统的双管板结构型式(如图 1所示)，主要有以下特点：1.换热器为卧式容器；2.换热管采用光管型式，-般选用 qbl6×1.5mm，材料为进口碳钢管 St35；3.换热管与内侧管板采用柔性胀接，如图2所示，要尽量保证-次胀接成功，这也是此类换热器制造的难点；4.换热管与外侧管板采用焊接，并对焊缝进行100%磁粉检测；5.壳程介质为高温高压蒸汽，管程介质为再生污氮气；6.内外管板间有 100 mm左右的防泄漏腔。

26 低 温 与 特 气 第31卷图 1 传统双管板蒸汽加热器示意图Fig.1 The traditional double tubeplate steam heater图2 换热管与管板胀接图Fig.2 Easily heat exchange tubeand tube plate采用此结构型式虽然可以有效防止管程和壳程介质混合，但也存在-些问题。首先，换热管利用率降低。由于内外管板间防泄漏腔较大，导致换热管的有效换热长度减短，换热面积减少；其次，制造难度加大。由于内外管板间防泄漏腔较大，造成组装时穿管子困难，实际组装时为了能使换热管同时穿过内外管板，管板上的换热管孔经常需要扩孔，导致内管板胀接强度不够，壳程高温高压蒸汽容易从此处泄漏。

另外，随着装置项 目的大型化，换热设备也越做越大，换热管数量也越来越多，有时单台设备换热管数量多达四五千根，加工制造难度更大。为了提高换热效率，减少能耗，节约成本，提高产品质量，急需改进现有结构型式，开发出-种新型的高效蒸汽加热器，使其制造更方便，性能更可靠。

2 新型高效蒸汽加热器结构特性针对上述背景技术中存在的不足，现开发出-种结构简单、制造方便、工艺要求相对较低、制造质量更容易控制、换热效率更高的-种新型高效蒸汽加热器。

该新型高效蒸汽加热器，(如图 3所示)，主要有以下特点：1.换热器为立式容器；2.换热管采用翅片管型式，-般选用基管尺寸为 16×1.5 mm的双金属轧制翅片管，翅片材料为$30408；3.换热管与内侧管板采用柔性胀接，与外侧管板采用焊接，并对焊缝进行 100%磁粉检测；4.壳程介质为再生污氮气，壳程进出口接管中间设置分程隔板，管程介质为高温高压蒸汽；5.筒体上设置膨胀节；6.内外管板间的防泄漏腔只有 10 mm左右。

1.简体；2.膨胀节；3.分程隔板；4.外管板；5.内管板 ；6.翅片管；7.蒸汽进 13管箱；8.冷凝液出口管箱；9.防冲挡板。

图3 新型高效蒸汽加热器示意图Fig.3 A new hJigh eficiency steam heater采用新结构型式后，主要可以带来以下优点：1.新结构型式由于省去了内外管板之间的120mm左右的连接短节，大大缩短了防止管壳程介质混合的防泄漏腔长度，因此简化了结构和制造工艺，降低了制造难度，使制造质量更容易保证；同时，有效减少了换热管的无效长度，明显增加了有效换热面积 。

2.由于壳程设置了分程隔板，增加了壳程程数，有效地提高了壳程气体流速，提高了壳程放热系数，增加了换热效率；第3期 王晓芳：-种新型高效蒸汽加热器 273.换热管采用双金属轧制翅片管。该换热器壳程介质为再生气体，管程介质为水蒸气，利用蒸汽冷凝放出的热量来加热再生气体。因为壳程介质是气体加热，其放热系数较低，而管程介质是蒸汽冷凝，介质产生相变，故其放热系数远远高于壳程气体的放热系数。为了提高设备的换热效率，需要强化壳程换热面积，因此换热管型式采用双金属轧制翅片管，大大提高了壳程的换热面积。

3 新旧结构型式性能参数对比下面针对-套 40 000 Nm /h大型空分设备中使用的蒸汽加热器，采用新旧结构两种型式进行对比设计。设计参数见表 1。

表 1 KDON-40000/45800型空分设备分子筛纯化系统蒸汽加热器设计参数Table 1 KDON-40000/45800 type air separationequipment molecular sieve purificationsystem steam heater design parameters采用两种不同结构型式进行详细对比设计，设计结果如表2所示。

从表2可以看出，在相同的设计参数下，采用新型结构后，换热管根数大大降低，由原来的8002根减少到250根。双管板换热器的制造关键，是管板的加工和管子套装，以及换热管与内外管板的胀接和焊接。采用传统双管板结构型式，需要两台设备，共8块管板和多块折流板，每块管板和折流板上都要加工出4001个孔，套装时要完成 8002根管子的穿制，而且由于内外管板间防泄漏间隙较大，且内外管板上管孔公差较小，要保证换热管同时穿过内外管板，管板上的换热管孔经常需要扩孔，导致内管板胀接强度不够，壳程高温高压蒸汽容易从此处泄漏。

套装完成后，还需进行 8002×2个管孔的强度胀接及8002×2个管孔的密封焊，工作强度较大。而采用新型结构型式，只需4块管板，每块管板上只需加工出250个孔 ，套装时只需完成 250根管子的穿制，而且内外管板间只有十几毫米的防泄漏间隙，管板加工和管柬套装难度都比传统结构型式大大降低，且产品制作质量更容易保证。另外，采用新型结构型式后，换热面积大大增加，外形尺寸及重量都降低很多。

表2 两种不同结构型式蒸汽加热器结构设计参数Table 2 Steam heater structure design parametersof two diferent structure types传统结构型式 新型结构型式放置型式台数外形尺寸/mm换热管型式换热面积 /m换热管数[/根污氮侧阻力/Pa产品重量/kg卧式 立式2台 I台1454 x16×6000蚴 32×16×8000光管 翅片管632(单台) 24004001(单台) 2503050 245015200(单台) 223504 结 论在保证相等的阻力情况下，和传统结构型式相比，采用新型结构型式，换热面积增加90%，重量减少 27%，占地面积减少 79%，制造和装配难度都大大降低，设备投资节省在35% 以上，给企业带来了巨大的经济效益。

作者简介：王晓芳(1970)，女 ，工程师，2006年获西安交大动力工程专业硕士学位，自1992年来-直从事换热设备的设计工作，现为河南汉诺顿换热器有限公司总工程师。