浅谈石油化工双壳程换热器的应用
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摘 要：加氢装置用双壳程换热器是在壳程筒体内设置一个纵向隔板，隔板穿过管束中心，将管束和壳程分为对称的两部分。从而实现了“纯逆流”，使温差校正系数接近于1，并使壳程介质的流速大大提高，因此提高了总传热系数及换热效率。对于壳程成为控制热阻的一侧且介质流速低，需强化壳程传热或壳程可利用压降较大或温差校正系数较小，需提高有效温差或需要减少换热器台数等场合，应优先选用双壳程换热器。但双壳程换热器制造工艺复杂，一次性投资较高。
关键词：双壳程换热器；设计；制造；安装
中图分类号：TF06 文献标识码：A
1 概述
换热器是石油、化工企业广泛应用的一种常用换热设备，它占全部工艺设备投资的35%～40%，因此提高换热器的传热效率，对降低设备投资、减少占地和减少运行费用具有非常重要的意义。
在加氢装置中，使用了大量的热交换器，其中大部分是在高温、高压和临氢条件下工作的，换热器的材质为Cr-Ni不锈钢和Cr-Mo抗氢钢，所需的费用非常多，所以提升此类舍不得传热性，确保它们处在最优秀的状态之中是很有意义的。双壳程换热器是全新的一种设备，它可能够显著的提升换热率，其对于那些费用较多的装置来讲，是非常有益处的。
2 关于其结构特征
加氢装置用双壳程换热器，一般指高温、高压及临氢条件下使用的且采用Cr-Mo钢材料制造的换热器。这种换热器技术含量比较高，尤其是用2Cr-1Mo钢制造的换热器，其技术含量不亚于用同类材料制造的反应器，甚至某些方面比反应器的制造难度还要大。双壳程换热器除了要解决外漏的问题，还需要解决内漏的问题。
目前使用的双壳程换热器可分为法兰式和螺纹锁紧环式两种，无论是法兰式及螺纹锁紧环式换热器，其壳程侧的结构基本上是相同的，即在壳程筒体内设置一个纵向隔板，该隔板横穿管束中心，将管束分为对称的两部分。隔板的一侧或两侧安放密封带，用压条和螺栓固定，该密封既要保证拆卸维修方便，又要保证回装后密封的可靠性，这就给设计上带来诸多难题。折流板呈单弓半圆缺圆形或双弓半圆缺圆形，纵向隔板两侧密封可靠的关键在于密封条的抗高温性能和抗变形性能，归根结底是材料选择问题。
双壳程换热器在设计、制造、安装中除了满足普通换热器的条件外，其关键考虑因素是纵向隔板两侧的密封问题。为了保证管束顺利装入壳体，要求纵向隔板与设备内表面之间必须留有空隙，该空隙一般为5mm左右的。为了保证壳程流体正常流动，必须将纵向隔板与设备内表面之间的空隙进行封堵，一般采用隔板的一侧或两侧安放密封带，密封带采用10层0.1mm后的不锈钢带，采用压条和螺栓固定的方法。该密封结构具有拆卸、维修方便的优点。
纵向隔板两侧密封可靠的关键因素之一在于密封带的抗高温性能和抗变形性能，归根结底是材料选择问题。常用1Cr18Ni9Ti密封带，但是这种材料在400℃以上长期使用后回弹力降低较多。经过综合各方面的经验，建议使用海涅合金，这种材料在400℃以上长期使用后回弹力降低很小，能长期保持密封效果。
纵向隔板两侧密封可靠的关键因素之二在于密封带的安装质量。制作尺寸合理的密封带，确保纵向隔板两侧安装密封带后的宽度要比设备内径大15mm左右，保证管束安装后密封带有一定程度的弯曲度。
纵向隔板两侧密封可靠的关键因素之三在于壳程筒体的垂直度。为了保证壳程筒体的垂直度，一方面要保证筒节之间的直线度，另一方面要保证筒节之间的焊缝尽可能光滑（需要打磨处理）。壳程筒体的垂直度会直接影响密封带的密封效果。
对于只在纵向隔板一侧安装密封带的换热器，密封带的安装方位要考虑壳程流体的流动方向。如果壳程流体是从下上方向流动，则要将密封带安装在纵向隔板的下方，使密封带在使用中由于流体的压差作用而越压越紧，否则会严重影响密封效果，造成换热器换热效率低下。
3 双壳程换热器的工艺特点
换热管的管外膜传热系数往往是换热器传热的控制因素，其主要是由于在管的一侧构造之中具有多程流动性，进而提升了速率，但是壳程却无法获取这个意义。通过分析其构造以及结焦等要素，同样规定流体要有着非常好的流动速率，为了实现这个规定，我国的很多加氢设备在换置流程的时候，就不得不采用壳体直径较小的多台换热器串联。假如管程具有优秀的条件，壳程的流量不高的话，就算是使用最低的间距，流速依旧无法提升，此时就导致壳程一侧成为控制热阻。如果壳程可利用的压降很大时，可考虑采用双壳程换热器。由于压降与管道的长度成正比，与流速的平方成正比。因此，对于同一流量，采用双壳程时，壳程侧压力降约比单壳程增加6～8倍，因此，必须合理调整壳程压降。
当分析经济性要素的时候，在相同的负载的力的影响之下，使用直径不是很宽的换热设备，要较之于直径大的设备的费用多，同时其配管活动也很繁琐，占用区域也很大。为了处理好这个不利现象，最好采用双壳程换热器。
采用双壳程换热器时，可使壳程侧介质由原单壳程的一半并流、一半逆流变成纯逆流，温差校正系数接近于1，其显著的提升了温差。而且在直径保持一致的背景之中，其流速变高了，所以总的传热指数也增高了。同时，对于由管外膜传热系数起控制作用的场合，它的传热性也得到了显著的提升。所以有人觉得，用这种设备，不但能够提升换热性，同时还能够降低换热的区域。其占地范围的缩减，耗材的降低以及利润的提升，都使得双壳程U型换热器的推广使用显得非常必要。
所说上文中指出了它的很多优势，不过要在合理的氛围之中运行，总结一下，它的使用范围有如下的一些：
a.壳程为控制热阻的一侧，介质的流动速率不快，要强化其传热性。
b.壳程可利用的压降较大。
c.温差校正系数较小，需要提高有效温差。
d.需要减少换热器台数，提高有效温差。
结语
双壳程换热器的设计、制造在国内已经成熟，由于其换热效率较普通换热器高而在临氢装置得到了越来越广泛的应用。但由于其特殊的结构，必须保证密封带的选材合理、安装正确，才能保证换热效率。
参考文献
[1]李久生，刘莉，李卓，等.双壳程螺旋折流板换热器结构设计[J].石油化工设备，2006