CN103673693A

CN103673693A - 新型原油常压塔顶油气换热器

Info

Publication number: CN103673693A
Application number: CN201310667049.8A
Authority: CN
Inventors: 姬玉林; 吴振; 刘一总; 许山; 谢宗仁
Original assignee: SHANDONG LANXING WASHING AND ANTI-CORROSION Co
Current assignee: SHANDONG LANXING WASHING AND ANTI-CORROSION Co
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-03-26

Abstract

新型原油、常压塔顶油气换热器，其浮头的盖板部分呈凹槽形，该结构能够增加弧形深度，使管程内介质在浮头处换向时，有足够的折流空间，使管程介质流通顺畅；浮头管板与浮头法兰、钩圈配合面采用梯形槽密封配合，增加了浮头管板与浮头法兰、钩圈之间的密封效果，能够有效避免管程介质与壳程介质之间的相互渗漏、混合，进而增加腐蚀环境的复杂性，导致腐蚀泄露，造成环境污染问题。LX-03防腐涂层结构的设置大大提高换热器的耐腐蚀、耐冲刷性能，有效地提高换热器的使用寿命，降低换热器的工业使用成本，显著降低了由于维修和更换等原因造成经济损失，提高生产效率，进一步降低换热器泄漏造成的环境污染。

Description

新型原油常压塔顶油气换热器

技术领域

本发明涉及石油、化工领域，具体为一种对炼油厂常减压装置中的原油-常压塔顶油气混合物进行换热的换热器的结构，属于冷换设备技术领域。

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。

现代化工与石油化工装置具有大型化，连续性强，腐蚀性大，高温、高压，易燃易爆等特点。对设备可靠性、稳定性、安全性提出了更高要求。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，在生产过程中占有重要地位。据统计在石油炼化成套生产装置中，各类换热器约占生产装置总投资的20％～40％，重量占设备总量的25％～50％，数量占整套装置的30％～50％。换热器是石化生产中重要的工艺设备，也是重要的节能设备，换热器的运行状态对整个装置的安全、产品质量、节能减排起着至关重要的作用。

列管式换热器是工业中广泛应用的换热设备，列管式换热器（又称管壳式换热器）是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。管内的通道及与其贯通的管箱称为管程，管外的通道及与其贯通的部分称为壳程。列管式换热器因其在单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强。在高温、高压和大型石油化工装置中广泛使用。根据热补偿方式不同主要分为：固定管板式列管换热器、浮头式列管式换热器、U形管式列管换热器。

在石化行业的炼厂常减压装置中原油-常顶油气（指常压塔顶油气混合物）换热器（一般为浮头式列管式换热器）的换热管基材材质是10号碳钢。根据原油-常顶油气换热器的操作参数，管程走常压塔顶油气混合物，其中的腐蚀介质主要是H₂S-HCl-H₂O。当以气体状态存在时，一般腐蚀是很小的，在冷凝换热后温度下降至100℃以下，冷凝区域出现液体水以后，在换热器管程便形成HCl—H₂S—H₂O系统的腐蚀。其反应为：

Fe＋2HCl→FeCl₂＋H₂↑

FeCl₂＋H₂S→FeS↓＋2HCl

Fe＋H₂S→FeS↓＋H₂↑

FeS＋2HCl→FeCl₂＋H2S

在低PH下，由于H₂S的腐蚀作用产生的FeS附着在金属表面，使带液滴的油气流动受到阻碍，电解质扩散受到限制，在被阻塞的空腔内，腐蚀液的化学成分与整体溶液存在较大差异，造成腔内电位降低，整个外表面为阴极，点蚀坑为阳极，产生了电化学腐蚀。在水解反应的作用下FeS膜脱落在空腔内又促进了酸性反应，如此循环构成了HCl—H₂S—H₂O的强烈腐蚀。且腐蚀现象以管程侧最为明显。

目前，换热器存在的问题除腐蚀问题之外，还有连接密封问题导致的管程、壳程内介质泄露，带来的环境污染；或者两种介质的混合，增加对管程及壳程腐蚀环境的复杂性；在现有的炼厂常减压装置中原油-常顶油气换热器采用的防腐形式靠的是材质自身防腐。其存在的问题是，焊接工艺复杂，制作比较难，且价格昂贵，不利于推广。

发明内容

为了克服连接密封问题及现有材质自身防腐方式存在的工艺困难及成本问题等，本发明提供了一种新型原油、常压塔顶油气换热器。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：新型原油常压塔顶油气换热器，包括管箱、壳体、传热管、折流板、浮头管板、固定管板、浮头、钩圈及分程隔板，浮头端的管箱法兰与浮头端壳体法兰的配合面之间设密封垫片，浮头法兰通过双头螺柱与钩圈连接，浮头管板与浮头法兰及钩圈接触配合，所述浮头的盖板部分呈凹槽形。

现有浮头的盖板部分呈球冠形，因为其曲率半径大，所以弧形深度浅，容易造成管程介质流通不畅，产生噪音，改为凹槽形后能够增加弧形深度，使管程内介质在浮头处换向时，有足够的折流空间，使管程介质流通顺畅。

进一步，在所述浮头法兰与浮头管板配合的端面上设有环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环A，相对应的浮头管板的端面上设梯形凸台；在浮头管板的外周面上设环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环B，在钩圈的内周面上设与浮头管板的梯形槽配合的凸台。

进一步，至少在管程表面涂置LX-03防腐涂层，LX-03防腐涂层包括两层底漆涂层和四层面漆涂层。

进一步，所述LX-03防腐涂层的涂层的总厚度为150-250μm。

通过在浮头法兰与浮头管板、浮头管板与钩圈的配合面设置梯形槽，且在梯形槽内设置密封环，增加了浮头管板与浮头法兰、钩圈之间的密封效果，能够有效避免管程介质与壳程介质之间的相互渗漏、混合，进而增加腐蚀环境的复杂性，导致腐蚀泄露，造成环境污染问题。

LX-03涂料是以环氧树脂和特定氨基树脂为基料，加入适量的各种防锈、防腐、导热颜料、填料、助剂及溶剂配置而成，树脂在高温下能够交联固化成膜。具有极强的附着力，且漆膜光亮、柔韧、致密、坚硬；具有优异的屏蔽、抗渗、防锈性能；具有优异的耐温、耐水、耐含有腐蚀性介质的工业用水等性能；具有良好的阻垢性和传热性；具有优良的耐热酸、强碱、有机溶剂等性能。

LX-03防腐涂层主要用于防止海水、咸水、半咸水、淡水、弱酸性介质和碱性介质的腐蚀及结垢。用于石化单位换热器防腐，换热器通过采用环氧树脂和特定氨基树脂为基料的防腐涂层的管腔，可大大提高换热器的耐腐蚀、耐冲刷性能，有效地提高换热器的使用寿命，降低换热器的工业使用成本，显著降低了由于维修和更换等原因造成经济损失，提高生产效率，并降低由于换热器泄漏造成的环境污染等，具有良好的社会效益。

附图说明

图1为目前使用的浮头式换热器的结构示意图；

图2为本发明浮头端的组成部件的结构示意图；

图3本发明浮头、浮头管板及钩圈配合的结构示意图；

图中：1管箱，11管箱法兰，2壳体，21浮头端壳体法兰，3传热管，4折流板，5浮头管板，，6固定管板，7浮头，71浮头法兰，8钩圈，9分程隔板，10双头螺柱，Ⅰ密封环A，Ⅱ密封垫片，Ⅲ密封环B。

具体实施方式

为了便于说明、理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的浮头式换热器，其包括管箱1、壳体2、传热管3、折流板4、浮头管板5、固定管板6、浮头7及分程隔板9。分程隔板9设置在设固定管板6一端的管箱1内。浮头端的管箱法兰11与浮头端壳体法兰21的配合面之间设密封垫片Ⅱ，浮头的盖板部分呈球冠形，沿盖板的一周圈设浮头法兰71，浮头法兰71通过双头螺柱10与设置在浮头管板5外圈的钩圈8连接。浮头管板5的左端周面与浮头法兰71的右端周面通过密封垫密封配合，浮头管板5安装在钩圈8的内环中，其外周面与钩圈8的内环面通过密封垫密封配合。对于该换热器其它部分结构，及各部件的组装关系，因为均属现有技术，所以不再赘述。

如图2和图3所示，该种新型原油常压塔顶油气换热器对其浮头端结构进行了改进，其将浮头7的盖板部分由球冠形改进为凹槽形，也可以说使盖板部分看起来像一脸盆，即增加了盖板的凹陷深度。该修整使管程内介质在浮头处换向时，能够有足够的折流空间，使管程介质流通顺畅，减少了噪音。

此外，在浮头法兰71的右端面上设置环状的梯形凹槽，与浮头法兰71的右端面相对应的浮头管板5的左端面上设环状的凸台，在所述梯形槽内设密封环AⅠ，浮头管板5的左端面上的凸台与浮头法兰71右端面上的梯形凹槽配合；

在浮头管板5的外周面上设环状的梯形槽，在该梯形槽内设密封环BⅢ，在钩圈8的内周面上设与所述浮头管板5的梯形槽配合的凸台，浮头管板5上的梯形槽的槽宽最好大于钩圈内周面上的梯形状凸台的宽度。

原油常压塔顶油气换热器（也可表示为原油-常压塔顶油气换热器）的壳程内换热介质为原油，温度为40-70℃，管程内换热介质为塔顶油气混合物，温度为64-90℃。为了增强防腐性能，至少要在管程表面涂置LX-03防腐涂层，所述LX-03防腐涂层的结构为底漆两层，面漆四层，且使所述LX-03防腐涂层的涂层总厚度在150-250μm内。

换热器的管程表面包括固定管板6端的管箱1内表面，及其内分程隔板9的表面、传热管3内表面、浮头7内表面等与管程介质接触的表面。换热器的壳程表面包括换热器的壳体2内表面、传热管3外表面、折流板4外表面等与壳程介质接触的表面。

LX-03防腐涂料为现有涂料品种，其主要成分（按质量百分数）为：环氧树脂：40.6％；丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂：15.5％；铁红：13.5％；三氧化二铬：6.3％；滑石粉：5.6％；铝粉：15％；氧化锌：3.5％；混合溶剂：4％等。即是以环氧树脂和特定氨基树脂为基料，加入适量的各种防锈、防腐、导热颜料、填料、助剂及溶剂配置而成，树脂在高温下能够交联固化成膜。该涂料的特点包括：

（1）具有极强的附着力，且漆膜光亮、柔韧、致密、坚硬；

（2）具有优异的屏蔽、抗渗、防锈性能；

（3）具有优异的耐温、耐水、耐含有腐蚀性介质的工业用水等性能；

（4）具有良好的阻垢性和传热性；

(5)具有优良的耐热酸、强碱、有机溶剂等性能。

LX-03防腐涂层具有优良的耐水性，在较高温度（150℃）下使用，耐海水、咸水、半咸水、工业循环用水等，完全符合换热器的特殊要求；具有耐腐蚀性介质及工业用水性能及良好的阻垢性能和导热性。能防止循环冷却水中CaCO₃的硬化，不易结成坚硬物挂在管壁上，使杂质、氧化层顺流而过；该涂层的漆膜坚硬光滑，不易吸附滞留物与水垢，少量附着物水冲即掉，使用时间长达十几年之久，且在使用运行期内，涂层管传热系数明显高于无涂层管，提高了总的换热效果。

LX-03防腐涂层还对弱酸和碱性介质，有很好的防腐阻垢效果。因为LX-03涂料是以耐酸、碱腐蚀的环氧树脂和一定醚化度的氨基树脂为基料又增加了防锈、防腐颜料而形成的涂料，在150℃以下使用比较可靠。

此外，LX-03防腐涂层还具有牢固的附着性，由于组成LX-03涂料的成分及在喷涂过程中，经过严格的除锈、固化、烘干等程序，使LX-03涂料与碳钢金属表面形成牢固的粘结力，致使在温度、压力、流量不断变化的情况下不会被冲刷掉，起到保护膜的作用，并隔离水、蒸汽、H_＋、NH₃、HCN、CL等与金属表面接触起化学反应，延长使用寿命。

为清楚表示其化学性能及物理性能，下面列表进行说明：

表一化学耐蚀性能表

表二物理机械性能表

序号	项目	底漆	面漆
				1	颜色	浅铁红色	铬绿色
2	粘度（s）涂－4粘度计	40～60	40～60
				3	细度（μm）	≤60	≤40
4	附着力（级）	1	1
				5	弯曲性（mm）	2	2
6	耐冲击强度（j）	4.9	4.9
				7	表干时间(h)(指触法)	<3	<3
8	硬度（玻璃硬度为1）	>0.75	>0.75
				9	固化方法	160℃,1小时	200℃,1小时
10	吸水率(%)	0.35	0.34
				11	耐热性(200℃,24小时)	附着力1级,无裂	附着力1级,无裂
12	耐湿性(144h)	1级	1级
				13	耐温变(-180～+200℃)	8个周期无变化	8个周期无变化
14	导热系数(kcal/m2·℃·h)	0.9	0.42
				15	污垢热阻(m2·℃·h/kcal)		1.66--2.8×10-4

LX-03涂层主要用于防止海水、咸水、半咸水、淡水，弱酸性介质和碱性介质的腐蚀及结垢。适用于石油炼制、石油化工、有机合成、化肥、氯碱、制药、盐化、冶金、发电、食品、印染工业的换热器设备的防腐及阻垢。适用介质中的长期工作温度≤150℃。

涂层施工要求：

①涂装环境：温度15－35℃，相对湿度小于85％，无粉尘；

②工件状况：被涂表面应无裂纹，无焊疤、无毛刺、无尖角、冷换设备花板与管束须采用焊接固定，焊口应平整，管道须采用法兰连接；

③表面处理：被涂工件必须进行严格的除油，除锈处理，达到表面无油污（用挂水法检验，符合日本JISZ0305－1980标准规定）喷砂除锈等应符合瑞典标准SIS05－5900－1967，SA2级以上，酸洗除锈等级应符合前西德标准DING55928Be级规定；

④涂装方法：可采用喷涂、淋涂、浸涂、灌注、滚涂等方法，也可采用静电喷涂；传热管3内宜采用灌涂法；传热管3外宜采用淋涂或喷涂法；管板5（6）、管箱1、壳体2表面宜采用刷涂或喷涂法；

⑤涂层结构：底漆两遍，面漆四遍，涂层总厚度控制在200±50μm；

⑥固化方法：经充分表干后，送入远红外炉内进行固化处理，固化温度160±5℃，最终涂层固化温度200±5℃；

⑦涂层质量指标：外观，铬绿色，表面光滑，无滴坠，无气泡，无异物。厚度，200±50μm；

孔隙，参照美国标准进行检验，采用电火花检测时，严禁超电压，技术指标按下述规定：电压1000V，火花发生量不大于10个∕㎡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims

1.新型原油常压塔顶油气换热器，包括管箱、壳体、传热管、折流板、浮头管板、固定管板、浮头、钩圈及分程隔板，浮头端的管箱法兰与浮头端壳体法兰的配合面之间设密封垫片，浮头法兰通过双头螺柱与钩圈连接，浮头管板与浮头法兰及钩圈接触配合，其特征是：所述浮头的盖板部分呈凹槽形。

2.根据权利要求1所述的新型原油常压塔顶油气换热器，其特征是：

在所述浮头法兰与浮头管板配合的端面上设有环状的梯形槽，在该梯形槽内设密封环A，且相对应的浮头管板的端面上设梯形凸台；同时，

在浮头管板的外周面上设环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环B，在钩圈的内周面上设与浮头管板的梯形槽配合的凸台。

3.根据权利要求1或2所述的新型原油常压塔顶油气换热器，其特征是：至少在管程表面涂置LX-03防腐涂层，LX-03防腐涂层包括两层底漆涂层和四层面漆涂层。

4.根据权利要求3所述的新型原油常压塔顶油气换热器，其特征是：所述LX-03防腐涂层的涂层的总厚度为150-250μm。