GHPV将发布绕管换热器

1.  GHPV2.2版本发布绕管换热器

GHPV在2.2版本中将会发布绕管换热器的建模。

其中核心结构就是缠绕换热管。

单股流：



细节：



中心线：



多股流：



俯视图：



细节：



自动检查干涉：



绕管换热器建模有一定的难度，关键点在于推荐合理的绕管方式，使其不干涉。

也期待做此类设备的厂家，多多联系，彻底解决绕管换热器的工艺计算，3D模型，2D出图，工艺制造，等相关问题。

2. 绕管式换热器的应用场景

绕管式换热器(缠绕管式换热器)把多层换热管按螺旋方向反向缠绕在中心筒上,层间用垫条隔开。

它适合高压、大温差、多股流、有相变的工况。

1. LNG / 天然气液化

这是最典型的用途。大型天然气液化装置中的主低温换热器基本都是绕管式。一篇文献分析了它在大型天然气液化装置中的应用与国产化技术,并指出其耐高压、运行平稳、流体适应性强。

2. 空分与低温分离

空气分离、乙烯冷箱和氢气液化等低温流程,常用它做多股流的深冷换热。

3. 煤化工 / 低温甲醇洗
低温甲醇洗工况温度低、压力高,绕管式换热器常用于这类流程。

4. 海上油气平台

绕管式换热器换热效率高、结构紧凑,可以简化海上处理工艺、缩小平台面积、节约建设投资。东方某气田已在新建平台上成功应用。

5. 其他

还有高压气体加热/冷却、熔盐换热、需要多股流同时换热的工艺,以及蒸发–冷凝等相变过程。

3. 设计与使用注意事项

设计方面

壳程结构参数影响很大：

研究表明,减小垫片厚度和绕管径向间距能明显增强壳程传热; 管径、平均缠绕直径和螺距也影响壳程的传热与阻力,其中管径影响最大。设计时要在传热和压降之间权衡。

管程与壳程要匹配：  

各层管长应尽量接近,使各股流在管内的压降和热负荷分配均衡,否则会出现偏流。

相变工况要防分配不均：

壳程有气液两相时,液体分布器和防偏流设计至关重要。海上浮式装置还要考虑摇摆对壳程液膜的影响。

热应力与热膨胀：  

管束与壳体之间存在温差,要处理好差胀和低温下的材料韧性。

材料：  

低温工况用奥氏体不锈钢、铝合金等,要保证低温冲击韧性,并注意介质相容性。

制造方面

缠绕精度、垫条定位、管子与管板的焊接质量及无损检测要求高。

管束成型后几乎无法在管间机械清洗或更换单根管,所以制造质量控制和出厂试验要求严格。

运行与维护方面

介质要洁净。 壳程间隙小,易被杂质、冰、水合物或结晶堵塞,所以进料要做好干燥和过滤。

升降温速率要控制, 避免大温差冲击造成热疲劳和泄漏。

泄漏检测与保护。 发生内漏很难修复,通常用堵管处理,所以要预留一定的堵管裕量。

4. 标准

标准名称:NB/T 10938-2022《绕管式热交换器》(Coil-wound heat exchanger),属于能源行业标准。

发布日期 2022-05-13,实施日期 2022-11-13。

适用范围:该热交换器设计压力不大于 10 MPa。

归口单位是全国锅炉压力容器标准化技术委员会,起草人包括马一鸣、陈志伟、陈永东等。

标准出自压力容器标委会,通常会与 GB/T 151《热交换器》、GB 150《压力容器》和 TSG 21《固定式压力容器安全技术监察规程》配合使用,但具体引用关系要看标准正文。

这类产品标准通常涵盖材料、设计(含管束与壳体结构要求)、制造、检验与试验、验收及标志包装等,具体章节和数值要求请查原文。

设计压力超过 10 MPa 的工况,在该标准的适用范围之外,需要另行按其他规范或专项论证处理。

此前团体标准 T/ZZB 0432-2018《钢制绕管式热交换器》也有相关内容,可作为对照。

正式文本可以到国家标准馆或国家能源局公告渠道获取。

另外HG/T 5108-2016《不锈钢制小径管束螺旋缠绕式换热器》也可以作为参考。