绕管式换热器的布置及管道设计

庞鑫健

(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315000)

在化工装置中，换热器设备应用十分广泛，其数量及投资都占据着整个工程的很大比例，占有重要地位。绕管式换热器是一种高效紧凑的换热器，其适应温度区间大、耐热冲击及具有自身消除热应力的能力，且具有节能环保的特点，固绕管式换热器被越来越多的应用。

1 绕管式换热器的特点及应用

缠绕管式换热器相对于普通的换热器有着其特殊的优势，其构造特殊，传热管在芯筒与外筒之间的空间内按照螺旋形状交替缠绕而成，使其流场充分，不存在流动死区，其适用温度范围广，适应热冲击能力强，能自身消除热应力，紧凑度非常高。

而且绕管式换热器还有一个特殊之处，其通过设置多股管程，能够在一台设备内满足多股流体的同时换热。

由于绕管式换热器的特点，在化工装置中占据了越来越重要的位置，尤其在低温工艺流程领域被广泛应用。

2 绕管式换热器的设备布置及配管

由于绕管式换热器的结构特点，其多为立式布置，出于管道支撑及操作检修的方便，实际工程设计时，多立式布置于框架内。其进出管口常见为多管口，主要有上进下出，侧进侧出型。所以在布置绕管式换热器的时候，与普通的卧式换热器的布置考虑的因素不同，首先需考虑其吊装、安装及检修的空间；然后需要根据工艺流程的要求，布置在合理的高度；其次由于多管口的特点，要预留足够的配管空间。常见绕管式换热器形式见图1。

图1 常见绕管式换热器形式

2.1 吊装孔的设置

绕管式换热器在框架内布置时，利用设备支耳支撑于框架内结构梁，固在布置绕管式换热器的时候，需要考虑吊装孔的设置，在确定吊装孔大小的时候不但要考虑绕管式换热器筒体的直径，更需要考虑侧面支耳及管口的伸出长度尺寸，保证绕管式换热器的可施工性，能够顺利完成设备吊装。

其次需要考虑绕管式换热器换热管检修的要求，绕管式换热器在立式布置于框架内的时候，其框架上部不宜再布置其他设备，给绕管式换热器顶部预留吊装空间，见图2。

图2 绕管式换热器的可施工性

2.2 支撑层的布置

绕管式换热器的布置高度，需要根据流程特点，满足工艺流程的要求，以酸性气体脱除装置为例，酸性气体脱除工艺流程中，绕管式换热器入气管口有存在坡度要求的情况，所以在考虑支撑层高度的时候，还需结合上游设备综合考虑，需保证绕管式换热器入气管线满足工艺坡度要求，又不和框架内结构梁发生碰撞，还需要考虑管道支撑。

在确定支撑高度后，再根据绕管式换热器管口所在标高，预留足够的配管空间，确定其他框架平台的标高，使其管口及管道与框架平台不碰撞。

以某酸性气体脱除装置原料气冷却器(图3)的布置举例，该项目原料气冷却器采用的绕管式换热器，其原料气入口N1，入口管线需要坡向管口,；原料气出口N2，其管线需要从管口处向外坡；其次参与换热的二氧化碳及尾气管线从底部进入设备，从设备顶部引出，管口呈多管口设置。

图3 某酸性气体脱除装置的原料气冷却器

在考虑该设备布置时，就必须结合工艺要求的同时，考虑设备的支撑层高度，上下多管口处的配管空间等因素。结合该设备尺寸，最后该设备的支撑层框架定于EL.8000 mm层，然后可以推算出上下多管口出高度及原料气进出口的高度，在上管口处设置EL.13000 mm平台，满足上管口的检修要求，且预留足够的上管口配管空间。此时，原料气入口N1的高度约在11600 mm左右，在EL.13000 mm平台梁下恰好可以满足该管线的支撑及坡度要求， EL.8000 mm平台以下为原料气出口管线及参与换热的尾气及二氧化碳管线的配管空间。

原料气进出口多有坡度要求，所以在布置时，需要考虑坡度产生的高差，以免管线与结构梁发生碰撞。另由于变换气出口管线的设计压力6.7 MPaG，设计温度为60/-45℃，所以该管线通常对柔性要求较高，固其框架内配管占用空间也比较大。原料气出口管线的布置见图4。

图4 原料气出口管线的布置

2.3 配管空间

绕管式换热器常为多管口设置，且相应管道的配管还应尽量做到分流均布，以便于多股换热更加均匀，固其配管所需要的空间相对比较大，所以在布置的时候就要一并考虑配管空间的预留。常见配管方式主要分为对中均布(图5)及逐级分流(图6)，其主要原则是管道设计过程中，使得多管口的分支管线尽量满足走向相似或阻力降相当，以达到分流均布的目的，使得换热效果更加均匀。

图5 对中均布式配管

图6 逐级分流式配管

由此可见，绕管式换热器的多管口处的管道设计对于框架内空间要求比较高，所以在布置阶段就要进行该部分的配管研究，以避免管道与结构的碰撞，并考虑管道支架的设置。

3 结论

绕管式换热器的布置和管道设计较普通换热器需要考虑的因素更多，其管道设计也更加复杂。

需要在设计过程中，不仅要满足工艺流程的要求，而且需要考虑其经济合理性，还需考虑其可施工性，为施工和后期检维修提供便利。