横管式煤气初冷器的换热管胀接工艺研究

浅谈影响初冷器换热效果的因素及解决措施摘要：介绍了横管初冷器的冷却机理。

分析了横管初冷器生产运行中出现堵塞的原因，并提出相应的解决措施，值得生产管理中借鉴。

关键词：初冷器；横管；堵塞前言从焦炉来的荒煤气温度为80℃～85℃经气液分离器进入煤气净化装置，为保证的煤气输送及使用和有效的回收化学产品，需将煤气进一步冷却至18℃～22C。

冷却的方法主要采用间接冷却法，主要设备为“横管式煤气初冷器”。

该设备材料为碳钢，壳体截面为矩形，布置大量的冷却管束，管板外侧管箱与冷却水管连通，构成冷却水通道。

一般用工业循环水和低温制冷水分三段冷却，第一、二段用循环冷却水将煤气冷却到40--45℃左右，第三段低温冷却水将煤气冷却18--22℃左右。

煤气由上向下流动，大量的冷凝液也是由上向下流动，起到冲洗、溶解萘、焦油的作用；冷却水管密集横排，使煤气产生湍流和撞击，从而得到均匀冷却；总的传热系数高；具有节约用水和环保功能。

若冷却后煤气温度过高，会破坏系统热平衡，进而影响后工序操作温度，降低了化学产品的回收率。

要维持其正常生产，就要加大后工序的热交换，同时煤气中的焦油、萘、氨、硫化物等杂质增多，增大了煤气中的焦油、萘、氨、硫化物等杂质增多，增大了煤气净化负荷。

1、影响初冷器换热效果的因素在生产过程中横管式初冷器的换热面积Ｆ以及煤气与冷却水间的平均温度差△t是不变的。

由换热公式Ｑ＝Ｋ・Ｆ・△t可知，冷却效果变差主要是由横管式初冷器的传热系数Ｋ降低所导致。

Ｋ＝（１/ａ１＋δ１/λ１＋δ2/λ2+１／ａ２）－１其中，ａ１为煤气至管外壁的对流换热系数；ａ２为管内壁至冷却水的对流换热系数；δ１/λ１为钢管壁的热阻；δ2/λ2为管、内外壁附着物的热阻。

煤气至管外壁的对流换热系数ａ１由煤气混合物中水汽含量决定，此参数在初冷器使用过程中基本不变。

管内壁至冷却水的对流换热系数由冷却水在管内的平均流速及温度决定．在生产过程中可以通过调节冷却水的流量与温度来调节初冷器后煤气温度。

1引言湖北中平鄂钢联合焦化有限责任公司于2004年和2009年分两期建设4座55孔JN60型复热式焦炉，配套干熄焦、备煤、煤气净化及辅助设施，设计年产焦炭共220万吨的规模，且4座焦炉均为顶装式焦炉。

煤气净化按专业化的系统生产流程，对焦炉生产中产生的荒煤气进行处理：来自焦炉82℃荒煤气通过气液分离器、横管初冷器、电捕、鼓风机、脱硫系统、硫铵系统、终冷粗苯系统，最后去除荒煤气中化学物质及杂质，使得净化后的煤气能够用于后续的工艺产线。

在进行焦炉荒煤气的处理中，横管式煤气初冷器是比较重要的环节，由于自身体积小，占地面积不大，能够极大程度地减少投入成本；运行机制简便，且运行速率极快，能够保障净化煤气的质量性，并产生一定的经济效益；经过横管式煤气初冷器处理的焦炉荒煤气，对环境的污染能力下降一个层次，具备极强的社会效益。

表明横管式煤气初冷器不仅能够为后续煤气净化过程提高净化效率，更是保障整体生产流程能够平稳运行的关键，在许多大型焦化企业都将其作为进行焦炉荒煤气处理的关键工序，受到重视。

2横管式煤气初冷器的运行机制湖北中平鄂钢联合焦化有限责任公司的焦炉荒煤气处理就是应用横管式煤气初冷器，但在近年来的净化过程中，产生横管式煤气初冷器的内部温度超过工艺要求，并且内部系统阻力变大，使得进行焦炉荒煤气的净化效率降低，并且传递大量的焦炉煤灰滞留在煤气鼓风机内部，使得焦炉荒煤的顶部出口的煤气溢满，造成环境污染。

此外，在受到的横管式煤气初冷器的阻力过大时，会导致净化的煤气质量降低，内气体的温度升高，体积增多，导致鼓风机长期超负荷运行。

再者，由于横管式煤气初冷器的阻力增大，过滤效率低下，煤气中存在大量煤渣使得其在管道与装置内部进行沉积，影响装置的运行效率与管道输送量。

气初冷化是进行煤气净化处理的基本要求，在进行焦炉荒煤气的净化过程中，要保持煤气的初冷单位不出差错，并且能够在整体流程中平稳传递，才能将焦炉荒煤气进行充分的净化处理，同时达到提高经济效益与社会效益的目的。

横管式煤气初冷器管壁外除垢工艺的改进《化工安全与环境》2009年第23期?总第985期?谴备横管式煤气初冷器管壁外除垢工艺的改进张仁轩方云重庆市南川区文凤煤焦化有限公司横管式煤气初冷器是焦化厂化产回收车间回收副产品时用来冷却热煤气的设备,内部有若干根横向管道,冷却水在管道中循环,结构是水走管程,煤气走箱体.煤气初冷器是厂化产回收的重要关键装置,一是起到了冷却煤气温度,便于鼓风抽送的作用;二是洗涤萘及同系物,便于后续洗氨,洗苯及脱硫工段的正常运行热煤气由初冷器顶部进入,再由底部出去,热煤气在初冷器里遇到横管内的冷却水而降温,使出初冷器的煤气温度达到技术指标.重庆市南川区文凤煤焦化公司化产回收车间的煤气净化系统于1997年7月建成投产,2003年扩能技改3炉配套工程,设计煤气处理量为1.2万m/h.冷凝鼓风工段煤气初冷器采用3台(二开一备)840m横管初冷器,将煤气从80℃一83~C冷却到25℃～28~C.运行几年中,初冷器管壁外出现了萘及同系物垢块,采用传统工艺——氨水与轻质煤焦油混合液体喷洒洗萘除垢技术,煤气中的一部分萘被洗下来了,但管壁外萘及同系物焦油垢日积增多;采用专业化工稀释剂进行清洗,成本费用高达2O万元,且管壁包裹覆盖的垢很难清洗掉,甚至会使管壁外层稀释下来的黏稠液体堵塞下部管壁间隙,并且还会增加管壁薄弱环节腐蚀损坏的风险,造成管壁穿孔,使初冷器发生大的故障,增加更多的投入.一,存在的问题文凤煤焦化公司3台840m横管初冷器运行2年后,初冷器横管壁外萘及同系物焦油垢厚达6nlm,较硬且密实包裹着管壁,初冷器阻力经常在2kPa以上,严重影响初冷器初冷效果,甚至会危及鼓风机设备运行安全.二,原因分析1.经查阅资料,从各个焦化厂横管式煤气初冷器运行状况来看,初冷器采用氨水与轻质煤焦油混合液体喷洒工艺长期运行,初冷器横管壁外都存在萘及同系物结垢这一共性问题.2.由于喷洒混合液配比操作的温度,流量及压力控制不好,初冷器喷洒除垢效果总是达不到技术要求,长期间运行, 各管外壁积垢严重,堵塞管壁间距,缩小了煤气路径空间,大大降低了煤气初冷效果.三,改进的工艺措施为进一步解决初冷器初冷效果,文凤煤焦化公司成立了一个煤气初冷器管壁除垢工艺革新小组,在氨水+轻质焦油混合液体喷洒工艺基础上进一步进行工艺技术探索.公司于2008年3月对初冷器采用高压水削离垢块和蒸煮鼓泡振动处理技术对初冷器横管壁外进行除垢处理.其方法是:1.初冷器停用后,在初冷器上段合适位置(最好上段的中间位置)和中部位置开设一个约0.2m的方孔,便于高压水进入操作和观察;2.在初冷器中部及下部外壁侧拉上定位线,并作好注入氨水前测出定位线与初冷器壁板立柱之间距离的原始记录, 便于观察初冷器下部注入氨水后初冷器底部变形情况;3.从初冷器上段顶部或侧面开孔用高压水对管壁进行冲洗,削离横管壁上的萘垢和焦油垢块;4.向初冷器下段注入氨水(注入氨水高度,按初冷器下段高度的1/3,1/2,2/3逐步调节);5.注入氨水后,用蒸汽加热鼓泡蒸煮,温度控制在75%～90~C之间,蒸煮0.5～1h后再关蒸汽,排放氨水.反复循环,蒸煮时间至少要保持20h(根据管壁结垢情况确定时间)以上;6.蒸煮时要随时检查初冷器的外形,焊缝,地角螺栓及基础有无异常现象,声音等,若有异常情况要及时停止操作,严重时立即排出氨水.四,改进效果1.对3台初冷器进行除垢处理,可回收萘及焦油渣垢在25t左右,可将其掺入煤焦油里进行外卖,带来一定经济价值.2.采用高压水削离和蒸煮鼓泡振动除垢技术,除垢效果明显,既节约了20万元的清洗成本,又确保了初冷器设备安全,同时确保了初冷器运行时的喷洒(氨水+轻质焦油混合液)效果,从而降低了鼓风机运行负荷,为后续洗氨,脱硫及洗苯工段正常运行提供了有利条件.五,结论1.横管初冷器的萘及焦油渣结垢物堵塞是焦化厂常见的问题,需要进行工艺控制,避免萘及同系结垢物长期恶性循环的存在.2.生产运行,初冷器横管采用氨水+轻质焦油形成的混合洗涤法,长期运行,初冷器横管壁外结垢物依然严重;采用化学稀释清洗法,成本较高,设备安全难保证.3.对初冷器横管外结垢物采用高压水削离和蒸煮鼓泡振动技术,既节省费用又安全,真正确保了初冷器运行时的初冷效果,为化产回收后续工段工艺指标控制奠定了坚实基础. 口——CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT~——?7?。

横管式煤气初冷器维护检修规程第一章设备结构及主要技术参数一、设备结构（一）概述（1）、横管式煤气初冷器属于固定管式换热器设备，呈立式长方体形，外部尺寸为4536×2952×20300，它主要完成焦炉荒煤气的冷却任务；（2）、冷却器内横插4688根长为4500mm的换热管（Φ57×2.5）,换热管以四排为一组与水平成3°夹角管头在管板上胀接，管板外侧有管箱，管箱与冷却管连接，构成冷却水道。

（3）、按换热管把内部分为上、中、下三部分，由上到下分别为采暖热水、循环水、低温水，其进口公称直径分别为DN250、DN450、DN300;（4）、壳体中部与下部有冷凝液出口，公称直径为DN200；（5）、壳体底部有蒸汽入口，公称直径为DN80；（6）、壳体内分别在循环水冷却水管上部有喷洒液入口，公称直径为DN125，喷洒液由喷头喷出；（7）、煤气进出、口公称直径为DN1000，人孔公称直径为DN500。

（二）、冷却原理横管初冷器主要是间接冷却焦炉荒煤气。

冷却水自上而下在横管内流动，煤气从上到下穿过横放的水管外壁，由于管内外的温度差，煤气热量通过横管壁，由作热量交换的水带走。

由于水自下而上折流，与煤气成逆向错流，从而提高了热传导的温度差，另外煤气被横放的水管阻挡而产生湍流，使煤气与水管外壁充分接触，从而提高了传热效率。

另外用轻质焦油、热氨水的混合液分上下两段喷洒冷却水管壁，以吸收煤气中结晶萘，并溶解管壁上的沉积物起到了减少阻力，提高传热效率的作用。

荒煤气在冷却过程中，大部分焦油气冷凝成轻质焦油，萘大部分呈片状析出并溶于焦油中，少部分漂浮在煤气中，随煤气一起流走。

煤气中一定数量的NH3、CO2、H2S、HCN等溶于煤气冷凝水中形成冷凝氨水。

轻质焦油与冷凝氨水组成煤气冷凝液。

冷凝液穿过横排的冷却水管外壁，在壁上形成很薄的液膜从上往下流动，由排液管流入水封槽，再汇集到冷凝液槽。

二、主要技术参数外形尺寸：4890×3322×20644 重量：149190Kg每台处理煤气量：25000m3/h设计压力：管程0.5MPa 壳程0.035MPa管程数：上/中/下为4/22/10；管数144/3124/1420介质、温度、流量：壳程内：荒煤气上段 82—80℃中段 80—45℃下段 45—22℃煤气出口温度22℃管程内：上段热水 50—55℃ 250t/h中段循环水 30—45℃ 600t/h 0.3—0.4MPa下段低温水 16—25℃ 40t/h 0.5MPa初冷器阻力： 800—1800Pa，操作时1000Pa操作时初冷器前压力（表压）-2500Pa操作时初冷器后压力（表压）-3500Pa热态轻质焦油氨水 75—82℃蒸汽 0.4—0.6MPa（表）冷却后煤气焦油含量 1.5—2.0g/m3 萘含量＜0.7g/m3第二章检修周期及检修内容一、检修周期外部及附属设备、管线检查修理周期 6月内部检查修理（包括外部）并试压 24月二、检修内容（一）、作好基础检查（1）、检查基础有无裂纹、下陷情况并定期测量；（2）、基础如有异常，定期测量发展情况，必要时处理；（3）、检查基础螺栓、螺母、垫铁有无松动、锈蚀情况。

关于横管式初冷器控制集合温度的具体措施摘要本文阐述了宣钢焦化厂煤气净化系统初冷工段横管式初冷器影响集合温度的因素，分别从设备和操作这两方面入手查找原因，针对自身情况所采取的一系列有效措施。

关键词横管式初冷器煤气净化煤气冷却集合温度1、前言宣钢焦化厂煤气净化车间二区的煤气初冷系统采用横管式初冷器对集气管来的荒煤气进行冷却，该区有3700 m2初冷器3台，平时两开一备，但夏季气温高的时候，三台全开后集合温度仍然能达到30℃，严重影响到煤气的后续净化效果。

2013年2月到5月底，车间组织相关人员对初冷器存在的问题及原因进行了分析，并从生产设备与工艺操作等方面采取了一些改进的措施。

2、工艺介绍2.1荒煤气回收净化工艺宣钢焦化厂煤气净化系统采取的是全负压煤气净化工艺，从炭化室出来的荒煤气先在焦炉桥管和集气管内用循环氨水通过喷头强烈喷洒，煤气温度降至80℃左右，其中约60%的焦油被冷凝下来。

冷却后的煤气与氨水、焦油等在气液分离器中分离，煤气流向初冷器，通过横管式初冷器进一步冷却至18～22℃，经电捕焦油器除去煤气中的焦油雾后送往脱硫、硫铵、粗苯等工序，进行脱硫、脱氨、脱苯，净化后的煤气经过鼓风机进行外送，同时在对煤气进行冷却净化的过程中得到焦油、粗苯、硫铵等产品。

2.2初冷器概况宣钢焦化厂煤气初冷系统采用横管式初冷器对集气管来的荒煤气进行间接冷却，该初冷器为一个带有换热管水平布置的垂直的壳管式换热器。

在初冷器内，煤气走管外，冷却水走管内，两者通过逆流经管壁间换热，使煤气冷却。

其中冷却水管与水平面成一定角度横向配置。

管板外侧管箱与冷却水管连通，构成冷却水通道。

初冷器共分为三段，一、二段分别采用不同温度的循环水，三段采用的是制冷水。

循环水由每段下部进入，制冷水供入最下段，以提高传热温差，降低煤气出口温度。

从焦油氨水分离槽中部分离出含油为40～60％的混合液，对初冷器进行不间断喷洒，用于清除附着在管壁的焦油和萘，喷洒后的液体通过液封进入冷凝液槽。

煤气初冷器换管施工方案编制：审核：审批：一、工程名称：煤气初冷器换管二、工程地点：xxxxxx煤气初冷区域三、工程特点：此设备为煤气初冷工段的关键设备，也是焦炉煤气深加工及环境保护的首道工序，其正常与否直接影响后续生产的运行状况，因此必须保证万无一失。

此初冷器结构型式为：立式长方形横管胀接结构，内部为换热管，外部有管箱连接管板连接，螺栓直接焊接在管板上。

现阶段换热管锈蚀严重、循环水大量流失、污染加剧，为生产和安全的顺利进行必须对换热管进行更换，并重新胀接，以保证其严密性和生产的正常进行。

四、施工方法：（一）施工准备：1、初冷器四周搭设脚手架，外侧设防护网，以利于检修操作，保证施工作业人员安全。

2、对管箱连接螺栓喷热机油直到大部分螺栓可以拆卸为止。

3、初冷器南侧顶部设置拌子，为管箱盖、换热管垂直运输作准备。

4、准备退火工具设施。

5、准备铜锤、铜棒、扳手、黄油等现场防爆工器具。

（二）拆除1、拆除管箱连接螺栓。

2、利用倒链及涂抹黄油的扳手拆除管箱盖，并编号放置在左右两台初冷器旁边以备回装。

3、退管前首先将换热管管头缩口，缩口长度控制在使换热管与管板外侧脱离，即将换热管管头外侧凸台缩口，以避免剔管时冲击管板造成管板变形。

4、从南侧利用铜锤、铜棒将换热管向北侧打入管板，从北侧将换热管抽出利用骅子将旧管吊下，放置初冷器北侧适当位置。

（三）安装：1、在基地对换热管进行退火处理，打磨胀接管头并适当保护。

2、清理并打磨换热管孔。

3、抽查≮10%管孔，计算胀管率。

5、利用骅子将换热管吊上操作台，从南侧将换热管定位安装。

6、胀接换热管。

7、壳程气密试验，检查胀接情况并进行补胀。

8、安装管箱盖，若必须则对连接螺栓进行接长恢复。

9、管程气密试验。

五、施工进度安排施工项目名称作业时间(小时〉预制准备现场准备管箱盖拆除 5 拆除换热管〈与安装并行) 26 安装换热管并胀接(与拆除并行)26文档冲亿季，好礼乐相随mini ipad移动硬盘拍立得百度书包2壳程气密试验 2 回装管箱盖 4 管程气压试验 2 水压试验 1 交工验收注：施工中拆除安装穿插进行以当天抽管，当天穿管并胀接为准安排进度，原则上，白班抽管、穿管，夜班胀接。

浅谈换热器管口胀焊工艺作者：薛新星王吉豪来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第09期【摘要】目前，换热器的应用领域已经非常广泛，而换热管与管板的连接是管壳式换热器生产的一个重要的工序之一。

这个工序耗时耗力，也是故障频发的部位。

因此，需要高效率、高质量的生产方式，各个制造厂家也在不断的摸索、改进。

【关键词】换热器胀焊工艺根据换热器的形式及设计条件不同，管子与管板的连接方式无外乎：胀接、焊接及胀焊结合三种。

胀接是国、内外目前最为常用的方法。

随着胀接技术的发展：滚柱胀管、爆炸胀管及液压、液袋和橡胶胀管等新工艺相继出现，由于胀接能承受较高的压力，这些胀接形式各适应于不同形式的材料，特别针对那些可焊性差及密封要求不高的情况。

以上几种胀接形式已在生产中普遍应用，并发展成熟。

而常规换热器则通常采用“贴胀+强度焊”的模式，如重要的或使用条件苛刻的换热器则需要采用“强度胀+密封焊”的模式。

胀、焊并用结构，需按胀接与焊接在生产工序中的先后次序，可分为：先胀后焊和先焊后胀两种情况。

在GB151-1999中规定：强度胀接适应于设计压力≤4MPa、设计温度≤300℃、操作中无剧烈振动、无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀的条件；强度焊不适用于振动较大及有间隙腐蚀的场合；胀、焊并用适用于密封性能要求较高、承受振动或疲劳载荷、有间隙腐蚀、采用复合管板的场合。

因此，单纯的胀接或者强度焊接的运用是有条件限制的。

胀焊并用，由于能有效的应对管束的振动对焊接部位的损伤，也有效的避免了间隙腐蚀，且比单纯的胀接或者强度焊接具有更高的强度及密封性，并得到广泛的应用。

针对胀焊的两种情况，经过反复的生产实践，总结出几个关键控制点：1 合理控制管板孔的开孔间隙现各制造厂常用的胀接方式：薄壁换热管采用手持胀管器，稍厚一点换热管采用液压涨等，都能满足各厂的生产需要。

需要注意的是，管板的开孔尺寸及各管孔的倒角问题，各厂有各厂的执行工艺。

经过我厂反复实践得出：换热管与管板孔间隙的尺寸公差控制在0.3±0.05mm为最佳开孔尺寸。

换热管与管板胀接技术浅谈摘要：本论文以某企业转化器为例，探讨了胀接方式的选择、胀管工艺的实施等，为相关工程的实际操作提供了参考。

关键词：换热管、管板、胀接前言钢制管壳式换热器在化工生产中应用十分普遍，不管是固定管板还是浮头管板、u形管壳式换热器，管子与管板的连接是换热器中十分重要的结构和环节。

由于换热管和管板是换热器管程和壳程之间的唯一屏障，因此换热管与管板连接接头质量的好环是管壳式换热器失效最主要的因素，本文以我公司制作的转化器（dn2800×16×5690）为例来进行说明。

该转化器为衡阳某公司20万吨/年pvc 扩改（四期）工程关键设备之一，该设备为立式固定管板式换热器。

设计压力：管程0.08mpa、壳程0.32mpa，工作压力：管程0.07mpa、壳程0.30mpa，设计温度：管程170℃、壳程99℃，工作温度：管程110～170℃、壳程95～99℃，工作物料：管程为氯化氢、乙炔、活性碳、氯乙烯；壳程为热水。

主要材料：管程为q345r（gb713-2008）、10（gb/t8163-2008），壳程为q235-b（gb/t3274-2007）。

管板为q345r材质，板厚70mm，换热管规格为φ45×3、长度为3000mm，材料为10#无缝钢管，每台数量为2031根，总换热面积为831m2。

该设备共制造10台。

一、胀接方法选择换热管与管板的连接方式主要有胀接、焊接、胀焊并用三种。

根据设备介质以及连接方式的适用范围，转化器换热管与管板之间的连接方式为强度焊加贴胀。

胀接目前主要有滚柱胀管、爆炸胀管及液压、液袋和橡胶胀管等工艺。

1.几种胀管工艺方法的比较液压胀管工艺又称软胀接,一次可以胀接较多的管接头。

液压胀管是一种新的胀接技术,它是通过对管子内表面施加高的液压力,使管子塑性变形而胀接于板孔内表面的。

液压胀接的胀管头是直径略小于管子内径的一段芯棒,芯棒两端的外圆表面上有多个密封件,在芯棒中部设有进油孔,在两段密封件之间的管段内施以高压,使管子发生塑性胀大变形而实现胀接。