煤气换热器的设计计算及质量验收和使用维护

陈绯，刘东国

（湖北新冶钢有限公司，湖北黄石435001）

煤气换热器的设计计算及质量验收和使用维护

陈绯，刘东国

（湖北新冶钢有限公司，湖北黄石435001）

介绍煤气换热器设计计算方法、质量检查验收及使用维护要点，分析了煤气换热器发生泄露的主要原因，并提出了防范措施。

煤气换热器；设计计算；检查验收；使用维护

煤气换热器设计计算、质量检查、使用维护直接影响煤气换热器的使用寿命，对生产安全、稳定运行、节能事关重大，每一个环节都十分重要。

1 煤气换热器设计计算

现以公司460钢管厂中径40 m环形加热炉煤气换热器设计为例，加以说明。

1.1 初始条件

烟气进换热器温度：ty′=500℃；

烟气出换热器温度：ty″=335℃；

烟气量：Vy=93 549 m3/h；

煤气进换热器温度：t′m=20℃；

煤气出换热器温度：t″m=280℃；

预热煤气量：Vm=48 000 m3/h。

由于实际工况决定选择金属光管换热器，换热器规格Φ57 mm×3.5 mm采用顺排式布置。

1.2 预热煤气所需要的热量Qm

Qm=Vm（Cm″tm″-Cm′tm′）

查表可得：

进换热器时煤气的比热Cm′=1.316 3 kJ/（m3·h）

出换热器时煤气的比热Cm″=1.348 6 kJ/（m3·h）

综上：

Qm=48 000×（1.348 6×280-1.316 3×20）= 16 861 536 kJ/h

1.3 出换热器烟气温度ty″

由热平衡可得：

其中，cy′及c″y分别为烟气出口及入口温度下烟气的平均比热容。

烟气与煤气的对数平均温差Δtp

查表得错流及其他流动方式的修正系数ψ=0.98。

1.4 换热器的传热面积F

取换热器进口及出口处总传热系数K=24

换热面积为750 m2。

1.5 换热器的管子数量和排列

选用Φ57 mm×3.5 mm，长L=3.2 m的管子。

每根管子的换热面积

F=0.053 5×3.14×3.2=0.537 6 m2

管子总数为750/0.537 6=1 395根，取根数为1 040根。

设计要求三组两行程，每行程234，横向13根，纵向18根，共6行程，实际1 404根。

校核换热面积

F′=13×18×6×0.537 6=754.8 m2

换热器进、出口总校核传热系数K′=24

1.6 烟气和煤气速度

煤气流速

烟气流速

1.7 煤气进出口的管径

得煤气进、出口管径分别为d1=770 mm，d2=900 mm

1.8 煤气侧阻力损失

煤气侧阻力h=摩擦阻力hj+局部阻力hm

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1.9 烟气侧阻力损失

烟气温度经验值t=417℃

取ξ0=0.55，查表得修正系数CR=1，CS=0.34，Z=39

ξ=0.55×0.34×39=7.29

2 煤气换热器质量检查验收

（1）设计及使用双方必须对煤气换热器设计外形图进行审查确认。

（2）所需的原材料材质证明单，要符合国家或国际有关标准；特别强调所有管材全部为空尺管，不准有接口；壁厚正公差，要求渗铝处理的钢管，内外壁渗铝深度为0.3 mm，钢管壁厚和内外壁渗铝厚度必须通知使用方到场确认。

（3）换热器为气密性构件，焊缝要求和焊条选择严格执行国家相关规范，管箱焊缝要进行探伤抽检，并提供检查证明书（煤气换热器焊接标准以JB/T5000.3 -2007为准、焊接质量为2级以上）。

（4）换热器制作完成后，通知使用方要进行发货前和到货后两次气密性试验来进行验收，试验压力为100 kPa，要求保压2 h压降不大于1%。

（6）上、下风箱、风帽刷二遍防锈漆，涂二遍面漆（600℃耐高温有机硅漆）。

（7）外形尺寸必须确保与原设计外形尺寸完全相同，接口尺寸与现场一致，并配带接口的金属垫片和螺栓，并派技术人员现场指导安装、防止安装过程中受损，影响使用效果。

（8）煤气换热器设计制造执行标准：

GB 50486-2009《钢铁厂工业炉设计规范》

JB/T 1616-1993《管式空气预热器技术条件》

GB 5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》

GB/T 14976-2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》

GB/T985.1-2008《手工电弧焊焊接接头的基本型式与尺寸》

GB/T5117-1995《碳钢焊条》

GB/T 985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》

JB/T5000.3-2007《重型机械通用技术条件第3部分：焊接件》

（9）煤气换热器装配图及材料重量表。

（10）产品质量合格证书。

（12）设备制造、检验报告。

（13）主要备件材料合格证书和材料试验报告。

组装好的煤气换热器实物如图1所示。

图1 煤气换热器实物图

3 煤气换热器使用维护

（1）防止烟气超温，防止煤气预热温度超温。

（2）密切关注换热器前后烟气温度变化情况，防止煤气换热器泄露燃烧引起烟气超温。

（3）密切关注煤气换热器前后压力变化情况。

（4）做好烟道密封。

（5）烟气上游要有掺冷风机设备，发现超温有应急措施。

（6）调节好空燃比防止在烟道内产生二次燃烧。

（7）半年或一年内要进行一次换热器检查和清灰，检查焊缝有无开裂，管束有无变形、腐蚀、烧穿，检测管束壁厚，检查管箱变形情况。

（8）检查清理上管箱内煤气带过来的渣子。

（9）煤气换热器正常使用寿命3年以上，到期要加强检查和监护运行或根据检查结果考虑更换。

（10）遇煤气换热器泄露着火，应先关闭烧嘴前煤气阀门，并逐渐关闭总管阀门三分之二，使火势减小后再向管内通入大量氮气或蒸汽，严禁关死总管阀门，以防回火爆炸，让火自然熄灭后，再关死阀门。

4 结语

煤气换热器通过合理设计计算，优化设计，使烟气阻力损失、煤气阻力损失降到最小，投入使用后，煤气预热温度达到250～350℃，煤气量达到45 000～48 000 m3/h，换热器热效率高，通过质量验收和使用维护监管，使煤气换热器使用寿命提高，现已经使用了3.5年，管束上部表面有轻微腐蚀，煤气单耗指标由450 m3/t下降到428 m3/t，确保了加热炉安全稳定运行、能耗指标大有改善，达到理想效果。

[1]孙贻公.对煤气换热器安全问题的认识[J].工业炉，1993(3)：48-51.

[2]郭红永，张宇，王三多，等.煤气换热器损坏原因分析及解决方案[J].工业炉，2011,33（4）：28-30.

Design Calculation，Quality Acceptance and Use Maintenance of Gas Heat Exchanger

CHEN Fei,LIU Dongguo
（Hubei Xinyegang Steel Co.,Ltd,Huangshi435001,China）

The design calculation method ofthe gas heatexchanger design，the key point for quality inspection，the use and maintenance are introduced.The main reason for the leakage of the gas heat exchanger is analyzed，and the countermeasures are put forward.

gas heat exchanger；design calculation;inspection and acceptance；use and maintenance

TF066.2+1

A

1001-6988（2016）06-0039-03

2016-08-27

陈绯（1969—），女，工程师，主要从事技改工程项目方案研究和立项工作.