宽通道全焊接板式热交换器在废糖水余热回收中的应用

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(1.上海蓝滨石化设备有限责任公司， 上海 201518；2.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司， 甘肃 兰州 730070)

技术应用

宽通道全焊接板式热交换器在废糖水余热回收中的应用

常春梅1,2，孙海生1,2，卢芳1,2，刘一凡1,2

(1.上海蓝滨石化设备有限责任公司， 上海 201518；2.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司， 甘肃 兰州 730070)

宽通道板式热交换器已在含固体、晶体、纤维、浆状物质及高黏度介质的流体余热回收场合中得到了广泛的应用。传统的可拆卸宽通道板式热交换器由于耐温、耐压受到垫片性质决定，应用场合很受局限。已开发的全焊接宽通道板式热交换器虽在个别领域应用，但传热元件承压能力低并且制造成本高的缺点导致其很难广泛推广应用。笔者开发的激光焊无触点宽通道板式热交换器不但具有承压高的显著特点，而且采用的可拆卸模块化设计可以大幅降低检维修成本，具有广泛的推广应用前景。

板式热交换器； 全焊接； 激光焊接； 无触点； 宽通道； 废糖水； 应用

自20世纪30年代用薄板压制成波纹板制造板式热交换器开发以来，板式热交换器大多用在牛奶灭菌或啤酒的加工中，通常所选用的人字形波纹波深主要是2.0～4.0 mm[1,2]。进入21世纪，全球各国越来越关注污水处理等环保领域，可拆卸板式热交换器因介质流通通道间隙小，污水中含有的矿物纤维极易在人字形波纹板片流道内发生堵塞和触点处钩挂等问题，一度使得其应用出现瓶颈[3]。

2009年，文献[4]报道了可拆卸宽通道板式热交换器在聚乙烯装置挤压造粒单元得到了应用，为其推广应用打开了一个新的空间。可拆卸宽通道板式热交换器易于拆卸，清洗更换方便，但承压能力低，最高工作温度受胶垫耐温极限的约束[5,6]，在温度较高、压力较高的含纤维、浆状物质及高黏度介质换热工况下很难满足设计要求。因此，有必要开发出一种承压、抗堵塞性能良好、流道间距在12～30 mm的全焊接宽通道板式热交换器。

1 焊接宽通道板式热交换器简介

氧化铝种子分解工艺过程中，换热设备换热效率低、易堵塞等问题一直是制约氧化铝产量的重要因素。2005年，宽通道全焊接板式热交换器在氧化铝种子分解工艺过程中得到广泛应用[7]，含有固体颗粒的氢氧化铝浆液顺利通过板组间形成的无触点的介质流道，冷流体通过有触点的介质流道，此设备传热元件为2205双相钢波纹板片，具备良好耐腐蚀性能和磨蚀性能。

据文献[8]报道，2014年全焊接宽通道板式热交换器在燃料乙醇行业得到应用。宽通道板式热交换器也设有热流体的介质流道和冷流体的介质流道，但是冷介质流道采用了高效平板定距柱或窝状结构，热介质宽通道侧无触点和其它支撑。2205双相钢用于全焊接板式热交换器制造已多年[9,10]，耐磨蚀、耐腐蚀性能更优良的2507双相钢等材料在全焊接板式热交换器制造与应用目前鲜有报道。

目前，国内外设计制造的全焊接宽通道板式热交换器内部介质流道大多为一侧无触点，一侧有触点。无触点侧流通含纤维、浆状物质及高黏度介质，有触点侧流通循环水。当两种介质均为含颗粒物、含纤维的浆状流体进行热量交换时，目前的全焊接宽通道板式热交换器并不能满足要求。另外，当壳程侧介质压力大于板程侧无触点侧的介质压力时，无触点侧的介质流道会在壳侧压差作用下将无触点侧介质流道挤压变窄。若采用的焊接方式是电阻点焊或缝焊，板管承受的压力有限，严重时板片会发生严重变形或板管撕裂导致介质泄漏。

2 激光焊宽通道板式热交换器

2.1板型设计

笔者新开发的板型示意图见图1。

图 1 激光焊宽通道板式热交换器传热元件结构示图

壳程循环水侧由板片组对形成无触点板管流道，板片间采用激光连续焊接，最大承压数值为4.0 MPa。板程废糖水侧为无触点流道，此流道的间距可在10～30 mm内根据具体流体性质和工况进行调节，增加了设备的适用性。

当壳程循环水侧压力大于板程废糖水侧压力时，采用了激光焊接的壳程循环水介质流道不会发生较大变形，板程侧废糖水介质流道不受影响，保证了设备长期运行的可靠性。

设计开发的波纹板传热元件具有传热效率高的特点，沟槽状的横直波纹传热板型可采用2205、254SMo、2507、654SMo和哈氏合金等材质模压成形制造，此传热元件适用于高炉冲渣水、造纸纸浆及污水处理等领域[11]。

2.2设备结构

宽通道激光焊接板式热交换器结构见图2。

图 2 宽通道激光焊接板式热交换器结构示图

黏性大、易堵塞的流体走设备板侧流程，循环冷却水走壳侧流程。板程侧设有可拆卸盖板结构，定期打开设备盖板对废糖水侧进行清理及检、维修。传热元件板束采用激光焊接，故设备具备良好的承压性能，最大耐压4.0 MPa。设备壳程侧除了可以流经循环冷却水，还适合含玉米粒易堵塞的工艺流体，因壳程侧也设计成板管型无触点流道，长期换热过程中亦不会发生堵塞，这是本设备相比于其他全焊接宽通道板式热交换器的另一优势。

3 激光焊宽通道板式热交换器应用示例

3.1设计参数

笔者为某公司设计了多台废糖水余热回收用宽通道全焊接板式热交换器，主要应用于柠檬酸生产工艺过程中。柠檬酸生产方法有水果提取法、化学合成法和生物发酵法3种[12]。

目前，采用生物发酵法较多，红薯、地瓜及玉米发酵后产生蔗糖，蔗糖经过催化反应生成柠檬酸。工艺过程中产生的废糖水中含有较多的片状蛋白质，使用的可拆卸板式热交换器废糖水侧介质流道经常发生堵塞，可拆卸板式热交换器的角孔处也极易发生蛋白质钩挂堵塞，设备运行2 d就需要对板式热交换器进行拆卸清洗，检维修成本较大。

某废糖水余热回收工艺参数：糖水侧的体积流量200 m3/h，进/出口温度为60 ℃/51.6 ℃，压降67.0 kPa；循环水侧的体积流量120 m3/h，进/出口温度为38 ℃/52 ℃，压降54.0 kPa。冷却水将废糖水的余热进行回收，通过此设备进行热量交换，降低工艺废糖水的温度并提升循环水的温度。

以往采用可拆卸板式热交换器使用两周即发生堵塞，需进行拆卸清洗。使用该设备换热效果满足要求，压降损失也在允许范围内，从目前设备运行稳定性看，设备免维护运行应在1 a左右。

3.2新板型解决的问题

板程热水侧可根据所含颗粒物粒径调整板间距，拓宽了设备在复杂工艺流体中的应用范围，适用于两种介质均为易堵塞、易粘结的工艺流体场合。激光焊焊接强度高，冷却水侧可以在较高的压力和较大压差下工作。设备板程侧采用盖板可拆卸结构便于后续设备内部清洗、检维修，相比于清洗可拆卸板式热交换器更加方便，维修成本低。此设备初期投资相对可拆卸宽通道板式热交换器而言较高，但其采用模块化结构设计，由多个全焊接板束组合而成，其中一个板束服役寿命达到后，只需更换此板束，与另外两个完好的板束再次组对焊接后即可继续服役，节省后续的设备投资成本。设备内部板、壳侧采用多流程布置，符合工艺条件对板式热交换器提出的较高NTU值的要求，使废糖水温度下降的同时大幅升高冷却水的温度，最大限度地回收余热，设备整体占地面积小、结构紧凑。

该设备可以应用在含固体、晶体、纤维、浆状物质及高黏度介质的余热回收场合，如钢厂高炉冲渣水余热回收[13]，以代替传统易结垢的管壳式热交换器和螺旋扁管式热交换器，无需加装过滤器过滤悬浮物和固体颗粒物[14]。钢厂焦化厂蒸氨废水处理可用此宽通道板式热交换器代替螺旋板式热交换器，有效防止堵塞[15]。

4 结语

激光焊宽通道全焊接板式热交换器在废糖水余热回收中的成功应用，表明设备具有良好的推广前景。此外，污水内悬浮的矿物纤维和造纸行业中的纸浆极易堵塞可拆卸板式热交换器板间流道，本设备为宽通道设计，在环保行业工业污水和造纸纸浆废热回收领域将具有广阔的应用前景。

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(许编)

ApplicationofWideChannelAllWeldedPlateHeatExchangerintheWasteSugarWaterHeatRecovery

CHANGChun-mei1,2,SUNHai-sheng1,2,LUFang1,2,LIUYi-fan1,2

(1.Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co. Ltd., Shanghai 201518, China; 2.Lanpec Technologies Limited, Lanzhou 730070, China)

Wide channel plate heat exchangers had been widely used in the fluid containing solid, crystal, fiber, paste material and high viscosity medium fluid in the waste heat recovery situation. Heat resistance and pressure resistance of traditional removable wide channel plate heat exchangers is very limited related to the properties of the gasket. A newly developed full welded plate heat exchanger had been applied in the field of individual, but it was difficult to vigorously promote attributing to heat transfer component low bearing capacity and high manufacturing costs. Laser welding wide channel plate heat exchangers were developed by author, it had the advantages that high pressure resistance and removable modular design are adopted to reduce the maintenance cost. These equipments had been used successfully in the waste sugar water heat recovery, and its results show that the equipments have a good application prospect.

plate heat exchanger; all welded; laser welding; non-contact; wide channels; waste sugar water; application

TQ050.7； TB115.1

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.010

1000-7466(2017)02-0048-04

2016-10-01

常春梅(1966-)，女，陕西米脂人，教授级工程师，主要从事板式热交换器技术研发工作。