空冷换热器概述

急冷换热器是乙烯裂解装置中工艺性非常强的关键设备 。从工艺上讲，裂解气急冷换热器主要分为一级急冷换热器和二级急冷换热器，对于气体原料有时也采用三级急冷换热器。急冷换热器主要承担两个任务:其一是将800℃左右的高温裂解气迅速冷却至二次反应温度以下，减少烯烃损失;其二是尽可能多地回收裂解气的高位热能，产生12. 0MPa左右的高压蒸汽。急冷换热器的气体侧由进口分配器换热管及出口联箱三大部件组成.裂解气体通过进口分配器一路减速(一般<10米/秒)扩压，使气体的动能尽量转变成静压，这样可以减小各换热管入口处由于气体流速过高而不均匀以及入口气流冲角不等而造成气体进入换热管的流量分配不均匀性.分配器应该把气体均匀地分配到各个换热管中.一般，流量的最大可能偏差应低于±10%，同时尽量减少气体在分配器内的停留时间，并避免出现死滞旋涡区，以抑制裂解气的二次反应，保证乙烯产品的收益。

国内研究单位在急冷换热器方面做了大量研究开发工作，成功开发出了具有自主知识产权的单排、双排和错排线性急冷换热器和二级急冷换热器。但是由于线性急冷换热器处理量较小，适用于处理量较小的炉管，难以与大处理量炉管相匹配，因而对于大处理量炉管应采用一级大容量急冷换热器或二级急冷换热器。

急冷换热器在高温和高压条件下操作，管壳程的热膨胀差较大，易引起较大的轴向应力，尤其在裂解气入口端，由于温度高、热强度大，这就为入口管板的结构设计带来很大困难。如设计不当，会在管板、管子及其连接处产生很大的热应力，极易造成急冷换热器泄漏和失效。因此，目前急冷换热器入口端均采用加强型薄管板、椭圆形集流管等特殊结构，以适应高温和高压操作条件。

急冷换热器为立式管壳式结构，高温裂解气从下部进入上部流出，裂解气走管程，汽水混合物走壳程。

为了适应高温和高压操作条件，急冷换热器在结构设计上主要有以下特点 :

a.采用挠性薄管板和弹性连接件共同吸收管壳程的热膨胀差。急冷换热器的管板必须承受高压蒸汽造成的负荷，并允许管束和筒体间有不同的热膨胀量。新型急冷换热器上部和下部均采用挠性薄管板和弹性连接件，挠性薄管板和弹性连接件固有的弹性有利于吸收换热管和筒体之间的热膨胀差，减小热应力。另外，由于管板较薄，管板沿壁厚方向的温度梯度较小，因此热应力较小，这就减少了管板失效的可能性。

b.采用内孔焊急冷换热器管子与管板的连接处是最容易损坏的部位，所以管子与管板的连接十分重要，特别是入口管板，由于裂解气温度高，热强度大，损坏的几率更大。为了提高管板和换热管连接的可靠性，新型急冷换热器入口管板与换热管的焊接采用内孔焊，内孔焊不仅有好的焊接强度，而且消除了管子与管板之间的间隙，不

会发生间隙腐蚀，内孔焊还可以使焊缝处于水侧的冷却之下，降低了焊缝温度，提高了焊缝的可靠性。

c.薄管板和管口的热防护。如前所述，急冷换热器的入口部位，由于存在高温高速气流的热冲击，使该处热强度极高，必须妥善地采取热防护措施，否则管板和管口处容易因热应力、热疲劳和高温腐蚀而损坏。为了防止高温裂解气将管板和管口烧坏，新型急冷换热器入口管板外表面敷有5 ~10mm的耐热合金堆焊层，对入口管板可以起到良好的保护作用。

d.裂解气的流量分配。为了将裂解气均匀分配到换热管中，采用CFD模拟技术对裂解气入口流道进行了专门设计，能将裂解气均匀分配到换热管中。急冷换热器入口流体分布器中还设有防焦挡板，一方面可以防止高温裂解气中夹带的焦粒对管板的冲刷，另一方面也可以起到使裂解气均匀分配的作用。

e.汽水混合物入口和出口均设有导流装置，使汽水混合物以一定速度流过管板，防止流体短路，对管板进行充分冷却。

f.为了改善焊缝的受力状况、保证焊接质量并易于进行无损检测，承压焊缝尽可能采用对接焊缝。

急冷换热器在工艺设计上有以下特点 :

a.绝热段体积小，绝热停留时间短，烯烃损失少;

b.冷却段比表面积大，可迅速将高温裂解气冷却至二次反应温度以下;

c.大换热管直径，较少的换热管数量，改善了裂解气的流体分布，减小了结焦对压降的影响，提高了在线清焦效果和裂解炉的在线率;

d.换热面积较大，急冷换热器出口温度低，蒸汽产量高，运转周期长。