第三章-直立管壳式水管热回收蒸汽发生器复习课程.doc

第三章 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器3.1 概述3.1.1 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)是一种立式管束换热器，壳程走热流体，管程发生蒸汽。3.1.2 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)的类型有浮头式、U形管式或刺刀及刀鞘管结构。3.5节的图13及14是典型的浮头式及刺刀/刀鞘类型的直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)。也可采用其它类型。3.1.3 热流体可以从顶部或底部进入壳体。壳体通常是单管程壳体，TEMA类型E结构。蒸汽/水侧是通过管束的单管程系统或通过U形管及刺刀/刀鞘的两管程系统。3.1.4 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)可以是自然（热虹吸）循环或强制（泵送）循环。U形管式经常为强制循环。无论哪种流动方式，蒸汽/水的两相混合物都在汽包中分离。分离出的水再循环回管内。生成蒸汽的重量百分数范围是总的水循环量的5%20%，汽包及循环注意事项见附录A及B。3.2 用途3.2.1 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)常用于从气态烃或液态烃、携带催化剂的烟气及粘性工艺流体中发生蒸汽。直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)的壳程既适于清洁流体也适于易结垢的流体。然而，结垢量大或非常脏的流体最好设计为走管程，因为这种类型更容易清洗。为了方便清洗壳体侧管束间的结垢或脏东西，应使用可移动管束，管子正方形或旋转正方形排列，管间最小清洗净空为1/4 in（6.4mm）。壳体侧流速最好大于1 ft/s（0.3048m/s）以使结垢最少。为了避免层流及低的传热系数，直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)用在壳体侧流体粘度超过10厘泊时。3.2.2 这种热回收蒸汽发生器(HRSG)可以发生各种压力的蒸汽，但特别适用于发生高压蒸汽。3.3 系统注意事项3.3.1 自然循环时，汽包必须比任何蒸汽发生管的顶部开口都高。3.3.2 高纯度水质对刺刀/刀鞘型设计的长周期可靠操作特别重要。在刺刀/刀鞘结构上的积垢可使管子顶部绝热而造成过热及失效。因为清洗不便，U形管对结垢也很敏感。锅炉水质及相关蒸汽品质见附表A-1。3.3.3 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)可能比火管式的设计重量轻，例如蒸汽压力大于等于1500 lb/in2（10.5MPa）及工艺热物流压力小于等于600 lb/in2（4.2MPa）的情况。API推荐实用规程521中要求低压侧设计压力应为高压侧设计压力的2/3，以防止管子断裂。当壳体侧设计压力不采用高压侧设计压力的2/3时，可用安全阀来防止壳体超压，这样壳体侧的设计压力可以根据工艺物流条件确定。低设计压力可使壳体重量减轻。3.3.4 为了在缺水时保护热回收蒸汽发生器(HRSG)，需要在设计或操作中采用一些特殊手段。3.3.5 U形管束的管内侧的U形弯很难用机械清洗。由于管内径小及管子安装方位的原因，使管内易于积垢、沉淀及淤渣，这些淤渣可以在U形弯的低点富集。应安装下降管过滤器以减少大型异物堵塞管子。刺刀管的管间有一限位环形套筒，这就要求系统特别仔细排除能堵塞管子的淤渣。这种情况通常要求在蒸汽发生器入口给水管安装过滤器。3.4 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)相比火管热回收蒸汽发生器(HRSG)的优点3.4.1 因为流体分布及蒸汽发生更均匀，所以直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)可以比火管热回收蒸汽发生器(HRSG)设计采用更高的最大热强度。附表B-1是水管热回收蒸汽发生器(HRSG)与火管热回收蒸汽发生器(HRSG)的热强度比较。3.4.2 如果采用多根上升管，它们的排列位置应使每根管中流量相同。对高压系统，每根上升管的相同流量使分布更均匀，这样可使汽包操作得更好。3.4.3 管束自由膨胀，这使得管子和壳体间不同膨胀造成的应力不大。刺刀管的设计尤其如此，每根刺刀管都可独立膨胀，不会由于相邻管的不同膨胀而造成管板应力。3.4.4 直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)的管子侧分布室或浮头管板面不要求耐火衬里，当单程管子失效时，没有衬里可以方便地抽出待检修的失效管。3.4.5 设计中采用U形管及刺刀管的管板可位于壳体出口（冷端），这种管板相对于位于壳体入口热端而言可以采用更低的合金钢。3.4.6 当刺刀管装置的管子失效时，可以把刺刀管束及管板移开以接近刀鞘管或失效的管子。3.4.7 备用管束可以很快更换，因为损坏的管束可以快速拔出并且迅速安装好备用管束，使设备重新投入运行。3.5 结构特点3.5.1 浮头底部管板为浮头结构，从浮头到壳体头部有一接管，通过此接管由底部给水。给水通过加热段被加热变成两相混合物后进入顶部室内。汽/水单程通过换热器，然后进入汽包。壳程的热流体可以是顺流或逆流。壳体及管子间的热膨胀由浮头入口接管上的膨胀节及浮头提供热补偿。3.5.2 固定管板换热器壳体上可以设膨胀节以允许管子和壳体间的不同热膨胀。3.5.3 U形管U形管直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)由直立壳体及顶部分布室组成，内部为一传统U形管束。水进入分布室后沿U形管入口一头流下，沿出口一头流出。热流体通过管束壳程上流或下流。热膨胀时U形管束自由移动，不受壳体热膨胀影响。3.5.4 刺刀管刺刀管直立管壳式水管热回收蒸汽发生器(HRSG)由一系列同轴的管子组成，小直径的管称为刺刀管，大直径的管称为刀鞘管。刀鞘管可以按标准三角形或正方形排列。每根刀鞘管都穿过两个管板孔并固定，刀鞘管的端部用管帽封闭。刺刀管及管板排列与刀鞘排列完全相同，刺刀管同样用管板固定但不封闭。两组管子是匹配的，以便每根刺刀插入其相应的刀鞘。管板可通过拆除分布段而轴向分离。参见图14。3.6 操作说明锅炉给水进入刺刀分布室，沿刺刀管流下，再沿刀鞘的环隙上升到下分布室，然后离开分布室进入汽/水上升管。两个分布室的管束插入带法兰的直立壳体。工艺热物流在低于刀鞘管束下端的底部进入壳体，沿管束上行，在顶部略低于刀鞘管束管板处离开壳体。