陈锡栋

(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103)

高温、高压热交换器广泛应用于合成氨、合成尿素、合成甲醇、煤化工等装置中。由于设备运行在高温、高压、临氢工况下，介质通常为易燃、易爆且具有腐蚀性，工艺条件苛刻，这就要求设备具备更高的安全可靠性，以确保其实现长周期运行的要求。因此，对此类设备的设计、制造、检测等都提出了更为严格的要求。

1 设计条件及选型

1.1 设计条件

某装置中一台临氢热交换器的主要设计参数见表1所示。

表1 设计参数

1.2 选型

根据设计条件，本热交换器管壳程高温，若采用固定管板型式，在实际操作中较难控制管壳程温差，在较大的管壳程温差载荷作用下，热交换器各受压元件(壳程筒体、换热管、管板)的应力很容易超标，需要设置膨胀节；但是在设置膨胀节后，在管程高压作用下，会引起换热管和管板的极大应力，从而无法满足强度要求。而U形管式热交换器，由于其仅有一个管板，换热管两端均固定于同一管板上，换热管可以自由伸缩，无热应力，能很好的解决本热交换器管壳程高温的问题，同时U形管式热交换器结构较为简单，而且管程介质为合成气，较为清洁且不易结垢。因此在满足工艺需求和安全可靠性的前提下，综合考虑经济性，热交换器最终选用U形管型式。

2 材料选择

本热交换器管程介质中含有氢气，氢气在高温高压环境下容易侵入到钢中与渗碳体(Fe3C)和固溶碳发生反应：2H2+Fe3C→3Fe+CH4，C+2H2→CH4或C+4H→CH4[1]，生成的甲烷无法扩散到钢外，而是在缺陷部位聚集，造成应力集中，形成内部裂纹，使钢材性能显著降低。……