换热器清洗
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钛材换热器的结构设计点击：1835 日期：[ 2014-04-26 21:35:27 ] |
| 钛材换热器的结构设计 张艳秋,王洪学,梁 浩,张 涛 (中航黎明锦西化工机械(集团)有限责任公司,辽宁葫芦岛125001) [关键词]钛材换热器;氯碱工业;结构设计 [摘 要]讨论了氯碱工业用钛材换热器中几个关键连接部位的设计方案,包括换热管与管板、复合板之间、衬筒接管与复合板筒体、复合板筒体和衬筒高颈对焊法兰衬里、衬筒接管和高颈对焊接管法兰衬里、钛制筒体与活套设备法兰、钛接管与平焊环松套管法兰等。 [中图分类号]TQ114. 15 [文献标志码]A [文章编号]1008-133X(2011)07-0036-03 随着我国氯碱工业的迅速发展,新设备、新工艺不断出现,钛在氯碱工业中的应用范围逐渐扩大,广泛地用来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。 目前,国产化工钛设备中,钛用量最多的是换热器[1]。氯碱工业中所用的换热器都是盐水或湿氯气走管程,冷却水或蒸汽走壳程,换热管材料选用TA2,管箱筒体材料选用TA2或TA2+碳钢或低合金钢复合板(如果要求设备压力高,钛板造价太高,可用复合板),管板为TA2+碳钢或低合金钢复合板,管箱接管采用钛管或钛衬里结构(如果筒体为复合板,接管选用钛衬里结构)。下面就结构设计中的几个关键部位作进一步介绍。 1·换热管与管板的连接 换热管和管板常用的连接形式有胀接、焊接、胀接加密封焊。胀接可以承受较高的压力,但温度升高造成胀接残余应力的松弛,使胀口泄漏;焊接虽然可以耐更高的温度,但是在循环应力的作用下,焊口极易产生疲劳裂纹,而且不能完全避免缝隙腐蚀;焊接结构的换热管与管板连接许用拉脱力一般在60MPa以上,而胀接的许用拉脱力只有3MPa,考虑管板钛层与基层的抗剥离强度,尽量采用密封焊加胀接的连接方法(见图1,此连接方法尤其适合复合管板与换热管的连接)。这样可防止盐水杂质或湿氯气对管板的间隙腐蚀,提高接头的抗疲劳性能,使用寿命比单独用焊接或胀接要长得多[2-3]。 2·复层/衬里的焊接结构 2.1 复合板间焊缝 钛钢复合板对接焊的焊接接头形式如图2所示,钛与钢直接相焊会产生脆性的金属化合物,因此在焊接钛复合钢板时,先除去距焊缝坡口边缘12mm左右的钛复合层,然后焊接碳钢基层。检验合格后,加一块垫板填满凹槽,将垫板和复合层进行对接焊;为保证钛材的焊接效果,再加盖板搭接焊。这样从结构上保证碳钢和碳钢基层相焊接、钛材和钛材相焊接[4]。 2.2 接管衬筒与复合板间的焊接 在设计接管的衬筒时,因考虑到壳体和接管的交接处应有一定的挠性或留有适当的衬筒相对运动的裕量,为消除在壳体上截面的尖锐变化,避免接管和壳体复合层交接焊缝位于最大应力处及解决不同材料的焊接问题,把接管衬筒与筒体复合层连接的结构设计成如图3所示的形式。预先压制一个与筒体或封头开孔处内面轮廓相吻合的钛衬里过渡短节,再除去壳体焊缝坡口边缘6 mm左右的钛复合层,然后焊接碳钢基层。待碳钢基层焊接好,检验合格后,加垫板填满凹槽,然后焊接壳体复层、垫板和接管复层,最后把过渡短节包在焊缝外面搭接焊[1,4]。 2.3 衬钛高颈对焊设备法兰、对焊管法兰的焊接 文献[5]要求盛装液化石油气、毒性程度为极度和高度危害介质以及强渗透性中度危害介质的压力容器,其管法兰应用高颈对焊法兰。所以对于管程走氯气的换热器,法兰必须选用高颈对焊法兰。而管程走盐水的换热器,因其介质危害不大,设计压力和设计温度不是很高,可以选择平焊法兰,筒体不须选择复合板结构,如果因为设计压力偏高而选择复合板结构,法兰也应选用对焊法兰。筒体和高颈对焊法兰衬里结构如图4所示。筒体选用复合板,设备法兰选用衬筒结构,筒体与法兰焊接结构参见图2。把碳钢法兰接近衬环处加工出1个宽12mm、深4 mm的槽,槽里填进钛垫板,然后把法兰衬环和法兰衬筒对接焊,法兰衬环用钛螺钉固定在碳钢法兰上[1, 4-5]。 接管法兰的结构(如图5所示)类似于设备法兰的结构,不同之处在于接管法兰和接管的衬筒是1件。要先焊接碳钢法兰和碳钢接管,然后加工要衬钛的平面,并把碳钢法兰加工出1个槽,填进钛垫板,再焊接接管法兰衬筒与衬环,并用钛螺钉把法兰衬环固定在碳钢法兰上,最后加工密封面。这样,既可避免钢材和钛材直接相焊,又可以保证衬里和基层以及密封面的密封性。 2.4 钛制筒体与设备法兰、钛接管与管法兰的连接 当管程介质为氯气,筒体或接管材料为钛板或钛管时(设备直径较小或压力较低),设备法兰或管法兰为高颈对焊法兰,可选用钛锻件材料制造。当管程介质为盐水,筒体或接管材料为钛板或钛管时(设备直径较小或压力较低),设备法兰或管法兰选用活套法兰,结构如图6所示。 本节点的密封面为凹凸密封结构,衬环和筒体材料为TA2,法兰材料为16MnR(正火板)。先将法兰加工出倒角以便留出法兰衬环和筒体焊接的角焊接接头位置,然后将法兰套到筒体上,将法兰衬环和筒体进行双面角接焊接,为保证法兰密封面的密封效果,在法兰衬环和筒体焊接后再加工法兰密封面。为防止设备法兰在安装或检修时因没有螺栓连接而移动位置导致设备法兰受损伤,在设备法兰背面筒体上焊接了6块防落挡板。接管法兰的结构类似于设备法兰的结构,如图7所示,不同之处在于接管法兰选用的是标准平焊环松套管法兰,而标准管法兰的平焊环相对较厚,故在焊接平焊环和接管后不加工密封面[1, 4, 6]。 3·结语 通过结构设计上的一系列措施,可以使钛材换热器满足氯碱行业各种工况的要求,同时发挥钛材换热器本身耐腐蚀的特点,其在氯碱领域的应用前景广阔。 参考文献 [1]黄嘉琥,应道宴.钛制化工设备[M].北京:化学工业出版社, 2002. [2]全国压力容器标准化技术委员会. GB 150—1998钢制压力容器[S].北京:中国标准出版社, 1998. [3]全国压力容器标准化技术委员会. GB 151—1999管壳式换热器[S].北京:中国标准出版社, 1999. [4]全国压力容器标准化技术委员会. JB/T 4745—2002钛制焊接容器[S].昆明:云南科技出版社, 2003. [5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. TSG R0004—2009固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京:新华出版社, 2009. [6]张艳秋,张 涛.新型氯水洗涤塔的结构设计[J].氯碱工业, 2008, 44(4): 37-38, 40.[编辑:董红果] |
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