四壳程低温换热器的设计

点击：1930 日期：[ 2014-04-26 21:35:35 ]

四壳程低温换热器的设计李红娜天津津滨石化设备有限公司(天津市300271) 摘要:换热器管程、壳程采用多程流动，可以提高流速，从而提高传热效率。通过设计实例，介绍了四壳程低温换热器的设计参数、材料选用、工作原理、结构设计、热处理要求、无损检测要求、水压试验等。关键词:四壳程低温换热器结构设计管接头热处理无损检测水压试验炼油、化工装置中换热器占总设备量和设备投资的40%左右。在换热器设备中，管壳式换热器又是应用最为广泛，使用量最大的换热器型式。在管壳式换热器中，管程、壳程采用多程流动，可以提高流速，从而提高传热效率。然而，管程容易实现多程流动，壳程却因为结构上的原因，难以实现。所以，一般换热器多采用单壳程或者双壳程结构。2008年本公司承接的一台低温换热器，是四壳程、四管程结构设计的低温固定管板换热器，这种设计的目的，是提高介质流速，从而提高总传热系数及换热效率。 1·四壳程低温换热器设计参数四壳程低温换热器设计参数见表1。 2·材料选择根据换热器工作过程中的介质特性和工艺条件，以及设备在制造过程中的焊接性、工艺性，换热器主要材料的选择见表2。用于壳体的ooMnNIDR(厚度t)20mm)钢板，按JB/T4730，3一2(X)5逐张进行超声检测，111级合格。受压元件用材料需进行一45℃低温冲击试验，试验值如表3所示。 3·换热器程数分析从管壳程介质的流向，可以分析得出，管程介质沿换热管长度方向流次数为4次，壳程介质在壳程内流经路线为4次，所以这台换热器为四管程四壳程换热器。介质流向见图1。 4·四壳程结构设计换热器壳程侧有两个介质进口、两个介质出口，即两进两出的设计。由壳程及管程进出口温度可以看出，本台换热器是进行冷却用的低温换热器，对壳程介质的温度要求较为严格，采用四壳程可提高壳程侧介质流动速度，而且介质采用下进上出，使介质流动过程中流经的范围更广，与换热管内的介质进行更加迅速而且全面的热交换，提高了壳程侧介质的利用率。由于该台设备是固定管板式换热器，换热管、管板、壳体焊在一起。一般增加换热器壳程程数的方式，就是在壳体内加分程隔板，把分程隔板焊接在壳体上，制造安装时无法实现，所以分成隔板的固定就成为最大的问题。由图1看出，该台换热器由折流板分隔成两个独立的腔，两个腔体各自折流，实现介质的热交换。以其中一个为例进行说明:在进口和出口中心线位置设置一块圆形折流板，起到分流作用，折流板上焊接防冲板，以减少介质的不均匀分布和对换热管的冲蚀。在折流板两边设备中心线位置各设置一块隔板，其具体固定如下: (l)隔板与折流板角焊缝焊接牢固(见图2); (2)在尽可能靠近壳体内壁的位置设置两根拉杆，把隔板两边焊接在拉杆上(见图3)，这样隔板就有三面焊接，牢牢地固定在壳体中心，起到了分程的作用; (3)拉杆的固定:由于最后一块折流板位于进出口接管中心线上，与隔板焊接的两根拉杆太长，针对这一问题，在最后一块隔板右侧焊接一块支撑板(见图4)用于固定这两根拉杆，支撑板详图见图5。 5·换热管与管板的连接换热管与管板连接的质量是换热器质量的重要标志，换热器的失效绝大多数集中在管接头上，因此合理选用安全可靠的管接头型式，使用相应的加工设备与技术是换热器制造技术的关键。本设备采用强度焊加贴胀的连接方式(见图6)，既满足强度及密封性的要求，又避免设备在工作中承受振动、疲劳以及间隙腐蚀等的影响。具体要求如下:换热管与管板的连接采用氢弧焊打底两道强度焊加贴胀。轻胀定位后氢弧焊打底焊，随后100%渗透检测，合格后以压力为0.05MPa压缩空气检漏;合格后施行第二道氢弧焊，完成后再进行表面100%渗透检测，按JB/T4750.5一20051级合格;最后贴胀，开始贴胀出于焊接接头距离必须)15mm。 6·强度计算设备的筒体、封头、管板、设备法兰、开孔补强等强度计算依据GB150一1998，GB151一1999进行，根据sw6一98《压力容器强度设计软件包》计算结果，确定各部件的计算厚度和名义厚度。 7·热处理要求焊后热处理的目的是消除残余应力，改善焊接接头的塑性和韧性，恢复冷作时的预应变和时效丧失的性能，以减少应力腐蚀倾向。由于本台设备为低温换热器，为了降低设备在低温条件下的脆断倾向，设备进行整体热处理。 8·无损检测要求(见表3) 对接接头进行100%无损检测的容器筒节上的其它承压焊缝，以及附件和承压部件之间的焊缝检测，应符合下列要求: (l)吊耳的焊缝须进行磁粉检测; (2)承压焊缝应进行超声检测，采用纵波或横波方式; (3)所有附件与除碳钢材料之外的承压部件之间的焊缝，应进行磁粉检测。 9·水压试验要求换热器的水压试验，一般应包括: (l)换热管与管板接头的试压:换热器的寿命及事故的发生往往在于连接接头的失效，故通过连接接头的试压以保证接头的可靠性尤为重要。当壳程水压试验压力大于管程时，按壳程压力试压;反之，当壳程水压试验压力小于管程时，按管程压力试压。 (2)壳程试压。 (3)管程试压。由于本设备管程水压试验压力为4.5MPa，远远高于壳程的2.625MPa，假如按管程试验压力对管接头进行水压试验，壳程筒体、管板等受压元件势必承受不了在此压力下的强度及密封性能要求。增加壳体及管板厚度在经济上并不合理，由此采用按照壳程试验压力进行水压试验，然后在壳程用氨渗漏进行补充性试验。按照HG20584一1998附录A《压力容器氨渗漏试验方法》，选用充人1%(体积)氨气法(C法)，具体方法如下:在容器内通人含氨体积分数约为1%的压缩空气，试验压力为设计压力的1.05倍，即2.205MPa，试验时压力应缓慢上升，达到试验压力后保压romin，将检漏试纸预先敷在待检表面，然后降至设计压力，观察试纸是否变色，如无变色，证明设备无渗漏。 10·结束语该设备在按照标准及图纸要求制造完成后，且接受劳动局锅炉压力容器检验部门和第三方监督检验，各项检验项目检查结果均达到验收合格，为同类产品设计提供了参考经验。(编辑：苏德中)

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