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外压循环管不锈钢换热器更换与修复点击：2326 日期：[ 2014-04-26 21:35:45 ] |
| 外压循环管不锈钢换热器更换与修复 钱鼎兴 (福建纺织化纤集团有限公司,福建永安366000) 摘要:简要介绍不锈钢换热器壳程筒体的更换修复过程和承受外压的管圆筒的修复措施。 关键词:不锈钢换热器;修复;外压管 中图分类号:TF066.2+2文献标识码:B 文章编号:1671-0711(2008)04-0042-03 在化工、轻工等企业,不锈钢换热器是常见的设备。有些不锈钢换热器经多年使用后,其碳钢壳体部分已锈蚀、减薄、穿孔不能使用,但其不锈钢管板、换热管仍然完好或比较完好。因为不锈钢换热器的价格较高,因此,对于不锈钢换热器可根据其不锈钢部件的完好程度,是否还有利用价值,确定是否进行更换碳钢部件予以修复。下面以实例谈谈对不锈钢换热器的修复过程。 一、换热器壳程筒体的更换修复 公司有一台报废的残渣蒸发器,其碳钢壳体腐蚀穿孔不能使用,已闲置,但其管板和换热管是0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢比较完好。由于扩大生产的需要,决定将其换热室进行修复,更换碳钢壳体。原设备换热室简图见图1。 1.换热器的技术参数 该蒸发器为立式设备,壳体直径为1 000mm,换热管长度2 000mm,筒体中部有一波形膨胀节,蒸发器轴向中心部有一根φ408mm×4mm,L=2 000mm的不锈钢中央循环管;换热管与管板的连接为不开槽胀接,中央循环管与管板的连接为焊接。蒸发器的设计参数及技术特性见表1。 2.确定壳程筒体壁厚 换热器壳程筒体的壁厚用式(1)进行计算。 (1) 式中:p———设计压力; D———筒体内径; [σ]t———设计温度下筒体材料的许用应力; φ———焊接接头系数; C———壁厚附加量。 3.选择壳程筒体焊接方式 本设备为一类压力容器,按GB150-1998《钢制压力容器》的规定,焊接接头系数必须采取与焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。焊接接头系数见表2。 由于新壳程筒体无法采用双面焊,且无法采用射线探伤,因此采用焊接时先用氩弧焊打底的相当于双面焊的全焊透焊接方式,并采用超声波探伤和磁粉探伤的方法检测焊接接头。 4.选择换热管与管板的连接方式 换热管与管板的连接原为不开槽胀接,换热管与管板的许用拉脱力见表3。 表中的[q]为换热管与管板的许用拉脱力,[σ]t为在设计温度时,换热管材料的许用应力。由于无法配装波形膨胀节,且换热器的工作温度比原先提高,为加强换热管与管板的结合力,换热管与管板的连接由原来的胀接改为焊接。 5.换热器的修复方案 (1)先去除旧筒体和膨胀节。 (2)管板法兰背面用砂轮将筒体的残留部分磨平。 (3)新筒体壁厚8mm,采用两个纵向半圆筒体坡口对接焊,不允许存在十字焊接接头,焊接时先用氩弧焊打底,采取超声波探伤,探伤长度为100%。 (4)筒体与管板的焊接,采用筒体单边坡口60°的角焊接,采取磁粉探伤。 (5)换热管与管板的连接由原来的胀接改为焊接。 (6)设备修复后,壳程以0.83MPa表压进行水压试验。 筒体、换热管与管板焊接简图见图2。 蒸发器筒体更换完毕,当水压试验进行到0.60MPa时,该设备的不锈钢中央循环管发生轻微变形。经对该设备的分析:其中央循环管直径较大,在生产使用过程中和水压试验中,中央循环管以承受外压为主,经过多年的使用,该管有一定的腐蚀减薄,该设备的初始工况和现在的设备运行工况有所不同,所以应对中央循环管的耐压情况进行校核。 二、外压管圆筒的修复 1.外压管圆筒的校核计算 外压管圆筒的许用压力用式(2)进行计算: (2) 式中:B———系数; D0———圆筒外直径; δe———圆筒有效壁厚。 系数B用L/D0和D0/δe的值(L为外压圆筒计算长度),按有关计算图图表查取。 经校核现有外压管圆筒不能满足水压试验压力,并且还校核出原设备的外压管圆筒不能满足初始工况的设计压力。用式(2)计算出需用6mm壁厚的管圆筒才能满足现设计压力工况。 由于受加工能力的限制,无法拆卸这根旧的中央循环管,只能考虑用另外的方法加强旧的外压圆筒。 2.外压圆筒加强圈的设计 由于管圆筒外壁无法设置加强圈,决定采用循环管内部设置加强圈的方法来加强管圆筒。 加强圈所需的惯性矩按以下步骤确定。 (1)根据外压圆筒的计算,D0、δe和Ls(外压圆筒计算长度,既两加强圈之间的长度)为已知,选定加强圈的截面尺寸,并计算它的横截面积As和加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩Ms。 (2)用式(3)计算B值: (3) (3)用B值并按有关计算图图表查取A值(A为系数)。 (4)用式(4)计算加强圈与圆筒组合段所需的惯性矩M。 (4) (5)Ms应大于或等于M,否则须另选择有较大惯性矩的加强圈,再按上述步骤,直到Ms大于M为止。 为不影响循环管的流通面积,经设计、计算,采用内加强圈加强,加强圈宽度35mm,厚度5mm,间距280mm,材质0Cr18Ni12Mo2Ti。蒸发器循环管的加强修复简图见图3。 3.水压试验 由于内外压差大,为使设备修复工作进行顺利,经计算后,水压试验采取管程保压的措施。水压试验采取分步进行,壳程先以0.55MPa进行水压试验,然后壳程再以0.83MPa进行水压试验,在试压时,管程必须同时保持0.28MPa压力,并使压差不超过0.55MPa(以上均为表压)。 第二次补充修复方案实施后,此设备顺利修复完毕,并投入了生产使用。与重做一台设备相比,可节约费用数万元。此台换热器的成功修复为更换换热器壳程筒体,外压筒体的加强及为以后此类换热器的设计、修复提供了经验。 |
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