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氨用U型壳式换热器的开发及其研制点击：1808 日期：[ 2014-04-26 21:58:14 ] |
| 氨用U型壳式换热器的开发及其研制 刘亚萍 郝文生 李远帆 刘连波 赵胜强 陆景阳 (锦西化工机械(集团)有限责任公司 辽宁葫芦岛 125001) 摘要：U型壳式换热器不同于常规的U型管换热器,在满足同样的工艺条件下,其结构紧凑、成本低、占用空间小,在相应的化工行业中有较好的推广和应用价值。 关键词：U型壳;换热器;结构 中图分类号：TQ051.5;TQ050.6 文献标识码：B 文章编号：1001-4837(2008)06-0052-04 1 前言 传统U型管换热器的结构为:U型换热管与管板焊接后,置于一个壳程筒体内,与管箱用主螺柱将管板夹持在中间。这样导致管、壳程的直径较大,壁厚大,耗材多。而此次研制的U型壳式换热器是某化工有限公司“30万吨合成氨装置”中所需换热器设备,以前是引进国外设备,此次在国产化设计时,借鉴了国外设备形式,将壳程壳体也设计成U型。这种换热器结构紧凑、占用空间小、直径小、壁厚薄、省材,另外法兰连接处采用挡圈结构,拆装也比较方便,替代了进口设备,降低了成本,具有较好的经济效益和社会效益。 2 氨用U型壳式换热器设备的结构 U型壳式换热器结构见图1,管箱与壳程的法兰螺柱连接见图2。 图1U型壳式换热器结构 2.1 管箱结构 氨用新型U型壳式换热器管箱为两个管箱(即两管箱分体,取消了常规管箱短节的结构),单个管箱采用的设备法兰、进出口接管和接管法兰为整体锻件结构形式。与传统U型管换热器管箱结构相比,缩小了总体结构尺寸,减少了焊接工作量和加工次数,省时、省力、占用空间小、经济实用。 2.2 壳程结构 新型U型壳式换热器的壳程筒体由两个小直径直筒体和一个U型非圆壳体构成,与换热器U字形状相适应,形成U型管U型壳式换热器结构。 2.2.1 直管段壳体 直管段壳体的结构为:一端焊有等径设备法兰的两个圆筒体按照一定的距离与另一端非圆结构法兰组焊一体构成直管段壳体,见图3。 2.2.2 U型弯管部分非圆壳体 U型弯管部分壳体的结构为非圆结构。从正面看为半圆形封头加一个法兰,而其剖面为长圆体结构,国外设备该件为铸件,在我国的标准规范中要求铸件一般不用于压力容器设备,且铸件不易铸造和加工周期长,故选用焊接结构。将此焊接结构(见图4)分解为:(1)碟封头;(2)非圆壳体;(3)非圆法兰。 与传统U型管换热器的壳体结构相比,U型壳式换热器具有形式新颖、直径小、结构紧凑、壳壁减薄等优点,既利于加工,又节省材料,降低加工费用。 3 氨用U型管式换热器的设计 管箱和U型弯管部分非圆壳体结构特殊,无法用常规方法设计,采用应力分析方法设计,使用ANSYS软件,建立结构的1/4力学模型,在两个剖面上加对称约束,壳体内表面加内压,法兰垫片面加垫片压紧力,螺栓面加螺栓载荷,求解,应力分布见图5对分析结果采用JB4732的方法进行强度评定。 4 氨用U型壳式换热器的制造要点 由于此设备与常规U型管换热器结构完全不同,其结构特殊,对制造组装提出了较高的要求。 4.1 管板及折流板 为保证管板及折流板的对中性,把折流板、管板按工作位置顺序点焊好,再进行划线钻孔。为避免产生贯通性的螺旋或纵向划痕,管板管孔钻孔后进行铰孔。每块折流板正、反面的管孔均要仔细倒角,清除毛刺,防止穿管时损伤管子的外表面。把管板和折流板按工作位置方向顺序叠置,用换热管逐孔预穿。 4.2 U型弯管部分非圆壳体 壳体为非圆结构,它由两个半圆环碟体加非圆壳体法兰构成。首先利用胎具将两个半圆环碟体压制成型,组对焊接成体,100%RT合格后,按图样的尺寸,二次划线,切割成型,再与直段的非圆壳体组对焊接,20%RT合格后,最后与长圆形壳体法兰组对焊接,再对组焊件整体热处理,消除制造及焊接中产生的应力,热处理后整体二次加工,达到设计图样要求。 4.3 管束与壳体组装 首先将一次加工合格的管板(16MnⅢ)与一次加工合格的管板裙组对焊接。组对焊接时,严格控制管板和管板裙的同心度及与轴线的垂直度和焊接变形,焊后进行消除应力热处理,组焊件按图纸进行二次加工。 其次把拉杆装于合格的管板和管板裙的组焊件上,按钻孔时的顺序组对折流板,利用工装保证两管板组装间距后,穿入梅花形数组U型换热管,其目的是自然调整折流板与管板的同心度。待用螺母紧固折流板后,穿入全部换热管。U型换热管每层用三组隔板隔开,并固定,防止管间碰撞及振动。以管板面为基准,调整换热管伸出管板面的长度为3±0.5mm。管板与换热管的连接顺序为先焊接100%PT检测合格后,按胀接试验的合理数据的胀接力进行胀接。 再次将合格的U型管束从连体的壳体法兰处穿入两壳体内,放入挡圈在管板裙槽内,再继续穿进壳体到位,放入半八角密封圈,用螺栓螺母将壳体处法兰组装密封好。最后将U型弯管部分非圆壳体与直管壳体组装连接。 4.4 压力试验 按图样规定压力进行壳程的水压试验。检查管子与管板壳体焊缝的焊接质量。壳程水压试验合格后,按HG20584附录H中B法进行氨渗漏试验以保证在高压作用下,换热管与管板焊接接头连接可靠。 5 结语 氨用U型壳式换热器的开发与研制,使换热器直径变小、结构紧凑、节省材料、加工方便、占用空间小、便于装拆、经济实惠,完全满足氨合成工艺过程中对氨气的冷却,提高了压缩机的压缩效率,降低了成本,提高经济效益和社会效益,在行业中有望得到推广和应用。 参考文献: [1] GB151—1999,管壳式换热器[S]. [2] 压力容器安全技术监察规程[S].1999. [3] HG20584—1998,钢制化工容器制造技术要求[S]. [4] JB4732—1995,钢制压力容器———分析设计标准[S]. [5] 毛希澜.化工设备全书———换热器设计[M].上海:上海科学技术出版社,1987. |
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