大型立式换热器的制造要点以及结构

点击：2413 日期：[ 2014-04-26 22:00:51 ]

大型立式换热器的制造要点以及结构王丽莉1,宋利锋2,曲晓明2 (1.沈阳陆正冷热设备有限公司,辽宁沈阳　110144;2.三一重型装备有限公司,辽宁沈阳　110027) 摘要:大型立式换热器是目前国内石油化工行业中最常用的设备之一,被广泛地应用于连续重整、重整加氢装置中。根据大型立式换热器的结构特点和技术原理,针对设备在使用过程中可能出现的问题,在制造过程中对设备的焊接等一些关键部位予以控制,使设备在制造完毕后能够正常运行。关键词:大型立式换热器;关键部位;控制中图分类号:TE965　文献标识码:A　文章编号:1004-9614(2009)03-0035-02 0　引言大型立式换热器大多数是重整进料/反应产物换热器,是国内外炼油企业在连续重整、重整加氢联合装置中不可缺少的热交换设备。它的工作条件非常苛刻,属于高温临氢设备,结构简图见图1。实际设备垂直放置,管程入口在下方。 1　技术特性及原理 1. 1　技术特性立式换热器可用于气-气、气-液、液-液热交换。一般大型立式换热器的管、壳程设计压力为0·5 ~2·0MPa,设计温度为400~549℃,介质为油气加氢气,规格为Φ500 ~Φ2 100之间,材质为15CrMo、 1·25Cr-0. 5Mo-Si、2·25Cr-1Mo,现在国内最大规格的立式换热器为Φ2 100/Φ1 905×29 802,换热面积为3 952 m2,设备净重111 847 kg. 1. 2　技术原理立式换热器的介质为油气加氢气,温度低的介质自下而上进入管程,换热后从上部管箱流出,进入下一装置,温度高的介质从上部进入壳程,换热后从下部流出。两种物料纯逆流传热,管、壳程均为单程,因此,压降小、传热效率高,另外,该设备为立式,还有占地面积小等优点。立式换热器结构不同于普通换热器,要采取特别措施防止管子振动,国外炼厂曾多次发生立式换热器由于管子振动而导致整个管束破坏的事故,所以立式换热器除了在结构设计时考虑加支持板和防振板外, 还对折流板管孔直径也作了特别要求,即折流板管孔与管子外径间隙为Ⅰ级换热器的要求。此类设备为解决管束受热膨胀产生的应力问题在锥体部分设有膨胀节,增加热补偿。为了避免泄漏,上管板采用与管箱短节及上壳体焊成一体的结构,这样即节省法兰和联接件,又解决了密封问题。 2　技术关键及措施 2. 1　焊接因设备的主体材料为Cr-Mo钢,此种钢由于对焊接裂纹敏感性较强,又因焊缝熔氢、焊接应力等因素,故在焊接过程中易产生裂纹,焊后易产生延迟裂纹。因此,在制造过程中,要进行焊前预热,控制层间温度,还要进行焊后消氢热处理和焊后消除应力热处理。 2. 2　管束管板、折流板的加工因立式换热器管束较长,一般均在十几m到二十几m,折流板数量较多,且管板、折流板管孔公差要求较严,所以管板、折流板管孔的同轴度是换热管能否穿入管孔的关键。在管板、折流板加工过程中,必须采取相应措施加以保证,如采用数控钻床来进行管板、折流板管孔的加工。 2. 3　管束的支装因设备结构所限(固定管板与上壳体相焊),立式换热器管束的支装与普通换热器管束的支装不同。如按常规做法,先将整个管束支装完毕后再将固定管板与上壳体相焊,则固定管板与上壳体焊缝无法做射线探伤(RT)检查;而先将固定管板与上壳体焊接合格后再支装管束,则管束在上壳体部位中的防振板无法焊接。所以,为了能对此道焊缝做RT检查,应将固定管板与长度大于上壳体长度的段管束先支装起来,将拉杆、定距管安装好,将防振板焊好,然后将此已连接成整体的一段管束从固定管板上拆下,再将固定管板与上壳体相焊,焊缝做RT检查合格后,将先前制作的那段管束装入,固定好位置,然后再进行整体管束的支装。 2. 4　浮头锥体同心度的保证为了解决管束受热膨胀而产生应力的问题,立式换热器在浮头锥体中加入一个膨胀节。这样,就对浮头锥体大小端的法兰的同心度要求相当高(一般要求同心度在1·5 mm以内),而锥段的成型加工不能完全达到这一要求,所以在浮头锥体的大小两端法兰单件加工时,要留出一定的余量,待法兰与筒节、锥体组焊成一体后,再整体二次加工两端法兰(见图2),这样就能满足浮头锥体的同心度要求,避免了膨胀节安装后因浮头锥体不同心而产生附加应力和弯矩,保证了膨胀节的使用寿命。 2. 5　膨胀节的安装由于管束与浮头锥体及外头盖三元件的连接为刚性连接,在工作时它们的轴向热变形不同,会在浮头锥体、外头盖和换热管内部产生很大的热变形。为了减少这个热应力,在浮头锥体上安装了能够进行热补偿的膨胀节。而为了能使膨胀节的作用得到充分发挥,要求膨胀节安装后应防止产生附加应力和弯矩。而防止产生附加应力和弯矩的有效措施除应保证浮头锥体的同心度外,还应在安装膨胀节时,将膨胀节在自由状态下打上保护拉筋,并且对与膨胀节相连的接管长度进行二次下料,见图3。在换热器进行整体组装时,将浮头锥体及外头盖与设备预组装,将浮头锥体中的底部法兰与外头盖中的凸缘把紧后,确定与膨胀节相连的接管长度,拆下外头盖,将外头盖预留的接管法兰及浮头锥体中接管与底部法兰组焊完毕,然后将膨胀节的保护拉筋去除。这样,就可以使膨胀节在安装后处于自由状态, 避免了膨胀节安装后处于预拉伸状态而产生附加应力和弯矩,从而延长了膨胀节的使用寿命。 2. 6　外头盖的加工外头盖制造要点是要求壳体法兰与凸缘同心,其同心度允差为0·5mm.为此,采取分段组件加工,将壳体法兰先与一节壳体组焊后,加工壳体法兰密封面及筒体坡口,由于凸缘为双槽面密封型式,两密封面要求在同一平面上(其偏差不得大于0·08 mm),为防止凸缘与封头组焊后密封面变形,应将凸缘槽面法兰留一定加工余量,待与封头组焊后,加工凸缘法兰密封面及封头坡口,然后将外头盖各部组焊在一起。这样,就解决了外头盖壳体法兰与凸缘的同心度问题。见图4。 2. 7　下壳体裙座(或悬挂支座)段的制造加工立式换热器一般采用裙座或悬挂支座,焊在下壳体上,因其焊接量较大,焊接后容易造成壳体局部收缩而导致内径小于图纸要求尺寸,致使管束与下壳体无法顺利装配。因此,应采用将裙座与之相焊的那一段筒节厚度增加一定余量(加工余量),筒节卷圆时,按所加余量调整卷圆后的筒节内径尺寸,使之小于图纸要求尺寸然后将此段筒节与裙座焊接,并做相应的热处理、检查等工作,合格后再对此组件的筒节内壁进行机械加工(见图5),使之达到图纸要求的内径尺寸,这样,就使得下壳体与管束的装配能够顺利进行。 3　结束语立式换热器的社会效益非常可观,与同类型的国外进口产品相比,国内制造的立式换热器可节约费用约1/3以上。而且,大型立式换热器的制造对实现加氢设备国产化,提高国内大型设备制造能力,提高制造水平都有重大意义。作者简介:王丽莉(1980—),助理工程师,主要从事压力容器设计工作。

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