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复合管板结构在换热器设计中的应用点击：2393 日期：[ 2014-04-26 22:45:04 ] |
| 李建华 , 金风美 [摘要] 在硫铵用换热器设计中,采用碳钢管板衬一层不锈钢薄板结构。管板设计时,碳钢管板的厚度应满足设计厚度,管板与换热管的焊缝满足拉脱应力强度,碳钢管复层满足防腐要求。给出了管板的设计结构图。因换热管伸出碳钢管板长度大于GB 151 - 89 中的规定长度,换热管与管板焊缝的有效截面积大于标准中的规定,从而保证了管板与换热管的拉脱应力强度。 [关键词] 换热器;管板;结构设计 1 引 言 南化氮肥厂500t/ a 硫铵装置中,有1 台DN500双管程管壳式换热器,其设计参数见表1 。 由于管程侧硫铵对碳钢具有很强的腐蚀性,而壳程侧的介质对碳钢腐蚀轻微,因此在管板的选材上既要满足强度的要求,又要减少材料的消耗。传统设计中采用复合钢板或采用堆焊复合钢板制造管板。但为了制造单台换热器,购置较厚的复合钢板,势必增加换热器的成本;采用堆焊复合管板,因管板堆焊工艺复杂,堆焊以后要进行热处理,且堆焊层必须作表面探伤检查,制造工艺复杂,成本高。笔者认为,在硫铵用换热器设计中,采用碳钢管板衬一层不锈钢薄板的结构,既可满足换热器的生产工艺要求,又可降低成本,对生产制造具有一定的现实意义。 2 管板设计 碳钢管板的厚度应满足设计厚度,管板与换热器的焊缝满足拉脱应力强度,不锈钢复层满足防腐要求。 管板的设计结构见图1 。 碳钢管板的厚度取设计厚度,满足操作要求;管板与换热器的焊接接头型式见图1 - Ⅰ,管板上的焊缝坡口尺寸按GB151 - 89 中的规定加工。复层底部对应的管孔直径与管板上的管孔坡口外径相同,并将复层上管孔坡口加工成一定的角度(约15～20°) ,组焊时换热管伸出的长度高于复层表面1.5 + 0. 5mm ,焊接材料采用A302 。因换热管伸出碳钢管板长度(4.5 + 0. 5mm) 大于GB 151 - 89 中规定的长度(1.5 + 0. 5mm) ,换热管与管板焊缝的有效截面大于标准中的规定,有效地保证了管板与换热管的拉脱应力强度。焊接遵循成熟的焊接工艺,能使复层满足防腐要求。 3 制造技术要求 为保证穿管的顺利进行,必须保证管板与复层之间管孔的同心度,所以要求复层与管板整体钻孔。 管板的加工顺序如下:首先对碳钢管板进行初加工,先加工好密封部分的衬环表面、分程隔板密封部分的矩形槽和复层的表面,然后按图焊接衬环、矩形截面不锈钢嵌条和复层不锈钢板,最后进行整体精加工和钻孔。分程式隔板密封部分的结构见图1- Ⅱ。 4 效 果 因壳程(设计温度180 ℃) 和管程(设计温度60 ℃) 的温差大,管板和复层之间传热不良,管板材料和复层材料在操作温度下(20～200 ℃) 的线膨胀系数不一,前者为( 11.3 ～13) ×10 - 6/ ℃,后者为17.0 ×10 - 6/ ℃,致使管板和换热管的焊缝承受了较大的温差应力和热胀冷缩的附加应力。将运转1年后的硫铵换热器拆开,进行着色探伤检查,未发现管板与换热管之间的焊缝裂纹和腐蚀痕迹,符合设计要求。这是因为扩大了管板和换热管之间焊缝的有效截面,且焊接材料采用了A302 ,使焊缝具有良好的耐腐蚀性和优良塑性的结果,实践证明本设计是成功的。 |
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