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文檔簡介
1、 雙管板換熱器的設(shè)計(jì)與制造 換熱器是在不同溫度物料之間進(jìn)行熱量傳遞的設(shè)備,其主要作用是維持或轉(zhuǎn)變物料的工作溫度和相態(tài),滿意工藝操作要求,提高過程能量利用效率進(jìn)行余熱回收。在換熱器設(shè)備中,管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛。在實(shí)際操作中換熱器的換熱管和管板連接處最簡單發(fā)生泄漏,從而使殼程物料和管程物料有少許混合,而且這種泄漏目前還沒有有效的方法完全防止。在有些場(chǎng)合,某些泄漏是允許的,但在以下的場(chǎng)合,這些泄漏是不允許的:1)產(chǎn)生嚴(yán)峻的腐蝕;2)使一方物料產(chǎn)生嚴(yán)峻的污染;3)產(chǎn)生燃燒和爆炸;4)產(chǎn)生固溶化,形成設(shè)備的污垢;5)使催化劑中毒,降低或消退催化劑的性能;6)限制另一程的反應(yīng);7)使產(chǎn)品不純。在這些場(chǎng)
2、合,我們通常采納雙管板換熱器,以減小泄漏,能有效防止兩種物料混合, 從而杜絕上述事故的發(fā)生。 所謂雙管板換熱器就是在換熱器一端設(shè)有肯定間隙的兩塊管板或相當(dāng)于有肯定間隙的兩塊管板的換熱器。雙管板換熱器的結(jié)構(gòu)一般有兩種。一種為固定管板式換熱器, 一臺(tái)換熱器共有四塊管板。這種換熱器的殼程及管程中兩種介質(zhì)的流淌方向?yàn)槟媪? 其傳熱系數(shù)較高, 傳熱效果較好。另一種為U型管式換熱器, 一臺(tái)換熱器共有兩塊管板。這種換熱器有一半管束管內(nèi)外介質(zhì)的流淌方向?yàn)椴⒘? 另一半管束管內(nèi)外介質(zhì)的流淌方向?yàn)槟媪? 因此其傳熱系數(shù)較低。 示例:此再沸器為固定管板式的雙管板換熱器,換熱器的管、殼程物料接觸后會(huì)使物料固化,凝聚在
3、管壁上,故選用雙管板結(jié)構(gòu),詳細(xì)參數(shù)如下表: 表1 再沸器技術(shù)參數(shù) 名 稱殼程管程設(shè)計(jì)壓力/MPa2.7-0.1最高工作壓力/MPa4.0/-0.10.35/-0.1設(shè)計(jì)溫度/ 265230進(jìn)口工作溫度/ 236190出口工作溫度/ 230198物料水蒸汽溶劑+順酐管子與管板連接形式強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊+貼脹程數(shù)11腐蝕裕度/mm00焊接接頭系數(shù)0.850.85 由于此再沸器的管、殼程的操作參數(shù)比較高,前期設(shè)計(jì)制造的再沸器使用后一個(gè)月左右就泄漏,無法使用,嚴(yán)峻影響生產(chǎn)。為此從設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造多方面進(jìn)行了改進(jìn)。 設(shè)計(jì) 鑒于該再沸器的高參數(shù),及雙管板換熱器結(jié)構(gòu)的特別性,在設(shè)計(jì)時(shí),換熱管與管板的連接則是換熱器
4、平安運(yùn)行的關(guān)鍵。在換熱器的內(nèi)管板處,兩側(cè)均與換熱管連接,必需采納強(qiáng)度賬接的形式,而此處又是密封殼程和固定換熱管的部位,該處強(qiáng)度賬接的質(zhì)量將直接影響整個(gè)設(shè)備的使用,尤其是在較高的操作條件下。脹接是靠管子的塑性變形和管板的彈性變形來達(dá)到密封和緊固的一種機(jī)械連接方法。對(duì)于換熱管的賬接通常有兩種,液壓脹和機(jī)械脹。 液壓脹管時(shí),脹接區(qū)的管子是在高液壓內(nèi)壓的作用下產(chǎn)生彈性變形,然后產(chǎn)生塑性變形而被擠壓到管板孔壁上。隨著壓力的增加,在管子與管板之間的接觸壓力作用下,管板首先產(chǎn)生彈性變形,然后產(chǎn)生塑性變形。壓力撤消后,假如管板的自由彈性恢復(fù)量比管子的大,就會(huì)在管子與管板之間產(chǎn)生殘余接觸壓力,實(shí)現(xiàn)脹接連接。這種
5、賬接方式適合于操作壓力不高的狀況,當(dāng)操作壓力大時(shí),賬接的強(qiáng)度不足,并且在賬接的過程中所用的賬接的附件的損壞率也比較高。因此本臺(tái)雙管板換熱器采納機(jī)械賬。 機(jī)械脹接是一種傳統(tǒng)的脹接技術(shù),又稱為滾軋法,實(shí)施機(jī)械滾脹時(shí),由脹珠脹撐滾壓管內(nèi)壁,管壁徑向擴(kuò)大,首先脹滿間隙,之后進(jìn)行緊脹,脹珠軋碾管內(nèi)壁,管壁被脹珠和孔壁擠壓,擠壓區(qū)中的局部管壁發(fā)生塑變;進(jìn)行徑向擴(kuò)大的同時(shí),金屬軸向流淌??妆谠诿浡市r(shí),處于彈性狀態(tài);脹率增大,孔端抗擠壓強(qiáng)度小,先塑性變形,成喇叭口;當(dāng)管外壁被脹珠擠壓,其接觸壓力使得管壁中間接觸區(qū)的局部層面開頭塑性變形,產(chǎn)生徑向擴(kuò)大和軸向流淌。層面之下的孔壁仍處于彈性狀態(tài)。施脹中,該層面上的
6、變形伴同脹珠的螺旋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行變形過程,但每次重復(fù),層面加深,層層深化。管壁和孔壁的受軋碾層面,晶粒破裂,晶格畸變,而硬度增加。撤去脹管器后,管端和板孔進(jìn)行回彈,由于管橋厚度遠(yuǎn)大于管壁而彈性變形量大,則管孔彈壓管端。此時(shí),實(shí)現(xiàn)了以脹接的嚴(yán)密性、抗拉脫性的堅(jiān)固性為目的的脹接要求,完成脹接。現(xiàn)在生產(chǎn)的機(jī)械脹管機(jī)運(yùn)用起來便利,并且效率也高。 在GB151-1999 管殼式換熱器中,脹管槽的寬度規(guī)定為3mm, 但也指出,依據(jù)不同的脹接方法可以適當(dāng)修改。按通常方式圖樣中的內(nèi)側(cè)管板管孔的脹管槽寬度是3mm, 深度是0.5mm, 脹管槽距管板端面8mm, 脹管槽的尺寸鏈為8mm-3mm-6mm-3mm 如圖3所
7、示。為解決本雙管板換熱器的操作壓力比較大的難題,我們?cè)黾恿艘粋€(gè)脹管槽,增大拉脫力的承載力量,將脹管槽的尺寸鏈改為8mm-3mm-6mm-3mm-6mm-3mm。 在對(duì)該換熱器的管板強(qiáng)度計(jì)算時(shí),將固定雙管板換熱器分解成兩個(gè)固定管板換熱器,運(yùn)用SW6 固定管板換熱器模塊分別進(jìn)行計(jì)算。 2.1首先不考慮殼程外管板的加強(qiáng)作用(即去掉殼程外管板) , 看成一個(gè)固定管板換熱器, 依據(jù)設(shè)計(jì)條件計(jì)算殼程管板的厚度。 2.2 將管程管箱設(shè)為一個(gè)管箱、聚液殼設(shè)為殼程(這里聚液殼作為殼程, 設(shè)計(jì)溫度取環(huán)境溫度、設(shè)計(jì)壓力按常壓, 取作0. 001MPa 由于取0 無法計(jì)算) ,不考慮另一側(cè)管箱和雙管板的加強(qiáng)作用, 將
8、剩下的部分設(shè)為另一個(gè)管箱(設(shè)計(jì)壓力和溫度按原殼程取) 。依據(jù)管程和殼程的不同溫度及壓力,分別計(jì)算殼程管板和殼程外管板的厚度。 2.3 (最終, 殼程管板和殼程外管板分別取計(jì)算中的較大值,這樣保證固定管板的平安牢靠。 同時(shí),為了改善內(nèi)管板強(qiáng)度脹的受力,在殼程又設(shè)置了兩個(gè)波形膨脹節(jié)。 這樣在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)處進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到了提高設(shè)備使用力量的要求。 試驗(yàn) 為了保證脹接質(zhì)量, 我公司在脹管前做脹接評(píng)定試驗(yàn)。 3.1試驗(yàn)預(yù)備:首先制作模擬換熱器,其管板厚度按產(chǎn)品實(shí)際管板厚度確定, 管板間距、管孔排列形式按設(shè)計(jì)圖紙要求。管殼程管板間距、管孔尺寸、換熱管尺寸、管間距均與產(chǎn)品相符。模擬換熱器殼程筒體厚度應(yīng)能承受
9、產(chǎn)品雙管板換熱器的殼程試驗(yàn)壓力。 3.2試驗(yàn)過程:測(cè)量內(nèi)管板1 管孔尺寸D 和脹前換熱管3 外徑d0 、內(nèi)徑di 和壁厚t ,見表2 ; 依據(jù)要求, 強(qiáng)度脹接率p 應(yīng)掌握在10 %20 % ,由脹接率公式p = ( d - di) - ( D - d0) / t 100 %推算出脹后換熱管內(nèi)徑d 的范圍,脹接時(shí),先將外管板4脹焊合格, 再依據(jù)d值對(duì)內(nèi)管板進(jìn)行強(qiáng)度脹接,記錄下脹管儀的扭矩M。 3.3試驗(yàn)結(jié)果:對(duì)模擬換熱器進(jìn)行殼程水壓試驗(yàn),試驗(yàn)壓力5.85MPa, 經(jīng)檢查, 換熱管與管板連接處無任何泄漏現(xiàn)象,說明此脹接工藝能夠滿意該雙管板換熱器的強(qiáng)度脹接要求。 制造 掌握4塊管板的同心度、平行度、
10、扭曲度及其與殼體軸線的垂直度,可保障設(shè)備的制造質(zhì)量,也可保障換熱管與管板的連接性能。而確保內(nèi)側(cè)管板與換熱管液壓脹接的拉脫力和密封性及其檢驗(yàn),是保證再沸器制造質(zhì)量的關(guān)鍵。 4.1管板及折流板 為增加兩塊管板管板管孔及折流板管孔的對(duì)中性,在滿意制造力量的前提下,把折流板、兩組管板按工作位置挨次定位焊焊好,再進(jìn)行劃線鉆孔。采納數(shù)控鉆床加工管孔, 以保證管孔直徑、垂直度及管孔間距。鉆孔時(shí), 切削和退刀速度應(yīng)盡量慢, 以保證管孔的表面粗糙度為Ra3.2Ra6.4, 鉆孔時(shí)還應(yīng)留有0.1mm的鉸孔余量。鉆孔后對(duì)管板孔進(jìn)行鉸孔, 以消退管孔上的縱向劃痕, 保證管孔的表面粗糙度為Ra1.6Ra3.2。每塊折流
11、板正、反面的管孔均要認(rèn)真倒角,清除毛刺,防止穿管時(shí)損傷管子的外表面。把雙管板和折流板按鉆孔的方向挨次疊置,用換熱管逐孔預(yù)穿。 4.2管束與殼體組裝 在殼體內(nèi)組裝拉桿、折流板,并進(jìn)行穿管。先組對(duì)第1組雙管板,調(diào)整第1組雙管板與殼體的垂直度和同心度。在殼體內(nèi)把拉桿裝于內(nèi)側(cè)管板上,按鉆孔的挨次組對(duì)折流板。每裝一塊折流板,就從外側(cè)管板密封面方向穿入梅花形的數(shù)組換熱管。其目的是自然調(diào)整折流板與管板的同心度。待用螺母緊固折流板之后,可從折流板朝外側(cè)管板方向穿入全部換熱管。最終組裝另一組雙管板,測(cè)量外側(cè)管板和內(nèi)側(cè)管板的同心度、平行度和扭曲度及雙管板之間距。穿入全部換熱管后,以外側(cè)管板面為基準(zhǔn),調(diào)整換熱管伸出管板面的長度為23mm。雙管板與換熱管連接的挨次為,先脹接內(nèi)側(cè)管板與換熱管,后焊接外側(cè)管板與換熱管。 4.3外側(cè)管板與換熱管焊接 按焊接工藝要求,采納氬弧焊,先焊接第1層,進(jìn)行壓力為0.05MPa的氣密性試驗(yàn)。然后采納氬弧焊再焊接第2層,進(jìn)行100%PT檢查。 4
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