PTA装置钛制换热器的结构及设计
钛换热器的介绍和特点
钛换热器的介绍和特点钛换热器是一种由优质钛管制成的将热流体的部分热量传递给冷流体的换热设备。
图1同轴套管钛换热器首先我们先了解一下制作钛换热器的金属材料"钛及钛合金"的知识,钛是一种银白色的过度金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，耐湿氯气腐蚀。
具体来说密度小，金属钛的密度为4.51g/立方厘米，高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。
钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。
即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。
这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。
介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。
图2金属钛为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。
针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。
钛使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金，均获得了很好的使用效果。
图3金属钛钛换热器选用优质钛管制成。
在物理性质上，钛管具有质量轻，机械性能优越等多种优点。
钛的强度大，纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm2。
有些钢的强度高于钛合金，但钛合金的比强度（抗拉强度和密度之比）却超过优质钢。
此外，钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性。
新型钛合金耐热性能好,可在600℃或更高的温度下长期使用。
金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热组，钛表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。
钛化学性质在化学性质上，钛表现出较好的稳定性，在多种工业溶液中都具有良好的耐腐蚀性。
钛换热器的构造概述
钛板式换热器的基本构造：钛板式换热器主要由框架和钛板片2大多构成板片是把由各种材料制成的薄板用各种差别情势的生产模型压成形状各别的波纹，并在板片4个角上开有角孔，用于介质的流道板片的周边及角孔处用橡胶(15260, -775.00, -4.83%)垫片加以密封框架由固定压紧板、勾当压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成板式换热器是将板片以叠加的情势装在固定压紧板、勾当压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹紧而成。
(3)容易清洗拆装利便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装利便，任何时间可以打开清洗，同时因为板面光洁，湍流深重，不易结水垢
(4)不串液，板式换热器密封槽设置泄液道，各种介质不会串通，即使浮现泄露，介质总是向外排出。
(5)施用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐化介质，胶垫可随心改换，并可利便拆装检修。
板式换热在3000～4500 kcal/m2?℃?h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。
(2)紧凑密切：板式换热器板片精密排列，与其它换热器类型相比，板式纯钛镜架有什么特点换热器的占地面积和占用空间较少，相同换热能的板式换热器的面积仅为管壳式换热器的1/5
钛换热器的构造概述
钛换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新式高效换热器各种板片之间形成薄长方形通道，经由过程半片进行热能互换它与通例的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在适用的规模内有代替管壳式换热器的趋势。钛板式换热器、热互换器行业板片常用的材料主要有奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金等冷轧薄板工业纯钛127用于板式换热器，工业纯钛276和Ti-0.3Mo-0.8Ni345用于管式换热器用TA1钛板打造的板式换热器，相比列管式换热器有很多长处，在市场上有很强的竞争力，主要用于化工、石油、舰船、海水淡化等热互换系统。
钛材换热器管程结构设计
名 椿 巍 程 管 程
化钛等脆性化合物 ， 从而降低钛 的塑性与韧性 ． 导致脆裂。 钛一旦
沾然铁离子 即变脆 ， 产 生焊接裂 纹。 由于钛材的性能特 点， 设计中
应充分考虑到 。
设计压力 （ 竹 Ｐ ａ ）
设计温度 （ ℃｝
是隔板结构较为复杂 。
８
工作温度 ｛ 进口／ 出口 ｝ ℃ 攮作介震
３ ５ １ ６ ５ 厥油
７ １ ８ １ ． ２ ２
初顶油气
腐 蚀裕臆 （ ｅ ｍ ｝ 焊接接头系数 换热器型寄 设计使用年曝
４ Ｏ ． ８ ５
／ ２ ５ — ２ ｌ
热 器 型号 Ｂ Ｉ Ｕ １ ４ ５ ０ － ３ ． １ ／ ２ ． 卜５ ３ ０ ． ２ － ４ ５ ０ ０ ／ ２ ５ — ２ １总 重 ２ ３ １ ４ ０ ｋ ｇ ，
介质 中腐蚀较为严 重， 而钛 的耐蚀性能 却表 现的非常 良好 ， 故管
管程 介质初定油气 ， 壳程介质 原油 ， 换热管材质 Ｔ Ａ １ ， 管箱筒体及 程材质选用钛材 。 隔板 材质 Ｔ Ａ Ｉ ＋ Ｑ ３ ４ ５ Ｒ复 合板 ， 管板材质 复合 锻件 １ ６ Ｍ ｎ Ｉ Ｉ Ｉ ＋ Ｔ Ａ Ｉ ， 管箱 法兰 密封 面材质 Ｔ Ａ Ｉ Ｏ 。 本 文主要 通过对 原油 一初项油 气换 热 器（ Ｅ 一 ３ ０ １ Ａ ／ Ｂ ） 的 设计， 详细 阐述 了几个关键 部位的结 构设计 ，
ｕｓ ｅ ｒ ｒ ｅｑ ｕｉ ｒｅ ｍｅ ｎｔ ｓ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：Ｔ ｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ： ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ： Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
钛材换热器的结构设计
接 结构 的换 热 管 与管 板 连 接 许 用 拉脱 力一 般 在 ６ ０ ＭＰ ａ以上 ， 而胀 接 的许用 拉脱力 只 有 ３Ｍ ａ考 虑 管 Ｐ， 板 钛层 与基层 的抗 剥 离 强度 ， 量 采 用密 封 焊 加 胀 尽 接 的连接 方法 （ 图 １此连接 方法 尤 其适 合 复合 管 见 ， 板 与换热 管 的连接 ） 。这样 可 防止 盐 水 杂质 或 湿 氯 气 对管板 的 间隙腐蚀 ， 高接头 的抗疲 劳性 能 ， 用 提 使 寿命 比单 独用 焊接或 胀接要 长得 多 ｊ 。
ＺＨＡＮＧ ａｎ ｉ ＷＡＮＧ ｎ ｘ ｅ， Ｉ Ｙ ｑ ｕ， Ｈｏ ｇ ｕ Ｌ ＡＮＧ ｏ， Ｈａ ＺＨＡＮＧ ａ Ｔｏ
（ Ｖ Ｃ ＬｍｉｇＪ ｘ Ｃ ｅ ｃｌ ｃｉｅ （ ｒｕ ）Ｃ ． Ｌｄ ，Ｈ ｌｄ ｏ１ ５ ０ ， ｈｎ ） Ａ Ｉ ｉ ｎ ｉ ｉ ｈｍｉ ｈｎ ｒ Ｇｏ ｐ ｏ ， ｔ． ｕｕ ａ ２ ０ １ Ｃ ｉ ｎ ａ Ｍａ ｙ ａ
［ 中图分类号 ］Ｔ １４ １ Ｑ １．５
［ 文献标志码 ］Ａ
［ 文章编号 ］１０ ０ ８—１３ ２ １ ）７—０３ ０ ３Ｘ（ ０ １ ０ ０ ６— ３
Ｓ ｒ ｔ ｒ ｌｄ ｓｇ ｆ ｔｔ ｉ ｍ ｅ ｔｅ ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｕ ａ ｅ ｉ ｎ ｏ ｉａｎ ｕ ｈ ａ ｘ ｈａ ｇ ｒ
第４ ７卷
第 ７期
氯 碱
工
业
Ｖｏ ． ７．Ｎｏ ７ １４ ．
２１ ０ １年 ７月
Ｃ ｏ — ｋａｉＩ ｄ ｓｒ ｈｌｒＡｌ ｌ ｎ ｕ ｔｙ
Ｊ１ ２ ｕ．． ０１ １
钛 材 换 热 器 的 结 构 设 计
张艳秋 ， 洪学 ， 王 梁 浩， 张 涛 （ 航黎明锦西化工机械（ 中 集团） 有限责任公司， 辽宁 葫芦岛 １５０ ） ２０ １
PTA装置中换热设备国产化问题简介
需要的。因此换热管多数采用 了钛材做换热管， 部
分 采 用 了 ２０ ２５钢 （ 当 ｏ ｃ２Ｎ５ ３ 及 ９４ 相 ０ ｒ２ ｉＭｏＮ） ０Ｌ
（ 相当０ Ｃ２ Ｎ２ Ｍ ４ ５ ｕ ． ） ０ ｒ ｉ ｏ． Ｃ １５ 高镍钢。氧化换 热 ０ ５ 器多数采用 以上 ３种材料 为换热管用料 ， 管箱采用 衬 Ｔ， ２５ ９４ ， 程 及 其 内件 采 用 ０ ｒ９ ｉ， ｉ２ ０ ，０ Ｌ 壳 ＣｌＮ９
设备腐蚀严重。工作温度高 、 压力大、 强腐蚀是这一 段 的主 要 特 点 。在 加 氢 反 应 工 序 中主 要 以加 热 为
主， 因工 艺 的需 要 将 物 料 用 换 热器 加 热 到 ２０ ｏ ９ Ｃ，
结垢。用作传热元件可 以不考虑污垢 系数 ， 能保证
热导率不会明显下降。由于钛的强度高， 耐蚀性好 ， 传热件的壁厚可以很薄 ， 很适于制造热交换器 。 据有 关 的试 验证 明 ， 由于对 二 甲苯 氧 化 中含 有 乙酸和溴化物 ， 在高温的情况下 ， 可发生点蚀 。一般
以上的工作条件决定 了 Ｐ Ａ装置设备必须要 Ｔ 耐腐蚀 、 高温 、 高压 ， 在材料选择上 比较严格。一般 的情况下 ， 使用普通 的材料是可行 的。但在氧化工
段 的某些 设备 中 ， 因为物 料 中含有 一定 量 的乙酸 ， 再
资料介绍 ， 在氧化工段中的换热器设计温度均大于
１５℃ 。这 也是 考 虑 了耐腐 蚀 的 问题 而采 用 了钛 制 ３ 的居 多数 。
应 完 的 Ｐ 以及 微 量 的钴 、 、 等催 化 物 ， 们 对 Ｘ 锰 溴 它
钛合金的强度高 ， 压ห้องสมุดไป่ตู้ 比大 ， 塑性和韧性低 ， 成
形性 较差 ， 蚀性 一 般 比纯 钛 差 。容 器 用 钛 主 要 是 耐
钛制u形管式换热器设计
钛制U形管式换热器设计郭学双（江苏中圣压力容器装备制造有限公司， 江苏 南京 211100）[摘 要] 本文以实际案例介绍了一台壳程管程都是钛材的U形管式换热器的设计过程，从选材、结构设计、制造等方面提出了需要注意的问题。
[关键词] 压力容器；钛制换热器；U形管；TA10作者简介：郭学双（1977—），男，江苏南京人，本科，工程师。
江苏中圣压力容器装备制造有限公司设备设计室主任工程师。
表1近年来，由于国家对于环保的高度重视，工业生产中高浓度有机废水不可随意排放，可以通过一种新型水处理技术—催化湿式氧化法来进行综合治理，该法是指在高温、高压下，以富氧气体或氧气为氧化剂，利用催化剂的催化作用，使废水中的有机物及含S 、N 等氧化成CO 2，N 2，SO 2，H 2O ，达到净化水的目的。
本文设计讨论的是其工艺装置中的1台一级U 形管换热器，设备内径为ID600换热器参数如下：壳程管程壳程管程介质高浓废水高浓废水、废气主要受压元件材料TA10+Q345RTA10，16MnⅢ介质特性非易爆、中度危害易爆、中度危害程数12工作温度℃（进/出）25/105215/165腐蚀裕量 （mm）0工作压力 MPaG 8.48.4管子规格φ25×2.5（mm）×6000（直段）设计温度 ℃250290管间距/数量/布管方式32/87U/转角正方形设计压力 MPaG9.09.0换热器型式BEU1 选用材料壳程壳体采用TA10+Q345R 爆炸复合板，其中TA10材料在GB/T 3621-2007 《钛及钛合金板材》中分为A 、B 两类，B 类板材的常温抗拉强度、屈服强度比A 类小，更容易进行爆炸复合，所以用于爆炸复合板时，需注明采用B 类，否则正常供货按A 类，爆炸复合板不合格率会大大提高。
壳程其他材料如：拉杆、定距管、折流板均采用TA10。
管程采用平盖封头衬钛结构，管板、换热管TA10分别满足GB/T16598-2013《钛及钛合金饼和环》、GB/T3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》。
《PTA装置及工艺》课件
装置组成
工作流程
反应器、加热交换器、分馏塔、 蒸汽来自生器、吸附器、反应器 等。在催化剂（钴／锌／锆／铍） 的作用下，将精制的苯和乙烯 在高温下反应，生成PTA。
工艺优缺点
优点：反应过程简单、产物纯 度高、易于实现自动化控制。 缺点：催化剂易受到杂质影响、 成本高。
PTA 工艺
1
硫酸法工艺
原料介绍：石油、甲烷、空气等。反应原理和过程：PTA的制备是通过将液相中的二甲 酸重结晶后加入氧化剂来进行的。调节内容包括控制氧化剂加入量、调节反应温度并 稳定反应、脱水、分离以及废水的处理等。
2
烷基化法工艺
原料介绍：苯、乙烯、氯化铝、催化剂等。反应原理和过程：在高压高温的条件下， 经过分离、过滤和二次精制后，即可得到纯度较高的PTA。调节内容包括操作温度、压 力、物料比例等等。
结论
1 发展趋势
从煤直接转化生产PTA、环保高效的生产工艺和技术逐渐成为研究方向。
2 现状和前景
PTA在化工工业中应用广泛，随着全球能源消费结构的调整以及新技术的不断涌现，有望 实现更加高效、环保的制造方式。
《PTA装置及工艺》PPT 课件
本课程将介绍PTA装置及工艺的定义、应用、工作原理、优缺点、工艺调节， 以及发展趋势、现状和前景。
简介
PTA，即聚对苯二甲酸二乙酯，是一种有广泛应用的工业化合物，主要用于制造聚酯纤维、薄膜、瓶子 等。我们将介绍PTA在化工工业中的应用和装置的工作原理。
硫酸法 PTA 装置
3 影响与作用
PTA的应用与生产对于现代社会的经济发展、人类日常生活均有着非常重要的作用。
装置组成
反应塔、吸收塔、塔板、 冷凝器、水分离器、压缩 机、催化剂制备系统等。
PTA装置钛制换热器的结构及设计
机械设备PT A装置钛制换热器的结构及设计贾起亮中国石化集团洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003)摘要:基于精对苯二甲酸(PT A)装置中钛材换热器的实际设计范例,论述了钛材的选用原则及钛材换热器的结构设计。
介绍了钛设备设计中采用的主要规范及设计中需要注意的问题。
关键词:PT A装置 钛 换热器 结构设计 中国石油化工股份有限公司洛阳分公司化纤工程225kt/a精对苯二甲酸(PT A)装置于1998年开工建设,2000年全面建成并投产,引进国外技术和设备,其中钛材换热器从国外引进。
该装置于2003年进行了一次扩能改造,由洛阳石油化工工程公司设计,其中增加的一台钛设备氧化反应器二级冷凝器立足于国内设计,国内制造,一方面,节省了投资,另一方面,通过设计加深了对化纤工程PT A装置钛材换热器的设计、制造、检验、使用等各个环节的认识。
1 钛材换热器的基本情况名称:氧化反应器二级冷凝器(BE2113A)规格:BE M120022.1/0.42268029.7/192I设计条件(见表1)表1 钛材换热器基本情况项 目壳程管程介质凝结水、蒸汽氧化反应器气相(含醋酸)工作温度(入/出)/℃134.4/134.6173.5/142最高工作压力/MPa0.26 1.24设计温度/℃163228设计压力/MPa0.42/0.1 2.1腐蚀裕量/mm30程数11 设备采用直立悬挂式结构,换热器采用固定管板结构,考虑钛管与钢壳体不同的操作温度及膨胀系数,在壳程设置膨胀节以吸收不同的膨胀差。
2 钛材换热器的选材及依据2.1 选用钛材的原则及必要性在某种腐蚀条件下,不锈钢与铜等常用耐蚀金属无法满足设备防腐蚀使用的要求,这时钛制设备将是一个合理的选择。
在某种腐蚀条件下,不锈钢和其它常用金属材料虽可以使用,但腐蚀率较高,使用寿命较短,如用钛材,则耐腐蚀性好,使用可靠性高,寿命长,此时需对两种材料进行技术经济全面比较,只有在技术经济方面有明显优势时才能采用钛设备。
钛管板式换热器设备工艺原理
钛管板式换热器设备工艺原理钛管板式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于化工、食品、医药、电力等领域。
本文将介绍钛管板式换热器的设备工艺原理，包括结构特点、工作原理、流体特性等方面。
1. 设备结构特点钛管板式换热器由板式换热器板片、手工钛管组成。
其主要结构特点如下：1.1 板式换热器板片板式换热器板片是由多个金属片按照一定方式排列而成，通过螺栓或夹子将板片固定在一起，成为一个换热单元。
板片间形成的流体通道和传热表面对流体的冷却或加热起到重要作用。
与其他换热器相比，板式换热器板片的优点包括高传热系数、紧凑型结构、易清洗和维护等。
1.2 手工钛管手工钛管是钛管板式换热器中的另一个重要组成部分。
手工钛管的材料为钛合金，其具有强度高、耐腐蚀、耐高温等特点，能够适应多种复杂环境。
钛管板式换热器板片与手工钛管的结构特点决定了其广泛应用于化工、制药、食品、电力等领域。
2. 工作原理钛管板式换热器利用板片间形成的流体通道和传热表面，将热量从一个流体传递到另一个流体。
其工作原理如下：1.流体A和流体B分别从换热器的两侧进入，流体A和流体B流经板片间形成的流体通道，从而完成传热过程。
2.流体A和流体B所经过的板片表面微凸处会产生涡流现象，从而使得传热面积增加，传热系数增大，提高换热效果。
钛管板式换热器的工作原理简单，但却能够完成高效的换热过程。
3. 流体特性钛管板式换热器的流体特性是涉及换热器使用的流体类型、流量、温度等参数，对换热器操作有很大的影响。
3.1 流体类型钛管板式换热器能够适用于多种流体类型，例如水、蒸汽、油、酸、碱、氨、氢气等。
3.2 流量换热器的工作流量是指在单位时间内通过换热器的体积流量或质量流量。
流量大小不仅会影响传热面以及流体通道的设计，还会影响换热效果和热负荷。
3.3 温度换热器的工作温度可以分为冷却和加热两种情况。
钛管板式换热器的工作温度范围较广，根据实际情况可以进行调节。
4. 总结钛管板式换热器具有结构紧凑、传热效率高、维护方便等特点，能够适用于多种流体类型及工作温度，使用广泛。
钛材换热器的结构设计
钛材换热器的结构设计
钛材换热器的结构设计主要包括以下几个方面：一、换热器管路设计。
换热器管路设计是一个非常复杂的过程，主要依据用户的实际需求，根据
换热器系统的功能需求和换热特性，设计合理的管径、管路路径、流量以
及换热器的内外径等参数，以确保换热效率的达标。
二、换热器结构设计。
钛材换热器以其贴合度好，抗腐蚀性强的特点，一般制成U型换热管或类
似U形的结构，以节约体积，提高换热效率。
三、换热器散热设计。
在换
热器管路设计完成后，需要采取有效措施进行散热，常用的散热方式有多种，常见的有风扇、水冷散热器等，根据机器实际需要，确定最适宜的散
热方法。
四、换热器的连接方式设计。
换热器的连接方式主要包括焊接、
螺栓连接和弹性体连接等，一般钛材换热器采用焊接方式，以有效解决换
热器管路中的渗漏问题。
钛换热器设备工艺原理
钛换热器设备工艺原理一、概述钛换热器是一种高效的换热器设备，广泛应用于化工、冶金、造纸等行业中，具有耐腐蚀、耐高温、耐压、不易积垢等优点。
本文将介绍钛换热器的设备工艺原理。
二、结构及工作原理1. 结构钛换热器主要由壳体、箭头、固定板、移动板、板片和密封组件等组成。
其中，壳体是内外两层圆筒体，内层圆筒体为换热流体的进出口，外层圆筒体为冷却流体的进出口。
箭头连接在壳体上，起到了引导流体的作用。
固定板和移动板互相搭接，拢边的板片夹杂在它们之间，将流体引导到相应的出口。
2. 工作原理钛换热器的工作原理是利用不同流体之间的温差，将热量从热源处传导到冷却源处，从而实现热量交换的目的。
其中，热源为热流体，经过壳体内的管道进出，冷却源为冷却流体，经过壳体外的管道进出。
当热流体和冷却流体分别在壳体内外流动时，它们会分别接触到固定板和移动板之间的板片，从而实现热量交换。
在板片表面形成了一层薄膜，充分利用了换热系数高和传热面积大的特点。
三、特点及应用1. 特点•耐腐蚀：钛及其合金具有极强的耐腐蚀性能，能够适用于酸、碱腐蚀性物质的热交换。
•耐高温：钛换热器具有高温抗性，能够适应高温环境下的热交换。
•耐压：钛换热器的耐压能力较好，可以承受高压环境下的热交换。
•不易积垢：钛换热器的板片表面非常光滑，不易积聚沉积物和堵塞，可以保证热交换效果的稳定。
2. 应用钛换热器的应用范围非常广泛，在化工、冶金、造纸等行业中都有广泛的应用，如：•氨的冷却：将高温的氨气通过钛换热器进行冷却，使其液化成为氨液。
•海水淡化：通过钛换热器蒸发海水中的盐分，达到海水淡化的目的。
•污水处理：通过钛换热器对污水进行加热蒸发，达到污水处理的目的。
四、注意事项在使用钛换热器时，需要注意以下事项：•在操作前需要严格检查和测试钛换热器的质量和性能。
•使用钛换热器时，需要避免流体中出现杂质或颗粒物，以免损伤钛换热器的表面。
•对于不同的流体，在使用钛换热器时需要采用不同的清洁方法，以免对板片表面造成损伤。
钛材换热器的结构设计
钛材换热器的结构设计钛材换热器是一种重要的换热设备，广泛应用于化工、石油、冶金等行业中。
由于钛材具有耐腐蚀、抗高温等特点，因此钛材换热器在处理腐蚀性介质和高温介质时具有很大的优势。
钛材换热器的结构设计直接影响到其性能和实际应用效果。
首先，钛材换热器的结构应该考虑到介质的特性和流动性。
在设计过程中，需要对介质的性质进行充分的了解，包括温度、压力、流速、流量等。
在确定结构尺寸和通径时，应考虑到介质的特性，确保换热器能够正常运行。
其次，钛材换热器的结构应充分考虑热量传递效率。
在设计过程中，应合理确定管束的安装方式和布局，以确保介质能够充分接触，提高换热效率。
此外，管束应具有充足的换热面积，以提高热量传递效率。
再次，钛材换热器的结构设计应具备良好的自清洁性。
在长时间运行过程中，介质可能会形成结垢，降低换热器的换热效率。
因此，设计中应充分考虑如何减少结垢的问题。
一种常用的方法是采用特殊的管束结构，如螺旋形或小堆结构，使介质能够自行清洁。
此外，钛材换热器的结构设计还应充分考虑维护和维修的便捷性。
设计中应合理确定各部件的连接方式和拆卸方式，以方便日常的维护和维修工作。
此外，还应为检修人员提供充足的操作空间，并尽可能减少设备的故障率，降低维护成本。
最后，钛材换热器的结构设计还应考虑到安全性。
在设计过程中，应考虑到介质的性质和操作条件，合理设置防爆装置和泄压装置，以保障设备的安全运行。
总结起来，钛材换热器的结构设计涉及到介质特性、热量传递效率、自清洁性、维护便捷性和安全性等多个方面的考虑。
通过合理的结构设计，可以提高换热器的性能和使用效果。
随着科技的发展，这些方面的考虑也在不断优化和完善，以适应不同行业和不同介质的需求。
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ＰＴＡ装置钛制换热器的结构及设计
原作者：贾起亮
出处：中国石化集团洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003)
【关键词】换热器
【论文摘要】ＰＴＡ装置钛制换热器的结构及设计
中国石油化工股份有限公司洛阳分公司化纤工程225ｋｔ/ａ精对苯二甲酸(ＰＴＡ)装置于1998年开工建设,2000年全面建成并投产,引进国外技术和设备,其中钛材换热器从国外引进。
该装置于2003年进行了一次扩能改造,由洛阳石油化工工程公司设计,其中增加的一台钛设备氧化反应器二级冷凝器立足于国内设计,国内制造,一方面,节省了投资,另一方面,通过设计加深了对化纤工程ＰＴＡ装置钛材换热器的设计、制造、检验、使用等各个环节的认识。
1 钛材换热器的基本情况
名称:氧化反应器二级冷凝器(ＢＥ 113Ａ)
规格:ＢＥＭ1200 2.1/0.42 680 9.7/19 Ｉ
设计条件(见表1)
设备采用直立悬挂式结构,换热器采用固定管板结构,考虑钛管与钢壳体不同的操作温度及膨胀系数,在壳程设置膨胀节以吸收不同的膨胀差。
2 钛材换热器的选材及依据
2.1 选用钛材的原则及必要性
在某种腐蚀条件下,不锈钢与铜等常用耐蚀金属无法满足设备防腐蚀使用的要求,这时钛制设备将是一个合理的选择。
在某种腐蚀条件下,不锈钢和其它常用金属材料虽可以使用,但腐蚀率较高,使用寿命较短,如用钛材,则耐腐蚀性好,使用可靠性高,寿命长,此时需对两种材料进行技术经济全面比较,只有在技术经济方面有明显优势时才能采用钛设备。
2.2 钛材换热器的工作条件及选材
该装置采用以对苯二甲酸为原料的液相空气氧化法,反应温度为160～230℃,氧化产物为对苯二甲酸。
反应以空气为氧化剂,醋酸为溶剂,在液相中进行。
溶剂在反应器中沸腾蒸发,从塔顶
离开,带走反应产生的热量,进入氧化反应器冷凝器。
通过冷凝器,管程的醋酸蒸气将冷凝,送脱水塔回收。
对高温氧化工段,凡接触溴离子催化剂和醋酸物料、温度大于105℃的设备材质大多选用纯钛,原同类进口设备醋酸冷凝器Ａ,Ｂ与本次换热器选材比较见表2。
2.3 钛材换热器的失效特点
醋酸冷凝器是ＰＴＡ装置中关键的冷凝设备,氧化工段的醋酸蒸气及含溴醋酸会使含钼不锈钢在几个月内快速腐蚀,100℃以上的含溴醋酸腐蚀更为严重,不仅会产生严重点蚀,也使含钼不锈钢的均匀腐蚀率大大增加,故温度大于105℃设备大多选用钛材。
钛的钝化膜能抗低温或高温的含溴醋酸的强烈腐蚀,但在氧化工段174℃→155℃→100℃的醋酸蒸气中,缺水的条件下,钛的钝化膜不易重新形成,长期使用后也会产生腐蚀,先是表面发灰、发黑,形成黑色的氢化物ＴｉＨ2层,并且Ｈ向钛基体内渗透,表面黑色氧化物的生长破坏了钛氢化物与钛基体的粘着性,因而促进了膜的开裂,易于被流动的醋酸蒸气冲走,不断露出新鲜表面,反复被氢化破坏,引起氢化腐蚀。
为防止醋酸蒸气对钛的腐蚀,应对钛表面进行预氧化处理。
3 钛材换热器的结构设计
3.1 设计原则
严格避免钢、钛互熔的焊接结构。
由于铁等其它金属熔于钛焊缝中会形成硬而脆的金属间化合物,极大地降低焊缝塑性,并降低其耐蚀性,钛不能直接熔焊在钢板上,因此,在钛复合板设备的设计中,必须考虑设备结构及焊缝的处理,复层与基层在焊接接头处没有连接强度,因而钛复层不能参加强度计算,不考虑钛层承受载荷,只起耐蚀作用,载荷全由基层钢承受。
3.2 钛复合衬板结构设计
管程封头与管程法兰或管程壳体对接焊缝采用16ＭｎＲ+ＴＡ1复合衬板结构,其中壳体采用ＴＡ1复层,法兰面采用ＴＡ9复层。
如图1所示。
图1结构为分段衬里后再组焊的衬里连接结构,该结构受力性能好,衬里及焊缝工艺易掌握,为了提高环焊缝处衬里的贴紧度和保证钛焊缝的焊接质量,要求碳钢筒体组焊时,环焊缝的错边量要小。
3.3 接管衬里与壳体衬里及法兰衬里的连接
接管衬里与壳体衬里及法兰衬里的连接应考虑由于两种材料的膨胀不同,以及在水压试验过程中产生的弹性扭曲和局部塑性变形,引起壳体与接管衬里之间的相对位移,如图2所示。
上述结构为接管与壳体衬里后,在接管衬里外面再套入一个宽60ｍｍ,厚度等于衬里板厚的钛环,然后将环与壳体衬里搭接,与接管衬里角焊或对焊,该结构易于实现。
图2上部是壳体法兰与接管衬里及密封面衬里的连接,为了实现密封面的加工,需将钛密封环用钛制埋头螺钉固定,然后将螺钉头部用氩弧焊密封,最后进行密封面的机加工。
螺钉规格为Ｍ6×12,ＴＡ2。
3.4 钛材换热器管板结构设计
管板采用钛复合板结构,质量符合ＧＢ8547—87《钛复合板》中Ｂ0级的规定,希望贴合率尽可能高,复层厚度为10ｍｍ,复层材质为ＴＡ9。
换热管与管板的连接采用强度焊加液压橡胶胀的方法。
管子承受的载荷由胀接部分承担,焊接起到加强密封,增加部分强度的作用。
钛的塑性偏低,屈强比偏高,钛换热管的胀管间隙应较小,胀管率应小些,钛管壁厚超过1ｍｍ时,胀管率可为1%～2%,钛管壁厚小于1ｍｍ时,胀管率可为0.5%～1%,壳体材质为16ＭｎＲ,管板材质为钛复合板16Ｍｎ锻+ＴＡ9。
①法兰面及管板表面均采用耐缝隙腐蚀的钛合金材料ＴＡ9。
厚度10ｍｍ,壳程、壳体与管板的连接结构采用ＧＢ151—1999中附录Ｇ中Ｇ1.1图Ｇ1(ｅ)。
②管板钻孔应保证管孔与管板面垂直。
③保证管孔的精度及孔口的倒角尺寸。
3.5 钛材换热管的技术要求换热管所用ＴＡ2管符合ＧＢ/Ｔ3625—1995《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》中的要求,
并同时满足以下要求:(1)以退火状态供货,规格为 19×1.25,换热管应采用整根无缝管,不得
拼接。
(2)按批量抽样进行力学性能的试验,包括拉力试验,压扁、扩口试验。
(3)管材逐根进行涡流探伤检验和液压试验并合格。
(4)管子的公差从严要求,钛管表面不得有裂纹,皱折等缺陷,不得有划伤,凹坑、凸点等。
除上述要求外,管程还应进行氦泄漏或氨泄漏试验。
4 钛设备设计所采用的主要标准规范
ＪＢ4745—2002钛制焊接容器压力容器安全技术监察规程99版(对钛制压力容器的安全技术有原则规定)
ＪＢ4730—1994压力容器无损检测(含有钛容器焊接接头无损检测的内容)
ＪＢ151—1999《管壳式换热器》(含有钛制管壳式换热器用钛及钛合金管)
ＧＢ/Ｔ3620.1钛及钛合金牌号和化学成分
ＧＢ/Ｔ3621—94钛及钛合金板材
ＧＢ/Ｔ3624—1995钛及钛合金管
ＧＢ/Ｔ3625—1995换热器及冷凝器用钛及钛合金管
ＧＢ/Ｔ8180钛及钛合金加工产品的包装,运输和贮存
ＧＢ/Ｔ8546—1987钛不锈钢复合板
ＧＢ/Ｔ8547—1987钛钢复合板
ＧＢ/Ｔ12969.1钛及钛合金管超声波检测方法
ＧＢ/Ｔ12969.2钛及钛合金管涡流检测方法
ＧＢ/Ｔ13149—1991钛及钛合金复合钢板焊接技术条件
5 钛制设备设计要则
(1)重视铁污染和环境氢脆。
(2)工业纯钛其耐腐蚀性比钛合金好,价格低,塑性好。
如ＴＡ0,ＴＡ1一般用于变形量较大的场合,换热管多用ＴＡ2,要求较高强度时用ＴＡ3,对易于产生缝隙腐蚀的部位,最好选用钛钯合金ＴＡ9和钛钼镍合金ＴＡ10。
对于承受较大应力的紧固件和非焊接件,应选用机械强度较高的钛合金ＴＣ4。
应采取措施将焊接材的铁、氢含量控制在较低水平。
(3)钛的力学性能受温度的影响较大,当设计温度在316℃以下时,决定设计强度指标的因素是该温度下的抗拉强度值。
工业纯钛不能通过热处理提高强度。
(4)为避免焊接接头塑性下降,钛焊接要求小电流、快速焊,并要求坡口间隙小。
由于钛的焊接接头综合性能较差。
焊缝应避免位于应力最大处。
(5)钛的热膨胀系数小,与其它材料一起使用时应考虑热补偿措施。
(6)由于工业纯钛及钛合金的塑性变形范围小,易开裂,当采用翻边结构时弯曲半径应尽可能大一些,换热管胀接时,管子与管板、管孔的间隙公差应小一些,避免胀裂。
(7)钛在常温下有蠕变现象而产生应力松弛,不宜用钛螺栓作强制密封连接件。
(8)钛衬里在钢板上固定连接应采用爆炸复合,机械固定和钎焊的方法等联合使用。
(9)钛对表面缺陷非常敏感,应避免表面缺陷。
(10)由于钛设备膨胀系数较钢小,应避免过大的升压、升温和降温以避免产生过大的局部热应力,致使钛衬层被拉裂。