四壳程低温换热器的设计

表 四壳程低 温换 热器 设计 参数
一 一 一
材料 选择
根据换热器工作过程 中的介质特性和工艺条 件 ,以及设备在制造过程中的焊接性 、 工艺性 ,换热 器主要材料的选择见表 。用于壳体的
厚度 钢板 ,按 , 一 逐张
进行超声检测 , 级合格 。
表
【 〕
主要材料的选择
元件名称 筒体 封头 换热管 管板 设备法兰
计算结果 ,确定各部件的计算厚度和名义厚度 。
热处 理要 求
焊后热处理 的 目的是 消除残余应力 ,改善焊 接接头的塑性 和韧性 ,恢 复冷作时 的预应变和时 效丧失的性能 ,以减少应力腐蚀倾向 。由于本 台 设备为低温换热器 ,为了降低设备在低温条件下 的脆断倾 向 ,设备进行整体热处理 。
无损 检 测要 求 见 表
炼油 、 化工装置 中换热器 占总设备量 和设备 投资的 左右 。 在换热器设备中 ,管壳式换热 器又是应用最为广泛 ,使用量最大的换热器型式 。 在管壳式换 热器 中 ,管程 、 壳程 采用多程 流 动 ,可以提高流速 ,从而提高传热效率 。 而 ,管 然 程容易实现多程流动 ,壳程却 因为结构上的原因 , 难以实现 。所以 ,一般换热器 多采用单壳程或者 双壳程结构 。 年本 公司承接 的一 台低温换 热器 ,是 四壳程 、 四管程结构设计的低温固定管板 换热器 ,这种设计的 目的 ,是提高介质流速 ,从 而 提高总传热系数及换热效率 。 四壳程低温换热器设计参数 四壳程低温换热器设计参数见表 。
换热器壳程侧有两个介 质进 口、 两个介质 出 口 ,即两进两 出的设 计 。由壳程及管程进 出 口温 度可以看出 ,本 台换热器是进行冷却用的低 温换 热器 ,对壳程介质的温度要求较为严格 ,采用 四壳 程可提高壳程侧介质流动速度 ,而且介 质采用下 进上出 ,使介质流动过程中流经的范围更广 ,与换 热管内的介质进行更加迅速而且全 面的热交换 , 提高了壳程侧介质 的利用率 。 由于该 台设备是固定管板式换热器 ,换热管 、 管板 、 壳体焊在 一起 。一般增加换热器壳程程数 的方式 ,就是在壳体 内加分程 隔板 ,把分程隔板焊 接在壳体上 ,制造安装时无法实现 ,所 以分成隔板 的固定就成为最大的问题 。 由图 看出 ,该 台换热器 由折流板分隔成两 个独立 的腔 ,两个腔体各 自 折流 ,实现介质的热交 换 。以其 中一个 为例进行说明 在进 口和出 口中 心线位置设置一块圆形折流板 ,起到分流作用 ,折 流板上焊接防冲板 ,以减少介质 的不均匀分布和 对换热管 的冲蚀 。在折流板两边设备中心线位置 各设置一块隔板 ,其具体固定如下
况条件 ,在非常短 的仅
应性 ,研究 了三种不 同催 化剂 氧化剂 系统 的相对反 应速 率 。系统 基于催化 剂 剂 包括催化 剂 和 和 作为氧 化剂 。系统 为催化
能发生化学转化 。 这种在缓 和条件 下不 寻常 的反 应性 的 关键在于高功率超声的利用 。 超声诱导的泡 沫通 过 其增 长 为不稳 定 区 ,最 后 到 由 局部 释放能量造成其 内爆 。超声用来 诱 发过程流 体 中大 而稳定 的空化区域 。 过暴 发而 空化 ,使 通 过程大 大 加快 ,这是 由于 烃相 与含 有过 氧 化氢 和合 适 的催 化 剂 的 水相激烈混合的结果 。 空化 区域 的产生 采用特殊 设计 的 金属栏 ,即超声探头 ,过程流体的超声 波频率脉 冲为 ,零到峰 值振 幅过程 为 一 一
结束 语
对接接头进行 缝检测 ,应符合下列要求
的其它承压焊缝 , 以及附件和承压部件之间 的焊
吊耳 的焊缝 须进 行磁 粉检 测
该设备在按照标 准及 图纸要 求制造完成后 ,
第
期
李红娜 四壳程低温换热器 的设计
一
一
且接受劳动局锅炉压力容器检验部门和第三方监 督检验 ,各项检验项 目检查结果均达到验收合格 ,
炼 年 月
油
技
术
与
工
程
第
卷第
期
四壳 程低 温 换 热 器 的设 计
李红娜
天津津滨石化设备有 限公 司 天津市
摘要 换热 器管程 、 壳程采用多程流动 , 以提 高流速 ,从 而提 高传热效率 。 可 通过设计实例 , 绍了四壳程低温 介
换热器的设计参数 、 材料选用 、 工作原理 、 结构设计 、 热处理要求 、 无损检测要求 、 水压试验等 。 关键词 四壳程低温换热器 结构设计 管接头 热处理 无损检 测 水压试验
图
中 一 胜
支撑板
一
一
炼
油
技
术
与
工
程
年第
卷
要标志 ,换热器的失效绝大多数集中在管接头上 , 因此合理选用安全可靠的管接头型式 ,使用相应 的加工设备与技术是换热器制造技术的关键 。 本设备采用强度焊加贴胀 的连接方式 见 图
,既满足强度及密封性的要求 ,又避免设备在工
承压焊缝应进行超 声检测 ,采用纵 波或 横波方式 所有附件与除碳钢材料 之外 的承压部件 之间的焊缝 ,应进行磁粉检测 。
林 。由于超 声探
头在过程流体 中产 生 脉 冲 ,形成 强 烈 的压缩 波 。这 些波
, ,假如按 管程试验 压
图
换热管与管板 的连接
强度计算 设备的筒体 、 封头 、 管板 、 设备法兰 、 开孔补强 等强度计算依 据 行 ,根据 一
,
一
进
一 《压力容器强度设 计软件包 》
力对管接头进行水压试验 , 程筒体 、 壳 管板等受压 元件势必承受不 了在此压力下的强度及密封性能 要求 。增加壳体及 管板 厚度在 经济上并不合理 , 由此采用按照壳程试 验压 力进行水压试 验 ,然后 在壳程用氨渗漏进行补充性试验 。 按照 法 约为 一 附录 《压力容 器氨 体积 氨气法 渗漏试验方法 》选用充人 ,
低 成本和低耗能的替代方案 。
“ 术基 于对石油 产品基 物流 的超 声辅 技
。
包括选择性氧化和此 后 的烃基物流 中的硫
绕崩溃的泡沫 。 空化泡沫崩溃导致激 烈的搅拌 、 切和 高剪 水相与油相之间的传质 , 氧化反应在相对缓 和的条件下 该
发生 。 不 同的石油 产 品 物 流 具有 不 同 的硫 形 态 分 布 。因 此 ,重要 的是要 了解 采 用 于 用作 催 化 剂 系统 的 功能 过 程 中的反
散 到过程流体要快 ,产生 局部热 量和 内外压力 ,并立 即 围
受到高耗氢和高能耗的制约 ,因为必须使 可在温和的反应条件下 进行 ,
用苛刻的操作条件才能处 理最难 脱除 的硫化物 。相 比之 下 ,高功率超 声波辅助 是加氢脱硫 助
为水 。 与 专 利 和 文 献 中所 描 述 的 场 常为 公司 的 磅 平方 英寸 反应 条件 不 同 ,
隔板与折 流板角焊缝 焊接牢 固 见 图 在 尽可 能靠 近 壳 体 内壁 的位 置 设 置 两根 拉杆 ,把 隔板 两边 焊接 在拉 杆上 见 图 ,这样 隔
一
图
隔板与折流板 的焊 接
焊、 牢
拉杆 隔板
,
到 砂
图
隔板 与拉杆 的焊接
隔板
支撑板
拉杆
图
山
隔板与支撑板 的焊接
中伙 俨
板就 有三 面焊 接 ,牢牢 地 固定 在 壳体 中心 ,起 到 了 分 程 的作用 拉 杆 的 固定 由 于最 后 一 块 折 流 板 位 于 进 出 口接管 中心 线 上 ,与 隔 板 焊 接 的 两根 拉 杆 太 长 ,针对 这 一 问题 ,在最 后一 块 隔板 右侧 焊接 一块 支撑 板 见 图 图见 图 。 用 于 固定 这 两 根 拉 杆 ,支 撑 板 详 换热 管 与管板 的 连接 换 热管 与管板 连接 的质 量 是换 热 器质量 的重
化物脱 除 。氧 化 剂 是 过 氧 化 氢 ,它 产 生 的 唯 一 副 产 品
技术 的操作 条 件允 许 氧 化 ℃ 和压力 通 下 。 管采用 这些温 和 的工 尽 毫秒 或更少 的停留时 间内 ,也
反应 发生在相对缓和 的温度 室温 一
时 ,各种 含硫 化 物家族 的 反应性 。 范围 的催化 剂 可用 宽 反应 。为 了最 终 控制超 声辅 助
材料
状态 板材 板材 管材 锻件 锻件
标准号
一
一 一
供货状 态 正火 正火 正火 高级冷拔
洲 卫
附录
一 一
调质 调质
受压元件用材料需进行 一 验 ,试验值如表 所示 。
表 一
管程
内 ,
℃低温 冲击试
℃时材 料冲击试验
一 ℃
设计参数 设计压力 工作压力 设计温度 ℃ 工作温度 ℃ 平均金属温度 ℃ 介质名称 介 质密度 介质毒性程度 介质燃 爆程度 腐蚀余量 焊接 接头系数 水压试 验压力 程数 换热 面积 扩 换热 管与 管板连接方式 容器类别 一 一 一
,具体方法如下 在容器 内通人含氨体积分数
的压 缩 空气 , 试 验压 力 为设 计 压 力 的
倍 ,即 ,试 验 时 压 力 应 缓 慢 上 升 , ,将 检 漏 试 纸 预 先 敷
达到 试验 压力 后 保 压
在待检表面 ,然后降至设计压力 ,观察试纸是否变 无损检测的容器筒节上 色 ,如无变色 ,证明设备无渗漏 。
壳程
材
一 一
料
〕
冲击 功
进口 出口
一
进口 一 出口 易燃 轻度 烃类 认｝ ‘
换热器 程 数分 析
,烃类
从管壳程介质 的流向 ,可以分析得 出 ,管程介 质沿换热管长度方 向流次数 为 次 ,壳 程介质在 壳程内流经路线为 次 ,所以这台换 热器为 四管 程 四壳程换热器 。介质流向见图
收稿 日 期 一 一 。 年毕业于 中国石 油大学 华 东 过程
作 为氧化剂 。 最后 ,系统
以及苛 刻的氧化 剂叔 一 丁基过氧化氢 。生产的超低硫
柴油原含 有唾吩 、 苯并 唾吩和二苯并 唾吩衍生物 。 。 司的 公 翎技 术 基本 的工 艺 过程 丁过程 “ 具有 本身相对简单和灵活的特点 。在
中有 两个 主要步骤 烃类 物流 的含 硫化合 物 的转 化 ,它们 在连续 的过程 中被氧 化 ,以及从 烃类 物 流再 去 除被 氧化 的硫 物种 。 钱伯章摘译 自 一 一
壳程
, 类接头 射线
管程
接头类别 方法
, 类接头 射线
检测率 合格级别
磁粉 , 一 , , 类 接头 磁粉 , , 类 接头 磁粉
一
级
合格 最后贴胀 ,开始贴胀 出于焊接接头距离必须
接头类别 方法
检测率 合格级别
口
之衫 衫
一 」 不
闷尸 甲一 气犷 ,
水 压试 验 要求
换热器的水压试验 ,一般应包括
表
四
无损检测要 求
一
作中承受振动 、 疲劳以及间隙腐蚀等 的影响 。 具体 要求如下 换热管与管板的连接采用氢弧焊打底两 道强度焊加贴胀 。 轻胀定位后氢弧焊打底焊 ,随后 渗透检测 ,合格后以压力为 压缩空 气检漏 合格后施行第二道氢弧焊 ,完成后再进行 表面 渗透检测 , 按
。 射线
焊接接头无损检测 一
为同类产品设计提供 了参考经验 。
编辑 苏德 中
一
一
’
即
脚
,众Leabharlann Baidu
鳍 叮
,
’ , ,
, , , ,
,
一
一
,
一
一
,
一
,
邵 ,
一一
,
一
国 内外 动态 态
采用 超声 波辅 助 氧化脱 硫 生产超 低硫 柴油 。 司开 发 的 公 超声波 ,可藉此加速氧化脱硫 氢脱硫 技 术采 用 高功 率 。 超低硫应用 的加 通过流体传播而形成高 的流体 压缩和 稀疏 区 。当探针振 幅足够高时 ,超声波稀疏区诱导局部压力 ,这一局部压力 下降至低于过程流体 中的蒸气压力 ,在这些区域形成空 洞。 在随后的暴发所产生 的压缩波 中 ,气泡 的大 小不断振 荡并长大 。到关键的气泡尺寸 时 ,超声波压缩导致泡 沫崩 溃和破灭 。在气泡 内爆时 ,泡沫壁的倒塌速度 比其 内涵扩
换 热 管 与 管 板 接 头 的试 压 换 热 器 的寿
巳
口
口
命及事故的发生往往在于连接接头 的失效 ,故通 过连接接 头的试压 以保证 接头 的可靠性 尤为重 要 。当壳程水压试验压力大于管程时 ,按壳程压 力试压 反之 ,当壳程水压试验压力小 于管程时 , 按管程压力试压 。 壳程试压 。 管程试压 。 由于本设备管程水压 试验压 力为 远远高于壳程 的
轻度 易燃
。
作者 简介 李红娜 , 强度焊加贴胀 二类
装备与控制专业 ,主要 从事压 力容器 设计 工作 。联 系 电话
一 一
第
期
李红娜 四壳程低 温换热 器的设计
一
一
一 一」 卞 」 口
尸 从 户 片 … … 份习 月口 卜 尸 卜 尸 … …
州 扣
丰 口 了 下, 门
图
介质 流向
四壳程 结 构设计