四壳程低温换热器的设计.pdf

石油与化工设备
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2010年第13卷
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300271)
[摘要]通过一个设计实例,介绍了四壳程低温換热器在设计参数、材料选用、结构设计、热处理、检测、水压试验等方
面的要求和施工要点。
[关键词]四壳程低温換热器;结构设计
换热器是在不同温度物料之间进行热量传递动,可以提高流速,从而提高传热效率。然而,
的设备,其主要作用是维持或改变介质的工作温度管程容易实现多程流动,壳程却因为结构上的原
和相态,满足工艺操作要求,提高过程能量利用效因,难以实现。因此,一般换热器多采用单壳程
率进行余热回收。换热器广泛应用在工业各相关领或者双壳程结构。2008年我公司承接某项目一台
域,在炼油、化工装置中换热器占总设备量和设备低温换热器,为四壳程、四管程结构设计的低温
投资的40%左右。换热器设备中,管壳式换热器又固定管板换热器。设计的目的,是为了提高介质
是应用最广泛,使用量最大的换热器型式。
流速,进而提高总传热系数及换热效率。该换热
在管壳式换热器中,管、壳程采用多程流器结构如图1所示。
图1换热器简图
1设计参数
4四売程换热器的制造加工工艺
主要设计参数如表1。
换热器壳程侧有两个介质进口、两个介质
2材料选择
出口,即两进两出的设计。由壳程及管程进出口
根据换热器工作过程中的介质特性和工艺温度可以看出,本台换热器是进行冷却用的低温
条件,以及设备在制造过程中的焊接性、工艺
四壳程可提高壳程侧介质流动速度,而且介质采
性,换热器主要材料选择见表2。用于壳体的
用下进上出,使介质在流动过程中流经的面积更
09 MNNIDR(ビ20mm)钢板,按』BT4730.32005大,与換热管内的介质进行更加迅速全面的热交
逐张进行超声检测,Ⅱ级合格。
换,可进一步提高壳程侧介质的利用率。
3换热器程数分析
本台设备为固定管板式换热器,换热管、管
从管、壳程介质的流向,可以分析得出,管板、壳体焊在一起。通常增加换热器壳程程数的
程介质沿换热管长度方向流次数为4次,壳程介质
在壳程内流经路线为4次,换热器为四管程四壳程
作者简介:李红娜(1984-),女,2005年毕业于中国石油大
换热器。介质流向见图2。
学(华东)过程装备与控制专业,主要从事压力容器设计工作
第6期
李红娜四壳程低温换热器的设计
表1四壳程低温换热器设计参数
设计参数
壳程
管程
设计压力/MPa
2.1
3.6
工作压力/MPa
1.702
设计温度/"℃
45/65
45/65
工作温度/"℃
11.6(进口)/-11.5(出口)
15.4(进口)/-7.0(出口)
平均金属温度/"C
11.5
7.5
介质名称
C2,烃类
烃类
介质密度/Kg/mf
425.1
471.5
介质毒性程度
轻度
轻度
介质燃爆程度
易燃
易燃
腐蚀余量/m
焊接接头系数
1.0
1.0
水压试验压力/MPa
2.625
数
4
换热面积/m
换热管与管板连接方式
强度焊加贴胀
容器类别
类
表2换热器主要材料选择表
元件名称
材料
状态
标准号
供货状态
简体
板材
GB3531-1996
正火
封头
O9MNNIDR
板材c85319
正火
换热管
09MND
管材350-1998灵A正火+高级冷技
管板
O9MNNIDII
钱件JB:2-00
调质
设备法
O9MNNIDIIII
锻件
JB4727-2000
调质
注:受压元件用材料需进行-45℃低温冲击试验,试验值如表3。
表3-45し时材料冲击试验表
材料
09MNNIDR
O9MND
09MNNIDIII
冲击功/J
≥27J
≥21J丁
≥47J
图2介质流向图
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方法,是在壳体内加分程隔板,将分程隔板焊接
(1)隔板与折流板角焊缝焊接牢固(图3)
在壳体上。由于焊接分程隔板在制造安装时无法
(2)在尽可能靠近壳体内壁的位置处设置两
实现,因此分程隔板的固定成为最大问题
根拉杆,把隔板两边焊接在拉杆上(图4),这样
由图2可看出,本合换热器由折流板分隔成两隔板就有三面焊接,牢牢地固定在了壳体中心,
个独立的腔,两个腔体各自折流,实现介质的热起到了分程的作用
交换,以其中一个为例进行说明:在进口和出口
(3)拉杆的固定:由于最后一块折流板位于
中心线位置设置一块圆形折流板,起到分流的作进出口接管中心线上,与隔板焊接的这两根拉杆
用,折流板上焊接防冲板,以减少介质的不均匀长度上超过了,针对这一问题,在最后一块隔板
分布和对换热管的冲蚀。在折流板两边设各中心右侧焊接一块支撑板(图5),用于固定这两根拉
线位置各设置一块隔板,其具体固定如下
杆,支撑板详图见图6。
250
图3隔板与折流板的焊接
图4隔板与拉杆的焊接
图5屬板与支撑板的焊接
9.4m
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8
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图6支撑板详图
4.1换热管与管板的连接
T4730.5-2005I级合格;最后贴胀,开始贴胀出于
换热管与管板连接的质量是换热器整体质焊接接头距离必须≥15mm。
量的最重要标志。换热器的失效绝大多数出现在
管接头上,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(图
7),既满足强度及密封性的要求,又避免设备
?
在工作中承受振动、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氬
15??
弧焊打底两道强度焊加贴胀。轻胀定位后氩弧焊
打底焊,随后100%渗透检测,合格后以压力为
0.05MPa的压缩空气检漏;合格后施行第二道氩
弧焊,完成后再进行表面100%渗透检测,按JB/
图7换热管与管板的连接图