三级结晶冷却器的结构设计.pdf

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石油和化工设备
2013年第16卷
三级结晶冷却器的结构设计
张妍
(贵州东华工程股份有限公司,贵州贵阳550002)
[摘要]本文依据エ艺条件,主要介绍了萃余酸生产惹置中浓编、结晶、离心分离工序中三级结晶冷却器的强度计算,该
设备投入生产以来,运行正常,满足了生产需求
[关键词]三級结晶;冷却器;结构设计;强度计算;校核
三级结晶冷却器是一台U型管换热器,主要用选取
于对二次蒸汽的进一步冷却结晶。2012年我公司
由于管程的介质为循环冷却水,所以材料选
为某化工厂设计了一套装置,其中萃余酸生产装在此温度下许用应力明显高于碳素钢Q235B的压
置中有一台三级结晶冷却器。该设备是萃余酸生力容器用低合金钢Q245R,考虑介质对钢材有一
产装置中浓缩、结晶、离心分离工序的主要核心定腐蚀,腐蚀余量取3mm。管箱筒体及封头选
设备之
择Q245R,接管和接管法兰分别为20“钢及20Ⅱ锻
根据工艺条件及设备结构要求,三级结晶件,由于管板为设备的主要核心部件,管板选择
冷却器是一台双管程、单壳程的卧式U型管换热16Mmn锻件。
设备,三级结晶冷却器的结构特点是只有一块管
由于壳程的介质为二次蒸汽,材料可以选择
板,管束由多根U型管组成,管的两端固定在同
在此温度下许用应力明显高于碳素钢Q235B的压
个管板上。
力容器用低合金钢Q245R,考虑到介质对钢材有
1设计参数与选材
定腐蚀,腐蚀余量取3mm。因此壳程筒体及
1.1设计参数见表1。
封头选择Q245R,接管和接管法兰分别为20“钢及
20Ⅱ锻件。支座材料选择一般为Q235B,根据支
表1三级结晶冷却器设计参数
座标准JB/T4712.1-207《容器支座第1部分鞍式
支座》的要求,鞍座的垫板材料应为Q245R。
设计参数
壳程
程
工作压力MPa
0.09067
0.3
2强度计算与结构设计
设计压力MPa
0.1
2.1强度计算
工作温度进出口℃
46~35
17~26
该三级结晶冷却器的外形尺寸如图1。根据设
设计温度℃
46
计参数的选取,以GB151-1999《管壳式换热器》
工作介质
二次蒸汽「循环冷却水
为强度计算依据,采用国家质量技术监督检验检
腐蚀裕量m
疫总局认证的软件SW6中U型管换热器分别对管
焊接接头系数
0.85
0.85
程和壳程进行计算,进而确定売程和管程各自的
换热面积n2
56,1
筒体和封头的名义厚度。还应对换热管内外压两
1.2选材
种情况进行计算,校核换热管的强度。分别对管
材料选择应考虑设备的使用条件(设计温箱筒体和封头璧厚进行强度校核,确定其名义厚
度、设计压力、介质特性和操作特点等)、材料度,最终取得売程和管程的各自名义厚度如图1。
的焊接性能、容器的制造工艺及经济合理性等几
通过计算,进而确定管板的厚度,法兰、垫
个方面综合进行考虑,具体选用根据设备数据表
或工艺条件按GB150.1~4-2011《压力容器》、HG/作者简介:张妍(1981-),女,2010年毕业于郑州大学,硕土
研究生,助理工程师。2010年至今在贵州东华工程股份有限公司从事
T20581-2011《钢制化工容器材料选用規定》进行化工设备设计和管道应力分析工作。
第4期
张妍三級结晶冷却器的结构设计
700
图1三级结晶冷却影外形尺寸
片、管板连接结构型式见图2。换热管与管板的焊接形式见图3。
法兰、垫片、管板连接结构
换熱管与板焊接
不按比例
不接比例
?
g
?2
图
2.2结构设计
滑板详图
设备管箱法兰选用JB/T4703
不按比例
2000《长颈对焊法兰》,管法兰选
用带颈焊焊型式。管板与壳程圆筒
的焊接采用GB151-1999附录G中G4
型式。为了保证管板与换热管连接
处的密封性和抗拉脱强度,减少壳
15
程介质对管孔处的缝隙腐蚀,换
热管与管板之间的连接采用强度焊
25
25
加贴胀,如图3。为了防止流体短
路,设置了一对旁路挡板和中间挡
板。为了方便安装,在底部设置了
滑板,如图4。折流板、拉杆等标准
部件根据GB151-1999《管壳式换热
器》进行选取设计。
(下转33页
第4期
刘光春大型储鑵壁板热处理施工新工艺
-33-
开孔接管壁板方可出炉;所有加固件出炉后应去中焊接、切割、打磨、无损检测的工作量,减小
除,边缘部位卡具自然取下,开孔部位连接板采了对母材的伤害。施工中采用二氧化碳气体保护
用碳弧气创或气割在离母材3mm以上切去,余下焊焊接方法,减小了焊接热输入量,降低了壁板
的3mm采用打磨去除,不允许伤至母材。加固件变形。在壁板入炉热处理时对壁板进行二次防变
可重复使用。由于开孔部位采用的是连接板焊接形固定,进一步控制了壁板的变形。该施工方法
形式,不可避免地会给母材造成一定伤害,为了简单易行,工装卡具可重复使用,施工工艺可行
不致遗留缺陷,热处理结柬防变形工装处理完成性强。
后要对所有进行过焊接、打磨处理的母材表面进
行一次全面的无损检测,执行JB/T473020051级◆参考文献
合格。
1]GB50128-2005,立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规
范[S]
6结束语
[]王松,姚建华,王小鹏.大型储罐第一圈壁板接管的焊接
大型储罐开孔接管壁板热处理施工中,预防及热处理?科技成果管理与研究,2010,(3)
壁板变形是施工的关键。非焊接刚性固定方式不
但防止了壁板的变形,还降低了以往防变形措施收稿期:203-0140、回月期:20130225??
(上接25页)
3制造检验与验收要求
4结语
该三级结晶冷凝器根据安全技术规范和标
该三级结晶冷凝器是浓缩、结晶、离心分离
准对设备制造、检验与验收提出了相应要求。据工序中的重要设备之一,设计的合理性使设备具
GB150.4-2011《压力容器》中第10.6.2规定,要求有承压能力强、功能完善、结构简单、便于运输
A、B类焊接接头进行射线检测,检测长度不得少和安装等优点,满足了生产需求
于各条焊接接头长度的20%。技术等级为AB,并
符合JB/T4730.1~6-2005《承压设备无损检测》中
Ⅲ级要求。C、D、E类焊接接头进行100%MT检◆参考文献
测,并符合JB/T4730.1-6-2005《承压设备无损检IcB51900充式換热器?
2 GB
测》中级要求。换热管与管板的焊接接头应进行JBm4700470100カ容器法兰s
100%MT检查,符合JB/T4730-2005中级合格
4]聂清德主编化工设备设计[M].北京:化学工业出版社,
管程水压试验压力高于売程水压试验压力,
S]HG/T20580-205852011,钢制化工容器材料选用规定[S]
为了检查管子与管板连接的严密性,在管板强度[