《填函式双管板换热器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《填函式双管板换热器的设计（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 7 全国石油化工设备暨设备网年会会刊填函式双管板换热器的设计黄国明张丽田晓钧化学工业第z - i 殳计院随着科技的进步及新应用领域的拓展，聚氨酯工业的发展给人们带来了便利和舒适的生活，在我国经济持续稳定发展的前提下，我国聚氨酯工业驶入r 高速发展的快车道。甲苯二异氰酸酯( T D I ) ，作为重要的聚氨酯原材料，它的应用与发展越来越多地被世界化工业所重视。T D I 以甲苯为原料，需经硝酸硝化、光气酯化，工艺条件苛刻以及工艺流程复杂。其中填函式双管板换热器是“T D I 生产”工段中换热器的主要结构型式。1填函式双管板换热器的设计1 1结构1 1 1“双管板”结构的选择该工段管程
2、的介质是含干H C I 气体( “T D I 生 产”工段中的主反应和负反应都会生成干H C I 气体) ；壳程的介质主要是水或水蒸汽。如果管程和壳程的介质相混后，将会产生湿H C I ( 即盐酸) ，这样会影响产品的质量和对材料产生严重的腐蚀，所以采用双管板的型式( 图1 ) 。1 1 2 “填函式”结构的选择填函式换热器适用于壳程压力不高，较严重腐蚀的介质，温差较大而经常要更换管束的换热器，从结构上说它比浮头式换热器或固定管板换热器优越平盖管箱固定端外管板固定端内管板壳程简体管板裙I活套法兰对开环管箱平盖圈1得多。它具有浮头式换热器的优点，又克服了固定管板换热器的缺点，结构较浮头简单，制造
3、方便，便于检修清洗。填函式换热器不适用于壳程内为易挥发，易燃，易爆，有毒及贵重的介质，操作压力( 不超过2 0M P a ) 和操作温度不宜过高。该工段中换热器壳程的压力都比较低，温度不高，介质主要是水和水蒸汽，符合填函式换热器的要求。同时考虑到管壳程的温差应力和管束的清洗，密封型式采用填函式。参考G B l 5 1 - - 1 9 9 9 中的结构尺寸，制造经验以及现场的使用情况，对G B l 5 1 - - 1 9 9 9 中填函式换热器的结构以及尺寸做了部分修改，经过实践证明既能保证2 0技术交流 p ：* 简图密封效果而且制造安装比较方便。结构如图2 ，表1 、2 。图2 简图节点I填
4、料函结构尺寸咖6 = D i 一3 ；十5 = 机+ l6 十。= 屯+ 2 填料截l 自J RJ _ ；d 、= 女。+ I6 ，f = 3 I E l l l ( D N 一 4 0 0 )aM ：小小于壳程棚对应法兰螺栓截而积，上靠取4 的倍数。如尢法满足，町适当增大0 和4 ： & 22 0 0 7 ( 化工设备与管道蹭刊一h + 7 0“+ 7 ( “+ d 一“$ ，3 5十l - 4 0哑墨雹曩廊113 换热竹与符板的连接换热管与管板的连接，杠 5 【| 过程中址一个比较重要的自j 构邵分E 小汉加I 一作量人而H 必 须使每个连接处在世舒的运行中保证介质尤泄漏驶承受介质的压力该
5、上段条件比较苛刻，换热器管程中的介质危害程度比较高，一口淞漏将会造成严重的后果，为r 保证密封的严密性，管壳程外符板与换热管的连接曲式为：强度焊+ 强崖胀；考虑到结构的瓜圆和焊接的困难，管壳程内管板与换热管 连接方式为：强度胀( 罔3 、图4 ) ， 目4 目i 根姑实际经验臀板的最小厚度( 1 ) 吲定外管板( S )最小厚度4 4m m ；采用复台板时，最小厚度( 5 0 + 8 ) m m( 2 ) 浮动外管板( s 。)对开虾1 2X1 2u 寸，最小厚度：4 4 丌- w ，对“ 环1 6 1 6 时，最小厚度：4 6m t n ，采州复台板时，最小厚度( 5 0 + 8 ) 盯r
6、( 3 ) 川定内竹板( s 。)技术交流= 蕊 一。一一2 0 0 7 全国石油化工设备暨设备网年会会刊最小厚度由拉杆大小和插入深度来取值；X 。的取值保证胀接开槽位置位于管板中部( 4 ) 固定外管板( 5 ，)最小厚度：2 8m m ：X ：的取值保证胀接开槽位置位于管板中部在实际的制造过程中，胀管是最大的难点。目前国内制造厂一般采用机械胀，仅有个别厂有液压胀管机。机械胀：可靠性差，换热管容易过胀，换热管内壁易产生加工硬化；另外，换热管与管板的连接处在整个长度上的应力是不均匀的；胀管的胀紧力是靠胀管的心轴传递的，受换热管内径的限制，其传递扭矩有限，一般两块管板的距离不超过2 8 0 m
7、m 。机械胀的成本较低，为液压胀的1 5 。液压胀：可靠性好，换热管不易产生过胀，胀接的部位不产生串动，因胀接的整个过程其位置固定不变。换热管与管板连接处在整个长度上的应力分布是均匀的；另外，它的最大优点是胀管不受两块管板之间距离的限制，最长可达3 m 以上，因它的输压管在工作时不承受扭矩。为了保证胀接质量，我们要求制造厂在胀管前应做胀接评定试验。具体步骤如下：首先制作模拟换热器，试板规格管孔在试板上排列型式及试板剖切位置可查考G B l 5 1 - - 1 9 9 9 中附录C 执行。以机械胀为例，按照过去经验设置胀管机控制仪的电流值，再进行胀管，其次数应在两次以上，胀接完毕后：按图纸要求打
8、压，检查是否有泄漏现象；胀接管子做拉脱试验；剖切管子后用5 倍放大镜观察，管壁是否将管孔表面槽子胀满，其空隙率应不大于1 0 ；实测胀前及胀后管子的内径及壁厚，用两种方法计算胀管率，其公式如下：( 1 ) 以管子内径增大率表示： ：生掣1 0 0 。 d l( 2 ) 以管子壁厚减薄率表示：蚝= ( - 一争) 1 0 0 式中符号含义：d 。胀前管子内径，m m ；2 2 技术交流抽一：f 寿畋胀后管子内径，m m ； 卜胀前管子与管板管孔的间隙，m m ；t 胀前管子壁厚，m m ；t ，胀后管子壁厚，m m 。当外径厚度 1 0 时，K D 为0 7 1 6 ；而外径厚度 1 0 时，K
9、 。为2 2 3 2 。K s 为8 。以上四条规定均为合格时，此时的电流控制值将作为胀管工艺的依据。1 2 选材该工段中换热器管程的介质含干H C I 气体。介质的流速比较高，磨蚀比较严重，同时考虑到操作过程中如果壳程的介质( 主要是水和水蒸汽) 泄漏到管程，少量干H C I 气体容易遇水形成湿H C l ( 即盐酸) ，会对材料有腐蚀。实验证明H a s t e l l o y ，I n c o l -l o y ，I n c o n e l ，蒙乃尔这四种特殊合金材料的耐磨蚀和腐蚀能力高于不锈钢和碳钢，综合考虑工况的苛刻程度和设备寿命以及造价，分别对换热器各部分进行合理的选材。1 3 计
10、算1 3 1壳程管板和管程管板间隙的计算由于换热器管程和壳程介质的温度不同，每块管板的壁温不同而产生不同的热膨胀。在这种情况下，管板对换热管所产生的横向剪切力和弯曲力，将影响换热管与管板连接处的强度及密封性能，以致引起泄漏现象。如果这种温度变化是周期性或经常性的，由于金属疲劳而会使换热管损坏。同时在实际制造时，钻孔将会产生的错位和温度的影响。为了解决以上问题，可以在两块管板之间放上适当间隙，让换热管产生挠曲，从而避免与换热管的连接处产生很大的应力而泄漏。壳程和管程管板之间的间隙g 计算方法如下： L = ( 啪，E ) o 2 7 坼 2 ( 根据结构实际取值)，= ( O 咒2 ) d 2
11、A 疋一a 1 r 1 式中符号含义及参数：E ，管子平均金属温度下的弹性模量，M P a ；H 管子最大金属温度下屈服强度，M P a ；n ：管板2 在平均金属温度下热膨胀系数，m m m m ：疋管板2 平均金属温度与常温差，；2 0 0 7 化工设备与管道增刊一“管板l 在平均金属温度下热膨胀系数，n 1 ：A T 管板1 甲均金属温度与常温差，矗，两柑邻管板之间的径向嘭胀差，( m m ) ，也阿管板之问的管于外径，m m ，O 布管极限外直往，m m ；L 两管顿之划的蚓距，胁” 其巾管板I 去不温度低侧；管板2 表不温度高删。l32 同定端内外管板强度计算计算中士要参数确定如F
12、其设计K 力和设计温度，兼作法兰的相天数据，管孔直径和个数布管外围管孔中心连线周长以及所包同的面积，以及换热管和管板的连接 式。管板的计算原理是以T E M A 标准许板计算中的弯曲强度，剪切强度和延K部分兼作法为依批“暂帕2 33 浮动端内外管板强度算计算巾主要参数确定如下其设压力和设计温度，管 L 直径和个数，柑管外丽管孔中心连线崩长以厦所包围的面l ! ，以及换热管和管板的连接方式。管板的计算昧理址以T E M A 标准管板计算t f 的弯曲强度剪切强度j 自依摒汁苒的。( 与固定端内外管板强度计算不同的是计算中没自考虑管板兼作法2 时的影响)2 34 其余零部件汁算使川S W 6 或其
13、它软件棱算其余零部件。 3 总结经过用户使用后证明，填甬式双管板换热器的结树合理完全满足工艺设计要求和生产能力。上接第6 页)表4 精制单元改造前后废水排放情a 表表5 改造前后的主要原材料消# 一览表从上表可以看出，政造前后排放废水中，F T A 和l 叩酸的含量镀著减少，33 共沸剂系统改造墒过对共沸剂系统进行改造，使共沸剂的竹耗由改造前的12 k tP T A 降至IO k tP T 。综合以r ，老P T A 装置在技术改造前后的原材料消耗情况见下丧5 所币，34 公用T 程消耗及综合能耗通过本拉改，使老P T A 装置m 抖外多输出低压蒸汽6 ，5 0 0 k h 总体l 。将使单化产r 请综合能耗比现有运行值减少】06 8k g 标i i t tP n# 弗嗣埘4 结束语通过本技术改造可阱显著地降低老P P A 装置的主要原材料消耗指标，不但与自身相比有很大提高，而且和近年来其他新建F F A 装首相比，技术指标基巾相当，改造卓有成效，本技改在原牛产线上进行，改造工程利H 装鼍停车大检修期问实施，“减少停产损失。通过技发，大部分原材料得到进步叫收利用，减少了“三虚”排放量，小仪带束始济效益，更有利r 环境保扩一。据测苒，技术改造后莹F T A 装置的原材料及燃料动力消耗明显下降，生产成本比改造前减少3 9元吨经济敏益显著。技术交流-一m ；“ 州：“
