在硫銨用換熱器設計中,采用碳鋼管板襯一層不銹鋼薄板結構。管板設計時,碳鋼管板的厚度應滿足設計厚度,管板與換熱管的焊縫滿足拉脫應力強度,碳鋼管復層滿足防腐要求。因換熱管伸出碳鋼管板長度大于GB 151 - 89中的規定長度,換熱管與管板焊縫的有效截面積大于標準中的規定,從而保證了管板與換熱管的拉脫應力強度。
1.引言
南化氮肥廠500t/ a硫銨裝置中,有1臺DN500雙管程管殼式換熱器。
由于管程側硫銨對碳鋼具有很強的腐蝕性,而殼程側的介質對碳鋼腐蝕輕微,因此在管板的選材上既要滿足強度的要求,又要減少材料的消耗。傳統設計中采用復合鋼板或采用堆焊復合鋼板制造管板。但為了制造單臺換熱器,購置較厚的復合鋼板,勢必增加換熱器的成本;采用堆焊復合管板,因管板堆焊工藝復雜,堆焊以后要進行熱處理,且堆焊層必須作表面探傷檢查,制造工藝復雜,成本高。筆者認為,在硫銨用換熱器設計中,采用碳鋼管板襯一層不銹鋼薄板的結構,既可滿足換熱器的生產工藝要求,又可降低成本,對生產制造具有一定的現實意義。
2.管板設計
碳鋼管板的厚度應滿足設計厚度,管板與換熱器的焊縫滿足拉脫應力強度,不銹鋼復層滿足防腐要求。
碳鋼管板的厚度取設計厚度,滿足操作要求;管板上的焊縫坡口尺寸按GB151 - 89中的規定加工。復層底部對應的管孔直徑與管板上的管孔坡口外徑相同,并將復層上管孔坡口加工成一定的角度(約15～20°) ,組焊時換熱管伸出的長度高于復層表面1.5 + 0. 5mm ,焊接材料采用A302。因換熱管伸出碳鋼管板長度(4.5 + 0. 5mm)大于GB 151 - 89中規定的長度(1.5 + 0. 5mm) ,換熱管與管板焊縫的有效截面大于標準中的規定,有效地保證了管板與換熱管的拉脫應力強度。焊接遵循成熟的焊接工藝,能使復層滿足防腐要求。
3.制造技術要求
為保證穿管的順利進行,必須保證管板與復層之間管孔的同心度,所以要求復層與管板整體鉆孔。
管板的加工順序如下:首先對碳鋼管板進行初加工,先加工好密封部分的襯環表面、分程隔板密封部分的矩形槽和復層的表面,然后按圖焊接襯環、矩形截面不銹鋼嵌條和復層不銹鋼板,最后進行整體精加工和鉆孔。
4.效果
因殼程(設計溫度180℃)和管程(設計溫度60℃)的溫差大,管板和復層之間傳熱不良,管板材料和復層材料在操作溫度下(20～200℃)的線膨脹系數不一,前者為( 11.3～13)×10 - 6/℃,后者為17.0×10 - 6/℃,致使管板和換熱管的焊縫承受了較大的溫差應力和熱脹冷縮的附加應力。將運轉1年后的硫銨換熱器拆開,進行著色探傷檢查,未發現管板與換熱管之間的焊縫裂紋和腐蝕痕跡,符合設計要求。這是因為擴大了管板和換熱管之間焊縫的有效截面,且焊接材料采用了A302 ,使焊縫具有良好的耐腐蝕性和優良塑性的結果,實踐證明本設計是成功的。 |
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