大型低温换热器的设计.pdf

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1、第4期一J3．大型低温换热器的设计刘锋(中石化宁波工程有限公司，浙江宁波3151O3)[摘要]一台大型低温换热器的直径及管板厚度已超出标准规范允许的最大值，设计及制造的难度较大。本文对该换热器的超厚管板设计及制造中的技术难点进行了详细阐述。该换热器的制造成功，为大型低温换热器的设计制造提供了可供借鉴的经验。[关键词]大型换热器；低温；09MnNiDR；超厚管板；焊接与贴胀近年来，随着国内炼油加氢裂化装置中原料由于换热器的大型化，在设计中遇到多项超氢资源优化以及甲醇合成装置的大型化，煤气化标准的内容，采取相应的非标设计方案，涉及设技术在国内得到快速发展。从初期的几万标准立计标准规范的选

2、定、材料的选择、结构的确定、方米到lO万标准立方米，再~IJ20万标准立方米，设计计算、制造验收技术条件等多方面内容。装置的压力等级从4．0MPa、6．5MPa到8．0MPa，装本换热器主要执行标准如下：TSGR0004《固置规模越来越大型化。作为装置中的主要设备一定式压力容器安全技术监察规程》，GB150．2011换热器，同样也随着装置规模和压力等级的提《压力容器》，GB151—1999《管壳式换热器》，高，而日趋大型化。换热器的大型化给设计和制JB／T4730．2005《承压设备无损检测》，NB／造带来的首要问题是换热器主要受压元件一壳体T47014一《承压设备焊接工艺评定》，N

3、B／T47015一和管板厚度的增加，特别是管板厚度的增加，已《压力容器焊接规程》，NB／T47009．2010《低温经超出标准规范允许的最大厚度。这给换热器的承压设备用低合金钢锻件》等。设计及制造带来了一定的难度。本文以某装置中表2大型换热器非标设计内容的换热器为例，对厚管板换热器的设计进行详细介绍。GB151范围大型换热器筒体直径mil≤260027501大型换热器的设计参数换热管外径偏差mm±0．2±0．1某装置的大型换热器，壳程筒体内径为换热管壁厚偏差mm+12％，一1O％+1O％2750mm，材料为09MnNiDR，换热管材质为换热管与管板接头检测PTPT+氨检漏$30403

4、，换热面积为3520m，设备净重约120吨。换热器的设计参数见表1。管板锻件要求按常规锻件标准补加凸缘拉伸试验+1／2冲击试验表1换热器设计参数管板强度计算常规计算有限元应力分析壳程管程设计压力MPa1．57．012大型换热器材料选择及技术要求设计温度℃70／一7070／-70换热器管、壳程简体基层材料为GB3531中程数24的低温压力容器用钢板09MnNiDR。因换热器设焊接接头系数1．01．O计温度与钢板允许使用温度下限值相同，为了管子与管板连接形式强度焊+贴胀保证低温钢板初期就具有良好质量，对钢板中换热管根数／排列4850U／30。硫、磷含量提出更为严格的要求(质量分数)：换热

5、管规格mml9×2．0换热管管间距mil25作者简介：刘锋(1978一)，男，甘肃人，大学本科，工程师。在换热管直管长度mm6500中石化宁波工程有限公司工作。4一■论文广场石20油14和年化第工17设卷备．P<0．015％，S<0．008％；钢板使用状态为正火加满足A+C：，2．0，B+D2．0。回火；钢板逐张进行100％超声检测，合格级别(5)锻件抗拉强度值为Rm430～580MPa。II级。为使钢板具有良好的韧性储备，提出相对(6)锻件室温屈服强度下限值270MPa。严格的要求：钢板逐张进行低温冲击试验，试样(7)锻件端面收缩率A>23。取样位置为1／2板厚处，横向取样冲击试验

6、温度(8)锻件一70℃低温冲击功值Kv>60J。为．70~C，三个试样的冲击功平均值k、，>60J，允许其中一个试样的冲击功值小于平均值，但不得小对于管板用锻件的取样部位，也提出更高要于42J。求。NB／T47009规定从距边缘大于或等于20mm处向里取样，考虑到本换热器管板锻件厚度远超换热器管板材料为09MnNiD锻件。锻件使用状态为淬火加回火，锻件级别为Ⅳ级。管板厚出标准规定，为了保证管板的力学性能，要求在度计算采用SW6软件按GB151进行常规计算，再锻件心部1／2处和边缘大于或等于20mm处同时取样。为了降低设备费用，锻件心部1／2处的取样，按应力分析进行核算，确定管板中心处

7、基层厚度为4i5mm，再加上管板两端与简体对接焊接凸可以特别锻制一个直径为550mm，厚度为550mm台，整个管板锻件厚度达~1J536mm，远超出NB／的取样试件，取样试件的化学成分、锻造工艺和T47009—201O标准中09MnNiD锻件公称厚度<300热处理工艺与管板锻件相同，通过检验取样试件mm的规定。经过咨询国内多家相关单位，确定中的试件合格与否，确定管板锻件的力学性能。目前这种锻件国内可以生产。为了保证锻件的质边缘大于或等于20mm处取样应在管