管板減薄的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器，該發(fā)生器為浮頭式換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]煉油廠的催化裂化分餾系統(tǒng)中，循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器是重要的換熱設(shè)備，為浮頭式換熱器。但是它在使用過(guò)程中，往往在很短的時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)管板開(kāi)裂等問(wèn)題。嚴(yán)重的影響了設(shè)備與裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)其管板的設(shè)計(jì)應(yīng)給予重視。
[0003]國(guó)內(nèi)熱交換器標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱GB151，為壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))給出了浮頭式換熱器管板的設(shè)計(jì)公式，但是由于浮頭端管板與殼體不相連，一般認(rèn)為浮頭換熱器中不存在熱應(yīng)力，其管板的設(shè)計(jì)不考慮熱應(yīng)力的作用，然而，浮頭換熱器管板兩側(cè)分別接觸冷熱介質(zhì)，而且對(duì)于多管程，即使同一側(cè)，不同區(qū)域溫度也不同，因此，管板上必然存在熱應(yīng)力?’另一方面由于GB151對(duì)管板的設(shè)計(jì)是基于等效管板理論，雖然考慮了換熱管對(duì)管板的支撐作用，但是對(duì)于其支撐作用的大小考慮不足，所以按照GB151常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的管板厚度較厚，較為保守。采用有限元數(shù)值模擬和應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法，可以比較真實(shí)地考慮換熱管對(duì)管板的支撐作用，因此計(jì)算出的管板厚度較小，也更合理。管板厚度的降低可以有效地減小管板中的熱應(yīng)力，降低管板開(kāi)裂的可能性，同時(shí)也節(jié)約材料，降低制造成本。
[0004]依據(jù)壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的管板厚度較厚，對(duì)循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板進(jìn)行有限元分析，并結(jié)合壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的管板進(jìn)行減薄，減薄率可以達(dá)到15%?30%。減薄后的管板不僅有效地減小了管板中的熱應(yīng)力，降低了管板開(kāi)裂的可能性，提高管板的性能，而且節(jié)約了材料，降低了制造成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)目前循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板開(kāi)裂的技術(shù)問(wèn)題，在按照GB151設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的管板的基礎(chǔ)上提供管板減薄的換熱器。
[0006]本實(shí)用新型的管板減薄的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器為浮頭式換熱器。
[0007]本實(shí)用新型的浮頭換熱器參見(jiàn)圖1，包括筒體(5)和管箱(1)，筒體(5)兩端分別開(kāi)有殼程流體進(jìn)口(15)和殼程流體出口，筒體(5) —端通過(guò)法蘭與固定管板(3)連接，固定管板(3)外側(cè)連接管箱(1)，管箱(1)上分別開(kāi)有管程流體進(jìn)口(2)和管程流體出口
(17)，筒體(5)另一端為浮動(dòng)管板(11)，浮頭管板(11)經(jīng)由鉤圈(10)和浮頭蓋(12)連接，筒體(5)中有換熱管束(8)、折流板￠)，折流板垂直于換熱管束的管軸并由拉桿(7)和定距管(14)沿軸向平行均布固定；固定管板和浮頭管板相對(duì)于按照GB151設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的固定管板和浮頭管板厚度減薄15-30%。
[0008]具體減薄的梁可根據(jù)具體工礦調(diào)節(jié)最優(yōu)厚度。
[0009]在現(xiàn)有技術(shù)中，循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的管板厚度可以由GB151確定，但由于換熱器常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中所依據(jù)的管板計(jì)算力學(xué)模型未足夠考慮換熱管對(duì)管板的支撐作用以及熱應(yīng)力的作用，因此根據(jù)GB151計(jì)算出的管板厚度過(guò)于保守。對(duì)于受溫度場(chǎng)作用的管板，管板內(nèi)的熱應(yīng)力隨著管板厚度的增加而增加；當(dāng)管板厚度達(dá)到某一值時(shí)，由溫度場(chǎng)引起的管板熱應(yīng)力大于由于壓力載荷作用的引起應(yīng)力，因此管板厚度不是越厚越好。
[0010]本實(shí)用新型的效果:根據(jù)有限元分析計(jì)算結(jié)果，結(jié)合壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的管板進(jìn)行減薄。經(jīng)過(guò)管板減薄的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器，可以滿足設(shè)計(jì)需求，降低管板開(kāi)裂的可能性，提高管板性能，同時(shí)也節(jié)約材料，降低制造成本。經(jīng)過(guò)減薄處理后的管板滿足壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JB4732中所規(guī)定的的強(qiáng)度要求。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖1中，1管箱；2管程流體進(jìn)口；3固定管板；4殼程流體出口； 5筒體；6折流板7拉桿8管束；9殼程流體出口； 10鉤圈；11浮動(dòng)管板；12浮頭蓋；13外頭蓋；14定距管；15殼程流體進(jìn)口； 16支座；17管程流體出口。
[0013]圖2固定管板示意圖；
[0014]圖3浮動(dòng)管板不意圖；
[0015]圖4換熱管的排布形式；
[0016]圖5三種載荷分別作用下管板徑向應(yīng)力最大值隨管板厚度的變化；
[0017]圖6三種載荷分別作用下管板環(huán)向應(yīng)力最大值隨管板厚度的變化；
[0018]圖7正常操作工況下固定管板表面應(yīng)力分量最大值隨管板厚度的變化。
【具體實(shí)施方式】
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[0019]下面用實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。但本實(shí)用新型不限于以下實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1:
[0021]本實(shí)用新型浮頭式換熱器參見(jiàn)圖1，包括:安放在鞍座16上的筒體5，筒體5兩端分別開(kāi)有殼程流體進(jìn)口 15和殼程流體出口 4、9，筒體5—端通過(guò)法蘭與固定管板3連接，管板外側(cè)連接管箱1，管箱1上分別開(kāi)有管程流體進(jìn)口 2和管程流體出口 17，筒體5另一端為浮動(dòng)管板11，浮頭管板11由鉤圈10和浮頭蓋12連接，筒體5中有換熱管束8、折流板6，折流板垂直于管軸并由拉桿7和定距管14沿軸向平行均布固定。
[0022]循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管程流體為循環(huán)油漿，進(jìn)口溫度為340°C，出口溫度為270°C，管程側(cè)設(shè)計(jì)溫度為360°C，管程側(cè)設(shè)計(jì)壓力為5.02MPa ;殼程流體為脫氧水，進(jìn)口溫度為180°C，出口溫度為257°C，殼程側(cè)設(shè)計(jì)溫度為277°C，殼程側(cè)設(shè)計(jì)壓力為4.02MPa。在實(shí)際生產(chǎn)中，循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的生產(chǎn)條件變化很小。根據(jù)壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB151，確定出的管板厚度為170_。在170_的基礎(chǔ)上分別增加厚度和減薄厚度，然后進(jìn)行固定管板的盈利分析，見(jiàn)附圖5-7 ;采用有限元分析，并結(jié)合壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，管板厚度可以減薄到130mm，減薄率為23.5%。
[0023]經(jīng)過(guò)管板減薄厚的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器，不僅能滿足生產(chǎn)需求，而且可以有效地減小管板中的熱應(yīng)力，降低了管板開(kāi)裂的可能性，提高管板的性能，節(jié)約材料，降低制造成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.管板減薄的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器，包括筒體(5)和管箱(1)，筒體(5)兩端分別開(kāi)有殼程流體進(jìn)口(15)和殼程流體出口，筒體(5) —端通過(guò)法蘭與固定管板(3)連接，固定管板(3)外側(cè)連接管箱(1)，管箱(1)上分別開(kāi)有管程流體進(jìn)口(2)和管程流體出口(17)，筒體(5)另一端為浮動(dòng)管板(11)，浮頭管板(11)經(jīng)由鉤圈(10)和浮頭蓋(12)連接，筒體(5)中有換熱管束(8)、折流板￠)，折流板垂直于換熱管束的管軸并由拉桿(7)和定距管(14)沿軸向平行均布固定；其特征在于，固定管板和浮頭管板相對(duì)于按照GB151設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的固定管板和浮頭管板厚度減薄15-30%。2.按照權(quán)利要求1的管板減薄的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器，其特征在于，當(dāng)工況條件為:進(jìn)口溫度為340 °C，出口溫度為270 °C，管程側(cè)設(shè)計(jì)溫度為360 °C，管程側(cè)設(shè)計(jì)壓力為5.02MPa ;殼程流體為脫氧水，進(jìn)口溫度為180°C，出口溫度為257 V，殼程側(cè)設(shè)計(jì)溫度為277°C，殼程側(cè)設(shè)計(jì)壓力為4.02MPa，根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB151，確定出的管板厚度為170mm時(shí)，減薄固定管板和浮頭管板厚度到130mm。
【專利摘要】管板減薄的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器，屬于循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器。由于壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中未考慮管板內(nèi)熱應(yīng)力的作用以及換熱管對(duì)管板的支撐作用，因此根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的管板厚度偏于保守，在現(xiàn)有GB151設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上減薄管板。經(jīng)過(guò)有限元的計(jì)算，對(duì)管板厚度進(jìn)行減薄后的管板滿足壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的管板進(jìn)行減薄處理，不僅有效的減小了管板中的熱應(yīng)力，降低了管板開(kāi)裂的可能性，同時(shí)也節(jié)約了材料，降低了制造成本。
【IPC分類】F28F9/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205049040
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520378905
【發(fā)明人】錢才富, 于洪杰, 許蕾, 劉志勝
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué), 山東美菱化工設(shè)備股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日