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外壓循環管不銹鋼換熱器更換與修復

點擊:1878 日期:[ 2014-04-26 21:35:45 ]
                         外壓循環管不銹鋼換熱器更換與修復                                     錢鼎興                     (福建紡織化纖集團有限公司,福建永安366000)     摘要:簡要介紹不銹鋼換熱器殼程筒體的更換修復過程和承受外壓的管圓筒的修復措施。     關鍵詞:不銹鋼換熱器;修復;外壓管     中圖分類號:TF066.2+2文獻標識碼:B     文章編號:1671-0711(2008)04-0042-03     在化工、輕工等企業,不銹鋼換熱器是常見的設備。有些不銹鋼換熱器經多年使用后,其碳鋼殼體部分已銹蝕、減薄、穿孔不能使用,但其不銹鋼管板、換熱管仍然完好或比較完好。因為不銹鋼換熱器的價格較高,因此,對于不銹鋼換熱器可根據其不銹鋼部件的完好程度,是否還有利用價值,確定是否進行更換碳鋼部件予以修復。下面以實例談談對不銹鋼換熱器的修復過程。     一、換熱器殼程筒體的更換修復     公司有一臺報廢的殘渣蒸發器,其碳鋼殼體腐蝕穿孔不能使用,已閑置,但其管板和換熱管是0Cr18Ni12Mo2Ti不銹鋼比較完好。由于擴大生產的需要,決定將其換熱室進行修復,更換碳鋼殼體。原設備換熱室簡圖見圖1。                   1.換熱器的技術參數     該蒸發器為立式設備,殼體直徑為1 000mm,換熱管長度2 000mm,筒體中部有一波形膨脹節,蒸發器軸向中心部有一根φ408mm×4mm,L=2 000mm的不銹鋼中央循環管;換熱管與管板的連接為不開槽脹接,中央循環管與管板的連接為焊接。蒸發器的設計參數及技術特性見表1。                   2.確定殼程筒體壁厚     換熱器殼程筒體的壁厚用式(1)進行計算。     (1)     式中:p———設計壓力;     D———筒體內徑;     [σ]t———設計溫度下筒體材料的許用應力;     φ———焊接接頭系數;     C———壁厚附加量。     3.選擇殼程筒體焊接方式     本設備為一類壓力容器,按GB150-1998《鋼制壓力容器》的規定,焊接接頭系數必須采取與焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。焊接接頭系數見表2。                 由于新殼程筒體無法采用雙面焊,且無法采用射線探傷,因此采用焊接時先用氬弧焊打底的相當于雙面焊的全焊透焊接方式,并采用超聲波探傷和磁粉探傷的方法檢測焊接接頭。     4.選擇換熱管與管板的連接方式     換熱管與管板的連接原為不開槽脹接,換熱管與管板的許用拉脫力見表3。                 表中的[q]為換熱管與管板的許用拉脫力,[σ]t為在設計溫度時,換熱管材料的許用應力。由于無法配裝波形膨脹節,且換熱器的工作溫度比原先提高,為加強換熱管與管板的結合力,換熱管與管板的連接由原來的脹接改為焊接。     5.換熱器的修復方案     (1)先去除舊筒體和膨脹節。     (2)管板法蘭背面用砂輪將筒體的殘留部分磨平。     (3)新筒體壁厚8mm,采用兩個縱向半圓筒體坡口對接焊,不允許存在十字焊接接頭,焊接時先用氬弧焊打底,采取超聲波探傷,探傷長度為100%。     (4)筒體與管板的焊接,采用筒體單邊坡口60°的角焊接,采取磁粉探傷。     (5)換熱管與管板的連接由原來的脹接改為焊接。     (6)設備修復后,殼程以0.83MPa表壓進行水壓試驗。     筒體、換熱管與管板焊接簡圖見圖2。                  蒸發器筒體更換完畢,當水壓試驗進行到0.60MPa時,該設備的不銹鋼中央循環管發生輕微變形。經對該設備的分析:其中央循環管直徑較大,在生產使用過程中和水壓試驗中,中央循環管以承受外壓為主,經過多年的使用,該管有一定的腐蝕減薄,該設備的初始工況和現在的設備運行工況有所不同,所以應對中央循環管的耐壓情況進行校核。     二、外壓管圓筒的修復     1.外壓管圓筒的校核計算     外壓管圓筒的許用壓力用式(2)進行計算:     (2)     式中:B———系數;     D0———圓筒外直徑;     δe———圓筒有效壁厚。     系數B用L/D0和D0/δe的值(L為外壓圓筒計算長度),按有關計算圖圖表查取。     經校核現有外壓管圓筒不能滿足水壓試驗壓力,并且還校核出原設備的外壓管圓筒不能滿足初始工況的設計壓力。用式(2)計算出需用6mm壁厚的管圓筒才能滿足現設計壓力工況。     由于受加工能力的限制,無法拆卸這根舊的中央循環管,只能考慮用另外的方法加強舊的外壓圓筒。     2.外壓圓筒加強圈的設計     由于管圓筒外壁無法設置加強圈,決定采用循環管內部設置加強圈的方法來加強管圓筒。     加強圈所需的慣性矩按以下步驟確定。     (1)根據外壓圓筒的計算,D0、δe和Ls(外壓圓筒計算長度,既兩加強圈之間的長度)為已知,選定加強圈的截面尺寸,并計算它的橫截面積As和加強圈與圓筒有效段組合截面的慣性矩Ms。     (2)用式(3)計算B值:     (3)     (3)用B值并按有關計算圖圖表查取A值(A為系數)。     (4)用式(4)計算加強圈與圓筒組合段所需的慣性矩M。     (4)     (5)Ms應大于或等于M,否則須另選擇有較大慣性矩的加強圈,再按上述步驟,直到Ms大于M為止。     為不影響循環管的流通面積,經設計、計算,采用內加強圈加強,加強圈寬度35mm,厚度5mm,間距280mm,材質0Cr18Ni12Mo2Ti。蒸發器循環管的加強修復簡圖見圖3。                  3.水壓試驗     由于內外壓差大,為使設備修復工作進行順利,經計算后,水壓試驗采取管程保壓的措施。水壓試驗采取分步進行,殼程先以0.55MPa進行水壓試驗,然后殼程再以0.83MPa進行水壓試驗,在試壓時,管程必須同時保持0.28MPa壓力,并使壓差不超過0.55MPa(以上均為表壓)。     第二次補充修復方案實施后,此設備順利修復完畢,并投入了生產使用。與重做一臺設備相比,可節約費用數萬元。此臺換熱器的成功修復為更換換熱器殼程筒體,外壓筒體的加強及為以后此類換熱器的設計、修復提供了經驗。
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