主换热器塔的设计.pdf

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1、石油和化工设备-8-论文广场2016年第19卷主换热器塔的设计张妍（贵州东华工程股份有限公司，贵州贵阳550002）[摘要]本文根据工艺条件，主要介绍了用于甲醇制汽油装置中主换热器塔的强度计算，从理论上阐述其结构设计的过程与方法。该设备投入生产以来运行正常，满足生产需求。[关键词]换热器；塔器；设计主换热器塔是一台固定管板式热交换设备，根据工艺条件及设备结构要求，主换热器塔主要利用甲醇加热、换热等四种工段来生产汽是一台立式固定管板式热交换塔器设备，主换热油。2014年我公司为某化工厂设计了一套甲醇制器塔的结构特点为四个热交换器串联在一起。汽油生产装置，该设备是甲醇制汽

2、油生产装置中1设计参数与选材的核心设备之一。1.1设计参数（见表1）表1设计参数作者简介：张妍（1981—），女，贵州贵阳人，工程师，2010年毕业于郑州大学，硕士研究生。2010年至今在贵州东华工程股份有限公司从事化工设备设计和管道应力分析工作。第7期张妍主换热器塔的设计-9-1.2设计思路核换热管的强度。管程分别对管箱筒体和封头的由于管程介质是混合烃类，按HG20660-壁厚进行强度校核。确定其名义厚度，最终所取2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险壳程和管程的各自的名义厚度如图1所示。针对主程度分类》，属于高度危害介质，设计压力为换热器塔要分别进行四次换

3、热器的计算，来确定3.45MPa，全容积为15m3，根据TSGR004-2009不同工段的管壳程的壁厚。《固定式压力容器安全技术监察规程》（第2版）通过计算，进而确定管板的厚度，法兰、垫[1]附录A规定，设备管程划分为三类压力容器。重片、管板连接结构形式（图2）以及换热管与管板点对设计、选材、制造及检验等方面进行了研究的焊接形式（图3）。和设计。1.3选材材料选择应考虑设备的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺及经济合理性等几个方面综合进行考虑，具体选用根据设备数据表或工艺条件按GB150.1~150.4-2011《压

4、力容器》[2]、HG/T20581-2011《钢制化工容器材料选用规[3]定》进行选取。管程的介质为混合烃类，材料可以选在此温度下的S30408，对于不锈钢S30408的腐蚀余量，通常情况下取0mm。所以管箱筒体及封头选择S30408，接管和接管法兰分别为S30408、S30408Ⅱ，由于管板是该设备的主要核心部件，管板选择S30408Ⅲ。由于壳程的介质为脱盐水和甲醇，脱盐水和甲醇具有严重腐蚀性，又是易爆介质，所以材料选在此温度下的S30408，对于不锈钢S30408的腐蚀余量，通常情况下取0mm。壳程接管和接管法兰分别为S30408、S30408Ⅱ。由主换热器塔的外

5、形尺寸可知：H/D＞5，且H＞10m，支承方式为裙座自支承式，为了节约成本，和塔体连接的部分有一段过渡段，材质为S30408，裙座下部采用了许用应力较高的材质Q345R。2强度计算与结构设计2.1强度计算该设备的外形尺寸如图1所示。根据设计参数选取，以GB151-1999《管壳式[4]换热器》为强度计算依据，采用国家质量技术监督检验检疫总局认证的软件SW6中固定管板换热器进行强度计算，分别对管程和壳程进行计算，进而确定壳和管程各自的筒体和封头的名义厚度。还要对换热管内外压两种情况进行计算，校图1石油和化工设备-10-论文广场2016年第19卷[6]焊法兰》设计，因为标

6、准的设备法兰厚度不满足设计要求，由于介质为易爆、高度危害性，管法兰选用长颈对焊形式，密封面为凹凸面。接管采用补强管进行补强。管板与壳程圆筒的焊接采用[4]GB151-1999《管壳式换热器》附录G中G3，c形式。为了保证管板与换热管连接处的密封性和抗拉脱强度，减少壳程介质对管孔处的缝隙腐蚀，换热管与管板之间的连接采用强度焊加贴胀，如图3。折流板、拉杆等一些标准部件根据GB151-[4]1999《管壳式换热器》进行选取设计。3制造、检验与验收要求本设备属于三类压力容器，根据标准和规范对设备制造、检验提出了相应要求。管程、壳程上的A、B类焊缝要进行100%X射线探伤检查，

7、并符合JB/T4730.2-2005《承压设备[7][9]无损检测》第2部分：射线检测规定中的II级要求。制造管程的钢板逐张进行超声波探伤，应不[7]低于JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》第3图2部分：超声检测规定中II级要求。根据《固定式压[1]力容器安全技术监察规程》（第2版）规定，本设备所有钢板、锻件必须复验。管程水压试验压力高于壳程水压试验压力，为了检查管子与管板连接的严密性，在管板强度和壳程强度允许的情况下，提高壳程试验压力等于管程试验压力，核算了各受压元件在此试验压力下产生的应力小于0.9σs。由于管程和壳程介质为高度危害