镍制升膜加热器的设计及注意事项.pdf

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1、石油和化工设备-28-论文广场2017年第20卷镍制升膜加热器的设计及注意事项李林（贵州东华工程股份有限公司，贵州贵阳550002）[摘要]本文介绍了烧碱生产中烧碱蒸发工序的镍制升膜加热器的设计，对该镍制升膜加热器进行了强度计算，总结了镍制压力容器设计中应注意的问题。该设备投入使用后，运行正常，满足生产要求。[关键词]压力容器；镍制升膜加热器；设计烧碱生产工艺中，设备的工作介质常为具有类及TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察强腐蚀性的NaOH，且浓度及温度均较高，故设备规程》中附件A的规定，应将设备壳程划分为I类的耐腐蚀性能是最重要的

2、考虑因素，也是生产中(R)压力容器，故按照相应的压力容器标准和规范影响设备使用寿命最重要的因素之一。2016年为对本设备选材，并进行设计计算、制造及检验。某化工厂设计了一台NaOH升膜加热器，该设备是1.3选材烧碱蒸发工序的核心设备之一。设备选材应考虑其工况（如设计压力、设计根据工艺专业提出的条件及设备结构要求，温度、介质、操作等）、材料的特性（如耐腐蚀该升膜加热器是一台单管程、单壳程的立式固定性、焊接特性、机械加工特性）、制造工艺和经管板换热器。济性等多方面。具体材料性能和使用范围应按照1设计参数及选材相应材料的压力容器标准。1.1设备设计参数

3、见表1。壳程介质为二次蒸汽，设计压力0.45MPa，设计温度为163℃，故壳程筒体材料选择在此温度下表1设计参数表许用应力较好的Q245R，由于二次蒸汽对碳钢的升膜加热器腐蚀性较小，其腐蚀裕量可选2mm。壳程接管、#设计参数法兰分别选择20钢管和20Ⅱ锻件。设计使用年限10年管程介质为NaOH(44%~74%)，设计压力参数名称壳程管程为-0.1MPa，设计温度为310℃。常用金属材料中工作压力MPa0.4-0.1碳钢和不锈钢(S32168)在本设备设计条件下，腐蚀设计压力MPa0.45-0.1速率均≥1.5mm/a[1]；非金属材料中，碳和石墨

4、能耐工作温度℃143290所有浓度和温度的NaOH，但强度较低。有色金属设计温度℃163310材料中，镍对NaOH的耐蚀性在较高浓度和较高温名称二次蒸汽NaOH(44%～74%)度时较好，且其机械性能、冷加工性能及焊接性毒性//能均满足设计条件的要求，在NaOH介质的化工设介质性质燃爆性//备中使用相当广泛，但其价格较高。换热面积㎡160综合考虑各种材料的性能、价格和使用寿1.2设计思路命，经过经济性比较，管程材料均采用纯镍(N6)[2]进行制作，其在NaOH溶液中腐蚀曲线如图1所本设备壳程介质为0.4MPa二次蒸汽，容积约3示。为2.4m，管程

5、介质为NaOH(44%~74%)，容积约为31.5m，根据HG/T20660-2016《压力容器中化学介作者简介：李林（1984—），男，上海人，2006年毕业于北京印质毒性危害和爆炸危险程度分类标准》中介质分刷学院，大学本科，工程师。2007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粉体工艺设计工作。第9期李林镍制升膜加热器的设计及注意事项-29-图1纯镍在NaOH溶液中的等腐蚀曲线(mm/a)由图1可知，在上述设计条件下，纯镍(N6)腐蚀速率约为0.03~0.18mm/a，故腐蚀裕量可选2mm。其许用应力应按照JB/T4756-200

6、6《镍及镍合金制压力容器》中表5-6选取。2设计计算及检验2.1强度计算本设备外形尺寸如图2所示。根据设计条件要求，将GB/T151-2014《热交换器》作为强度计算依据，采用国家质量技术监督检验总局认证的SW6计算软件中固定管板换热器分别对壳程和管程进行计算，进而确定其各自的筒体和封头的名义厚度。选取管板连接结构型式及法兰型式后通过计算，确定管板厚度，法兰、垫片的尺寸。同时，图2升膜加热器外形尺寸图由于换热管存在承受内压和外压两种情况，故需对这两种情况进行校核。镍制换热管应按照GB/T换热管与管板之间的连接采用强度焊加贴账。由2882-2005

7、《镍及镍合金管》中高精级选用。于管程介质温度较高，腐蚀性强，故选用NB/T由于设备在较大温差载荷及压力载荷作用下47023-2012《长颈对焊法兰》，管法兰选用带颈在壳体、换热管中引起的轴向应力及换热管与管对焊法兰(WN)型式。管板与壳程圆筒的焊接采用板之间连接拉脱力超过了许用值，故应设置膨胀GB/T151-2014《热交换器》附录G中G4型式。为节并对膨胀节进行校核。了防止二次蒸汽对换热管的冲蚀，在壳程入口处[3]设置了防冲挡板。设备选用耳式支座进行支撑，故应当对支撑处的局部应力进行校核。2.3制造与检验要求2.2结构设计根据JB/T4756-

8、2006《镍及镍合金制压力容器》中6.6规定，对A、B类焊缝进行射线检测，为保证管板和换热管连接处的密封性和抗检测长度不得少于焊缝长度的