压差法设计高压换热器分析

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1、压差法设计高压换热器分析（江苏德邦工程有限公司南京211153）摘要：近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，为满足各行各业的需求，已经开发了多种新型换热器。在最求高新技术的前提下，也想尽办法控制设备成木,来达到节能降耗的目的。对于高压换热器在保质保量且安全的前提下，在设计、制造、无损检测方面选取优化的方式来降低成木。关键词：高压换热器；压差法；热处理；无损检测；水压试验引言：换热器的主要作用是使热量从温度较高的流体传到温度较低的流体，进行热量交

2、换，从而达到工艺目的，换热器是化工、动力、炼油、食品，制药及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。高压换热器由于管壳程压力较高，按常规设计，管板和换热管就会相对较厚。GB/T151规定，如果能保证管程压力和壳程压力在任何情况下都能同时作用，则可以按管程和壳程的压力差设计管板和换热管，来减薄承受压差元件的厚度，达到节能降耗的目的。压差设计的换热器的结构形式有多种，但从设备的安全性能，制造的难易成度，无损检测的可操作性等方面进行比较，得出相对优化的结构，供实际生产所用。拿下面的一台高压换热器为例来阐述说明。壳程设计

3、压力管程设计压力壳程设计温度管程设计温度筒体公称直径此高压换热器为54万吨/年合成氨、95万吨尿素项目的一台设备，工艺条件如下：(MPa)：23(MPa)：23(ºC)：190(ºC)：175(mm)：1370换热面积（m²）:2333.5换热管φ12.7X1.24X12191共4880根壳程进出口温度（ºC）:162/44管程进出U温度（ºC）:16.6/141壳程物料名称：工艺出料管程物料名称：工艺进料壳程材质：Q345R管程材质：Q345R、16Mn

4、IV、20设备整体结构如图所示：设备整体结构图1.管板结构及管板和换热管的压差法设计固定管板换热器的优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。管板和换热管作为换热器的主要受压元件，承载着整个设备的安全性，在保证其足够的强度和工作效率的前提下，尽可能的降低设备的制造成本，来节能降耗。管程和壳程的工作压力差为0.6MPa,管板和换热管采用压差法设计，设定压差为2.5MPa,温度为190ºC.管板选用整锻件，不兼做法兰的带对接凸肩，对于确保使用安全，节约材料，降低

5、成本都有重要意义。GB151中考虑了影响不兼做法兰的管板强度的主要因素，如：管孔对管板强度的削弱；管束对管板弹性支撑反力作用；管板周围支撑形式;温差的影响。不兼做法兰的管板厚度应该小于兼做法兰的管板厚度【1】。另GB151中也有相砬规定，当设计压力大于6.4MPa吋，管板选用不兼做法兰的带对接凸肩结构【2】。当管壳式换热器的管壳程压力都较高吋，为减薄受压元件的厚度（主要是管板，换热管）可采用压差设计。以上述换热器为例，如按常规设计，管板厚度需为（90+280+90）mm，两侧长度为带肩长度，换热管壳程压力试验外压

6、计算，按-34.2MPa,换热管计算厚度需1.8mm。但如果按压差2.5MPa来设计，管板厚度只需为(90+100+90)mm，两侧长度为带肩长度，换热管选用壁厚1.24mm就能满足要求，如此管板就节省约6吨，换热管节省约10吨，如此整台设备就节省约22万元。此数据仅对此台设备，对于不同设备节约成本不同。1.热处理金属材料的性能不仅与其化学成分、金相组织有关，而且与热处理的状态紧密相关。热处理是改善金属材料或其制品性能的重要工序，依不同的0的将材料或其制品加热到规定的温度、保温，随后以不同的方法冷却，以获得所要求

7、的性能。热处理包含焊后热处理、恢复力学性能热处理、改善力学性能热处理和消氢热处理四大类【3】。焊后热处理是指为改善焊接接头的性能和组织，消除残余应力等影响，将焊接接头及其相邻的及局部在金属相变点以下均匀加热到足够高的温度，保持一定的时间再冷却，可以松弛焊接残余应力，改变组织形态，减少含氢量，提高钢的冲击性能。焊后热处理根据材料种类、设备壁厚、易操作性，并结合标准要求来选择整体热处理或分段热处理或局部热处理或现场热处理。对于此台设备的热处理选择：换热管和管板焊缝不需要进行热处理，壳程简体和管箱合拢缝可采用局部热处理

8、，壳程筒体较长，如选用整体热处理，费用高II不易操作，其它焊缝应采用整体热处理。依据成形受压元件的恢复性能热处理的条件计算，管箱简体和壳程简体成形后需进行恢复材料性能热处理，为节约成本，iL能达到性能要求，可将此热处理可与焊后热处理合并进行。2.无损检测无损检测是在不损坏被检物的完整结构和使用性能的情况下，利用电磁波、声、光、热、电、磁等与物质的相互作用，探测被检物的内部