不锈钢换热器设计与最佳壳体结构选择
晨怡热管
一重集团公司质量部高级工程师， 黑龙江 富拉尔基 １６１０４２
1.陆博福 2.李学臣 3.杨 丽
2007-12-29 0:53:00
摘要： 在换热器设计中， 壳体上的变径锥体结构选择关系到设备安全， 经济合理性。在换热设备煮沸器设计中应用新标准选择壳体上的变径锥体结构型式 。
关键词： 换热器设计； 壳体结构选择； 无折边锥形封头； 煮沸器
中图分类号： ＴＱ０５０．２ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １６７３－ ３３５５ （２００６） ０１－ ０００４－ ０３
在换热器设备设计中， 为了满足化工工艺要求， 在介质进出口处应设置变径扩容空间， 通常是采用变径折边锥形封头来实现这种扩容空间结构的。采用何种结构形式的变径锥体对设备壳体厚度和重量影响极大， 同时直接关系到设备工程造价高低。
煮沸器下段换热器是不锈钢 ＩＩ 类压力容器，是化肥生产的主要设备， 直径为 １ ５００ ｍｍ／ｌ３００ｍｍ，下段换热器长度为４１９０ ｍｍ。首台设备在１９８３ 年二期化肥工程建成投产运行 ６年后， 于１９８９ 年退役更换。第二台设备运行 １３ 年后，２００２ 年 １０ 月中旬以来连续发生管束泄漏而被迫停车检修处理， 目前正处于维持生产状态。为了确保化肥装置稳定运行， 经研究对 １９８８ 年版设备结构进行改进设计， 选择最佳结构方案， 将壳体上的四个折边锥形封头， 改为无折边锥形封头， 节省锥形封头折边加工费用 ６ ０００ 元左右，同时使设备主体重量在原设备基础上又减少了３１０ ｋｇ。其设备的设计要点阐述如下。
１ 设计条件
不锈钢换热器设备设计技术参数见表 １。
２ 新煮沸器设计方案确定
考虑到该设备与原工艺管线安装尺寸其设备的外连接口应与原始保持不变。
考虑到该设备应按照新标准进行设计， 其壳体将会增厚， 为减少重量将变量径折边锥形封头改为Ａ类焊缝ＲＴ１００％的无折边锥形封头。锥半角比原折边锥封头减少５°之多，从而使壳体厚度相应减薄。
考虑到减少制造加工的工作量，将中间筒节由原三节直径１３００×１８／１４改为一节直径１３００×１４筒节，从而去掉两道环焊缝长达８．２８ ｍ。
４ 新旧煮沸器壳体设计经济分析
锥形封头加工费用分析。原设备壳体由两种
４ 件折边锥形封头构成， 因厂内加工能力有限封头成形靠外委加工解决， 加工费用 ６ ０００ 多元，还有远程运输费用等。新煮沸器采用了无折边锥形结构， 取消了折边成形加工工序的费用支出，节省了资金， 缩短设备制造周期。筒体制造费用分析。在旧设备的筒体中有多个筒节组成， 焊接工作量较大， 而且重量高于新设计的煮沸器设备重量 １２７ ｋｇ， 其材料费用贵出数千元。
综上所述， 新设备与旧设备相比具有技术可靠， 经济实用， 加工周期短等特点 （如图 ３）。
图３不锈钢换热器简图
５ 结 语
换热器的变径锥形封头结构方案确定对壳体厚度影响极大，选择最佳方案则可减薄筒体厚度和重量。一般情况，当设计压力 Ｐ＜２ ＭＰａ 时，选用无折边锥形封头较为经济。应用该技术设计的新煮沸器， 其结构安全合理， 经济实用， 可为企业节省锥封头折边加工成形费用和焊接工作量（取消两道直径１３００ｍｍ环向焊缝）。
锥形封头焊缝系数选择对壳体厚度影响较大，当锥形体Ａ类焊缝长度不大于４００ｍｍ时，取ＲＴ１００％焊缝系数 #＝１是最为经济的。
实践证明，应用好新标准， 采用最佳壳体变径锥形封头结构方案对化工企业容器设备设计具有重大作用和实用经济性。
关键词： 换热器设计； 壳体结构选择； 无折边锥形封头； 煮沸器
中图分类号： ＴＱ０５０．２ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １６７３－ ３３５５ （２００６） ０１－ ０００４－ ０３
在换热器设备设计中， 为了满足化工工艺要求， 在介质进出口处应设置变径扩容空间， 通常是采用变径折边锥形封头来实现这种扩容空间结构的。采用何种结构形式的变径锥体对设备壳体厚度和重量影响极大， 同时直接关系到设备工程造价高低。
煮沸器下段换热器是不锈钢 ＩＩ 类压力容器，是化肥生产的主要设备， 直径为 １ ５００ ｍｍ／ｌ３００ｍｍ，下段换热器长度为４１９０ ｍｍ。首台设备在１９８３ 年二期化肥工程建成投产运行 ６年后， 于１９８９ 年退役更换。第二台设备运行 １３ 年后，２００２ 年 １０ 月中旬以来连续发生管束泄漏而被迫停车检修处理， 目前正处于维持生产状态。为了确保化肥装置稳定运行， 经研究对 １９８８ 年版设备结构进行改进设计， 选择最佳结构方案， 将壳体上的四个折边锥形封头， 改为无折边锥形封头， 节省锥形封头折边加工费用 ６ ０００ 元左右，同时使设备主体重量在原设备基础上又减少了３１０ ｋｇ。其设备的设计要点阐述如下。
１ 设计条件
不锈钢换热器设备设计技术参数见表 １。
２ 新煮沸器设计方案确定
考虑到该设备与原工艺管线安装尺寸其设备的外连接口应与原始保持不变。
考虑到该设备应按照新标准进行设计， 其壳体将会增厚， 为减少重量将变量径折边锥形封头改为Ａ类焊缝ＲＴ１００％的无折边锥形封头。锥半角比原折边锥封头减少５°之多，从而使壳体厚度相应减薄。
考虑到减少制造加工的工作量，将中间筒节由原三节直径１３００×１８／１４改为一节直径１３００×１４筒节，从而去掉两道环焊缝长达８．２８ ｍ。
４ 新旧煮沸器壳体设计经济分析
锥形封头加工费用分析。原设备壳体由两种
４ 件折边锥形封头构成， 因厂内加工能力有限封头成形靠外委加工解决， 加工费用 ６ ０００ 多元，还有远程运输费用等。新煮沸器采用了无折边锥形结构， 取消了折边成形加工工序的费用支出，节省了资金， 缩短设备制造周期。筒体制造费用分析。在旧设备的筒体中有多个筒节组成， 焊接工作量较大， 而且重量高于新设计的煮沸器设备重量 １２７ ｋｇ， 其材料费用贵出数千元。
综上所述， 新设备与旧设备相比具有技术可靠， 经济实用， 加工周期短等特点 （如图 ３）。
图３不锈钢换热器简图
５ 结 语
换热器的变径锥形封头结构方案确定对壳体厚度影响极大，选择最佳方案则可减薄筒体厚度和重量。一般情况，当设计压力 Ｐ＜２ ＭＰａ 时，选用无折边锥形封头较为经济。应用该技术设计的新煮沸器， 其结构安全合理， 经济实用， 可为企业节省锥封头折边加工成形费用和焊接工作量（取消两道直径１３００ｍｍ环向焊缝）。
锥形封头焊缝系数选择对壳体厚度影响较大，当锥形体Ａ类焊缝长度不大于４００ｍｍ时，取ＲＴ１００％焊缝系数 #＝１是最为经济的。
实践证明，应用好新标准， 采用最佳壳体变径锥形封头结构方案对化工企业容器设备设计具有重大作用和实用经济性。
责任编辑: banye
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