管程高压换热器的优化设计

炼油与化工2REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第27卷管程高压换热器的优化设计高亚娟,李保志,张作为(大庆石化公司检测公司,黑龙江大庆163714)摘要:管程高压换热器在不选用螺纹锁紧环换热器的前提下,只能选择平盖特殊高压管箱,这种管箱结构特殊,其他受压元件为常规结构;管板强度校核计算采用解析应力分析法,假设条件少,能够准确反映强度指标,其他受压元件计算按照GB/T 151-2014标准设计。关键词:高压换热器;高压特殊管箱; f型管板;平盖中图分类号: TQ051.5文献标识码:B文章编号:1671-4962(2016)03-0032-03Optimization design of tube- -side high-pressure heat exchangerGao Yajuan, Li Baozhi, Zhang Zuowei(Detection Company of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714, China)Abstract: Under the premise of not choosing screw locking ring heat exchanger, tube- side high- pressure heat exchangeronly can be chosen flat cover special high pressure channel. This kind of channel has special structure, other elements underpressure are regular in structure ; tube sheet verifying calculation uses analytical stress analysis method，assumed conditionsare few, can accurately reflect strength index，other elements under pressure are calculated according to GB/T 151-2014Standard.Keywords: high pressure heat exchanger; high pressure special channel; f-type tube sheet; flat cover热油一三元溶液换热器是油田三次采油关键该换热器的特点就是管程高压,采用特殊高压设备,利用壳程的高温三元溶液加热管程内的原管箱,因为换热器直径不大,所以没有采用螺纹锁油,高温侧在壳程,高压侧在管程,该换热器选型紧环)封闭管箱,采用平盖加金属环垫片封闭管为D型高压管箱E型壳体型式和U形管换热器。箱,小直径条件下,这种管箱与螺纹锁紧环管箱重原来引进的日本设备是按照ASME规范设计的,改量相差不多,计算经验成熟。用GB/T 151-2014设计,由于国产材料安全系数管箱的分程隔板结构可以承受冲击,直接承受低,相应的许用应力大,因此,国产化设计后,相应冲击的平板总长度只有260mm,宽400mm,周边的壁厚很大程度的减薄,强度校核通过。焊接,悬臂端用环板拉筋,结构见图1。特殊高，压管箱的计算采用应力分析方法,相对建模模拟软件来说,这种应力分析方法是解析.260法1.2),该方法的应力分析,减少了很多假设,因此更为准确。出1设计条件热油一三元溶液换热器的设计数据见表1。排净孔处不焊，表1换热器的设计数据↑入口三元溶液原油图1分程隔板结构直径/mm355.64002.2管板结构程数管板采用f程管体连控加工过2结构设计渡段,管板与壳中国煤化工法兰结2.1管箱结构构,结构见图2。YHCNMHG2016年第3期高亚娟，等管程高压换热器的优化设计32φ450180.5ψ 402_ψ339H↓↑C2y R20L pm中400600φ 4903300士3图4壳体结构图2管板结构管板密封面与轴线的垂直度为0.2mm;管孔加强段的范围以鞍座所需要的宽度为准,控制鞍座应力低于许用应力的50% ,这样的支撑结与密封面的垂直度为0.1 mm。这种管板较好地解决了管板与管箱筒体连接构是安全的,是估算值,准确鞍座应力和加强段所处的局部应力集中问题,圆弧R10是应力释放的最承受的薄膜应力,需要分析设计计算。佳尺寸,尺寸132mm是应力集中衰减接近最小值见图5。该换热器的其他结构是常规的,整体装配后位置,因此,这种管板应力集中在可以控制范围3强度计算文献6]提供了常规换热器的强度计算方法,这2.3程法兰和平盖选用标准管法兰尺寸,在强度计算过程中，调些计算方法也是应力分析方法,是解析式,但是需整相关尺寸，使管程法兰和平盖,尺寸相对减小，要借助计算机技术来计算。3.1管箱容器法兰和管箱平盖计算尽量不增大螺栓的尺寸,结构见图3。管箱容器法兰计算按照文献110计算即可，选用金属环垫片,垫片系数m=5.5,容器法兰比压力y=124.1 MPa,管箱平盖按照周边简支圆平盖来计算,是1种平封头,按照GB150.3计算,平盖结构特征系数K分为操作时和预紧时2种情况: .操作时: K =1.78WL。Pc D2预紧时: K =0.3+1.78WL3.2管板计算图3管程法兰和平盖结构管板是f型,管板与管箱连成一-体,与标准的f这是非标法兰和平盖结构,在计算的时候考型管板'°)比较,区别就是凸缘法兰,计算参考简体虑减轻平盖重量,最新的技术表明,采用螺纹锁紧端部”,但是计算的时候,还是按照管板延长部分环结构4121比较适用,由于这台换热器内径不是很兼做法兰来考虑,于是,计算管板的抗弯刚度和各.大,采用螺纹锁紧环结构,制造难度增大,不利于项旋转刚度,再计算法兰的计算系数,法兰力矩，检修和改造,因此,还是采用法兰和平盖的结构。计算法兰应力和管板应力,按照文1献111的公式2.4壳体计算即可。壳体由容器法兰、加强段、简体、封头、接管和3.3壳程法兰计算管法兰组成,为了解决左鞍座的稳定性问题,容器壳程法兰与管板配对,是常规法兰计算,按照法兰接加强段,加强段厚度计算得出,见图4。文献7计算即可。采用F型管板不用考虑容器法兰的配对问题，3.4壳程筒体力因此,强度计算的时候,仅按照壳体的内压计算即壳程筒体中国煤化工前提下,还HCNMH(可。要满足换热器重.山口山U女座带来的影炼油与化工4REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第27卷467士62925士3180.5土3中0060≌出邵f|502615土3- 4280图5换热器整体结构响，确定支反力的时候,可以确定1个原点,分别计[4]尹丹勤螺纹锁紧环式双壳程换热器的结构设计[J].石油化工设算出,2个鞍座的支反力,比较结果,加强段的支反备技术，2001 ,2():32-36.3[5]徐福胜,李春涛螺纹锁紧环换热器结构分析[J].工业技术,力是另外1个鞍座的支反力2倍,因此,在鞍座标2011(7):19-21.准尺寸相同的情况下,加强段的鞍座应力提高很[6]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 151-2014热交换器[S].北京:多,在鞍座计算时,增加筒体厚度的办法试算简体中国标准出版社,2014:23-24.的稳定性,计算过程,按照鞍座的规范执行即可。[7]国家质量监督检验检疫总局.GB 150.1-150.4 -2011压力容器[S]北京:中国标准出版社, 2011:12-13.4结束语8]王金光大型高温高压螺纹锁紧环式双壳程换热器的设计[J]压管箱高压U形管换热器,也可以设计成双壳程力容器，2002, 19(4):53-55.结构,在管板和法兰计算上,和单壳程一样的,不[9] 刘明强高压U形管式换热器管箱设计[J].化工管理,必特殊考虑。压力容器强度计算软件很方便地应2015(2):41-43.用在换热器的计算上,因此,文中没有详列具体的[10]赵国栋，黄毓秀,邹建东.等温度交变工况下换热器管箱结构设计改进[J]石油化工设备技术,2011 ,40(8):29- -32.计算过程,仅提出需要考虑的几个问题供参考。[11] 夏少青.特殊高压U形管换热器管板强度计算方法及比较[J]石参考文献:油化工设备技术,2015, 36(3):36-38.[1]薛明德,李世玉,朱国栋，等CB151中换热器管板设计方法的理[12]厉国辉. φ 1 600螺纹锁紧环换热器的设计[J].石油化工设备技术,2003,24(2):43- 46.论依据及其应用[J].化I设备与管道,2015(3):42- -45.[2]李永泰,李勇,黄金国，等解析ASME-2014版U形管式管板设计收稿日期:2016-04-11方法[].压力容器. 2007(4):16-19.作者简介:高亚娟，女,助理工程师, 1998年毕业于大庆石油学院化工3] 刘念螺纹锁紧环换热器的设计[J].广州化I，2013(5):27-30.与石油机械工程专业,现从事化工设备管理工作。中国煤化工MHCNMHG