小议PVC夹结构特点与设计

概述:本文分析大型PVC夹套聚合釜的结构特征,半圆管夹套的与设计分析。

中心词汇:聚合釜、半圆管、夹套、设计分析

大型PVC夹套聚合釜是现代PVC消费的要害进程装备。在PVC夹套聚合釜内的聚合进程常伴有放热或吸热,为取得好的工艺条件和聚合效果,PVC夹套聚合釜需求设置传热结构。随着PVC消费的开展,PVC夹套聚合釜趋向大型化,通常小型聚合釜采用的普通夹套结构越来越不能顺应大型化的要求,在大型PVC夹套聚合釜中多选用螺旋半圆管夹套结构方式(半圆管焊接在容器的外壁上)。

1半圆管夹套聚合釜的结构

大型PVC聚合釜常用半管的横截面是半圆形,纵向(轴向)成圆环状(扣在釜体外圆柱面上与其相焊接),内部循环冷却水。其结构按陈列方式分为螺旋式和排管式,按半圆管外形分为规范半圆管和弓形管。半圆管夹套内为正压,容器内可以是正压或负压。图1为螺旋半圆管夹套聚合釜表示图。

通常半圆管夹套普通采用外径为60、89、114mm的无缝钢控制成;当用板材冲压时,限定冲压成相当于同尺寸的半圆管。适用于容器直径为760~4300mm,圆筒或封头厚度为4.5~50mm。

半圆管夹套在壳体上布置时,其节距可依据传热工艺需求和焊接工艺需求确定,和壳体的强度、刚度设计有关。

半圆管夹套和壳体衔接角焊缝的腰高应不小于半圆管或壳体厚度中的较小者。当夹套内的载荷交变时,半圆管夹套和壳体的衔接焊缝应予以全焊透。

2半圆管夹套聚合釜的结构特点

相对普通夹套聚合釜(见图2),半圆管夹套聚合釜具有以下特点:

2.1异样条件下壁厚小,且节省资料以设计135m3PVC夹套聚合釜为例,设计条件见表1。

假设设计选用普通夹套聚合釜结构,则釜体计算压力Pc应该取夹套与釜体之间能够的最大压力差1.59Mpa然后依照外压圆筒的图算法停止设计。

假设设计选用半圆管夹套聚合釜结构,依据《钢制化工容器强度计算规则》(HG20582-1998),半圆管夹套釜体局部的壁厚是依照不带半圆管夹套时的同一容器,并依照GB150的筒体壁厚公式δ=停止设计计算,此时Pc取1.31Mpa。

采用半圆管夹套与普通夹套结构聚合釜壁厚设计比拟如下:

可见假设采用普通夹套聚合釜来设计则釜体设计厚度为60mm,采用半圆管夹套结构,釜体设计厚度为25mm,这样釜体壁厚比按普通夹套设计减薄35mm。壁厚减薄了58.3%。所以,选择螺旋半圆管夹套,在异样条件下,可有效地减小设计壁厚,而且能提高聚合釜抗外压的强度和刚度。可在确保设备质量的同时有效地提高釜体承载才干,降低设备的资料费用。

2.2提高传热效率,能耗增加从传热基本方程式Q=KAtm可知,添加传热量可以从添加传热系数K,添加冷、热两个流体的平均温度差tm与传热面积A三个方面来思考。但是传热面积的添加是受聚合釜釜体大小的限制,而tm的大小,是由消费工艺条件来确定的;所以,添加传热量最有效的方法只能从提高传热系数K来思考。

传热基本方程式中传热系数K的关系式为:

式中α1是釜内料液与容器壁的传热膜系数,α2是夹套内传热介质与容器壁的传热膜系数,λ是釜壁资料的导热系数,δ是聚合釜釜体壁厚或垢层厚度。所以,要提高K值,必需设法提高α1、α2和λ;降低δ。

首先,由于α1与聚合釜内的介质、搅拌器型式和转速有关,故选择适宜的搅拌器,可使料液的活动呈湍流形状,能提高α1,添加传热。

其次,α2值主要与聚合釜外夹套内介质的运动状况等要素有关。假设选择设计图2普通夹套结构,则介质的活动截面大而使活动缓慢,局部中央还能够处于不活动形状,形成α2值减小,从而热阻1/α2变大。假设采用螺旋半圆管夹套式结构,由于在通道弯曲处流体方向的改动及向心力的作用,加剧了无相变载热流体的扰动,并且防止局部活动缓慢甚至不活动形状,使α2值添加,同时能增加污垢的构成。图4在普通夹套结构中加装螺旋导流板时,由于导流板与夹套之间必有间隙,载热介质经过间隙发生走漏,降低螺旋主流速度。由于螺旋半圆管夹套结构不存在短路效果,并且螺旋半圆管夹套流通面积比螺旋导流板流通面积小,在载热介质流量相反的状况下,半圆管内的载热介质的断面流速要比在普通夹套中活动的断面流速大得多,这样就大大地提高了α2值,提高了传热效果。

最后,采用半圆管夹套结构降低了釜体壁厚,减薄了垢层,则可减小热阻∑,使传热系数K增大,提高了传热效率。

3结语

螺旋半圆管夹套聚合釜结构与普通夹套聚合釜结构相比,异样条件下壁厚小、节省资料、传热效率高、节能和浪费钢材;从设计、运用的角度而言,大型PVC夹套聚合釜采用螺旋半圆管夹套是目前化工消费中较为合理、先进的结构方式。