浅谈釜式换热器的设计

【摘要】本文介绍大庆华凯石油化工设计工程有限公司为中化弘润石油化工有限公司60万吨/年气体分馏、MTBE联合装置及配套工程设计的第二再生塔再沸器技术。本文阐述了整个再沸器从材料选择、结构设计、强度计算、以及制造检验安装等方面的技术和要求，介绍了一套完整的再沸器设计过程。

【关键词】再沸器；设计；选材；结构

1、再沸器设计参数

设计压力：管程1.8MPa（G）；壳程0.3/-0.1MPa（G）；操作压力：管程1.78MPa（G）；壳程0.2/-0.1 MPa（G）；设计温度：管程240℃；壳程220℃；操作温度（入/出）：管程214/204.3℃；壳程200/200℃；操作介质：管程饱和水蒸汽；壳程杂质/NFM；管程数：2；壳程数：1；公称直径：管程700mm；壳程1600mm；换热面积：70.6m2；地震烈度：7度；基本风压值：450N/m2；场地土类别/地震影响：Ⅱ类/第一组；腐蚀裕量：管程3mm；壳程3mm。

2、再沸器主体材料

本再沸器受压元件用板材为Q345R，应符合GB713-2008《锅炉和压力容器用钢》中各项规定。接管和换热管为20#钢，应符合GB9948-2006《石油裂化用无缝钢管》的规定，且换热管采用冷拔较高精度管。本再沸器受压元件用锻件，应符合NB/T 47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》的规定，管板为Ⅲ级锻件，其余为Ⅱ级锻件。

3、再沸器壁厚的确定

根据设计条件，采用SW6的2011版进行计算，再沸器筒体的计算厚度为9.5mm，腐蚀裕量取3mm，圆整后筒体名义厚度取14mm。

4、再沸器的结构设计

4.1换热管

本再沸器的管束采用U形管式；换热管采用φ25x2.5的20#无缝钢管；换热管布置型式为正三角形；换热管管长为3500mm，换热管根数为131根；换热管间距32mm。

4.2管板

本再沸器的管板材料为16MnⅢ；根据设计条件，采用SW6的2011版进行计算，管板名义厚度δ取68mm；管板与换热管连接采用强度焊+贴胀；管板与壳体和管箱的连接采用如下图的结构；

4.3拉杆

本再沸器采用8根16、L=3318的拉杆；拉杆材料为Q235B；拉杆螺纹的基本尺寸按GB196《普通螺纹基本尺寸》的规定，螺纹公差按GB197-81《普通螺纹公差与配合》的规定。

4.4支持板

本再沸器采用6块支持板，支持板间距为450mm；支持板厚度δ=16mm；支持板材料为Q235B；支持板板应平整，平面度允差≤3mm；钻孔后应除去管孔周边的毛刺；相邻两管孔的中心距偏差±0.3mm，任意两管孔的中心距偏差不大于±1mm；钻孔后应除去管孔周边的毛刺。

5、再沸器的鞍座设计

本再沸器采用重型（B型）；DN1600；150°包角带垫板的鞍式支座。材料为Q235B，垫板材料与筒体相同采用Q345R。

6、开孔补强

本再沸器对所有接管开孔均进行了补强，对DN≤80的接管补强采用厚壁锻管的补强形式，对DN>80的接管补强采用补强圈补强形式。

7、再沸器制造、检验、安装的主要技术要求

7.1再沸器管束要求

本再沸器为Ⅰ级管束，管束组装应按GB151-1999中第6.7节有关规定。

7.2再沸器焊接接头型式要求

接管与开口法兰的对接接头及受压管子之间的对接接头当不能采用双面焊时均应采用氩弧焊打底的单面焊全焊透结构。未注搭接焊缝和角焊缝的焊角尺寸均等于较薄件的厚度，且须连续焊。法兰焊接按相应法兰标准中的规定。

7.3再沸器焊接坡口要求

坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷，施焊前应清除坡口及其母材两侧20mm范围内的氧化物、油污、熔杂及其他有害杂质。

7.4再沸器零部件加工要求

零部件加工面和非加工面线性尺寸的未注公差按GB/T1804-2000m级和c级；无图零件加工面的粗糙度≤Ra25，切割面的粗糙度≤Ra50。

7.5无损检测要求

受压元件之间的对接焊接接头应按JB/T4730.2-2005进行≥20%的RT检测，Ⅲ级合格，射线检测技术不低于AB级。U型换热管的拼接应符合GB151-1999中6.3.3的规定，焊接接头应作100%射线检测，合格标准按JB/T4730.2中的Ⅱ级规定；全部U型管束冷弯制成后，弯管部分应100%MT检验，Ⅰ级合格，不允许有裂纹等任何缺陷存在。

7.6耐压试验

第二再生塔再沸器制造完毕及各项检验合格后，壳程、管程分别作液压试验。管程试验压力为2.5MPa。壳程试验压力为0.4MPa，壳程应参照HG/T20584-2011附录A《压力容器氨检漏试验方法》B法进行氨检漏试验。

7.7热处理

管箱、分程隔板与其它零件组焊后进行消除应力热处理，而后再加工法兰及分程隔板密封面。

7.8再沸器滑动鞍座固定的要求

滑动鞍座采用双螺母固定，地脚螺栓上的第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧。

7.9再沸器除锈、涂漆

本设备在保温施工前按JB/T4711-2003进行表面除锈涂漆。

参考文献

[1]TSG R0004-2009，《压力容器安全技术监察规程》[S]

[2]GB150-2011，《钢制压力容器》[S]

[3]GB151-1999，《管壳式换热器》[S]