管道化间接加热器的设计与计算

发布时间:2020-10-03 17:39

  管道化间接加热器的设计与计算_机械/仪表_工程科技_专业资料。々 维普资讯 汪 洪杰 , 和 平 吴 ( 中国长城 铝业公 司. 河南 郑 州 4 0 4 ) 5 0 1 摘要 :管道牝 闻楼加热器属 套管式

  々 维普资讯 汪 洪杰 , 和 平 吴 ( 中国长城 铝业公 司. 河南 郑 州 4 0 4 ) 5 0 1 摘要 :管道牝 闻楼加热器属 套管式换热嚣在 国外氧化铝生产的 管道杷客出 系统中被广迁应用。长城铝业套司通过 寸引进的管道扎 系统的消化吸收, 其内部改造和扩建中大量应 用 了这种设备c作者总结 了菅道化 间接加 热嚣的站 在 ./ 『 管道 化 间接 加 热 器按 常规 的 分类 方 法, 属套 应 管式换 热器。 在国外 氧化铝 生 产的管 道化溶 出系统 中, 种加热器 得 到 了广 泛 的应 用。 中 国长 城 铝业 这 几 段加热 器 串联而 成。每 段 加热器 由内管和外 管组 成套 管结 构 . 内管 中为加 热介 质. 管 中为被加热介 套 质 。段与段 之 间 内管 相 通 , 被 加热 介 质 经过 几 级 使 加 热, 温度逐 渐 升 高。 每 段 加 热 器的 外 套 管 白成 体 系, 与其 它段 不相通 , 分别 通 人温度 和压 力不等 的加 热介 质。 公 司( 以下简称 长铝 ) 9 在 0年代 初 期 引进 了一套 西 德的管 道化溶 出装置 。尔后 在 间接加热 连续脱 硅工 程和管道 化创新 工程 中也 大 量 应 用 了这 种设 备 . 并 取得 了很好 的经济效 益 。笔者 曾参 与设 计 多套管 道 D ∞ 化加热器 , 现将 本人 在 设 计 中 的 一些{ D和 体会 整 经验n 按 照 内管 数 目的多 少 , 道 化加 热 器又 分 为单 管 内管加 热器和 多 内管加 热器 。图 1为长 铝公 司管道 化系统石 灰 乳 加 热 的结 构 简 图 , 单 内管 加 热 器 。 为 图 2为管道 化系 统 矿浆 预 热段 结 构 简 图, 为多 内管 加热 器 , 管 中有 四根 内管 。 套 理 出来, 供大 家参考 。 1 设 计概 述 套管式 换热 器是管式 换 热器 的一种。 传统 的套 管式换 热器规模 较小 , 主要 用于流 量小 、 传热面 积不 太大的场台 。据 有关 文 献记 载, 适 用 的传热 面积 其 在 1 ~2 , 0 0 每段传 热 器的 有效长度 为 4 m。 ~6 长铝 公司在 管道化 溶 出中使用 的 间接加 热 器与 上述传统的套管式换热器有较大不同。每段加热器 的传热 面 积 基 本 上 都 在 2m 上 , 大 的 达 到 0 最 7 。每 段加热器 的有 效 长度最 长的接 近 2 0 0 0 m。 图 1 长铝管道化 石灰乳加热段结构简图 由于套 管式换热 器 的设 计在国 内的有关 文献 中 涉及 较少, 别是 大型 的工 业 用套 管 式换 热 器 的设 特 计更 是 很难找到 , 给 我 们 的设 计 带 来 了一 定 的难 这 度。 我们消化 吸收 了从 国外 引进 的管道 化加 热器 的 结 构特点 . 同时按 G I 0 1 9 ( B 5 9 8 钢制 压 力 容器 ) 和 G lI 8 ( 制 管壳 式换 器) B S 9 钢 进行 了有 关 计算 。 在此 基础 上设 计 的 管 道化 加 热 器 已 正 常 运行 了数 年. 满足了生产 的需要 。 图 2 长铝管道化 矿浆预热段结构简图 3 考虑 内外管热膨胀 的结构设计 因为加热 器 内管 和套管 的管 内介 质温度 不 同 2 主要 结构 形 式 长 铝管道 化溶 出系统 的管道 化 间接加热器采 用 收稿 1期:0 0 0 0 3 20 — 4— a 维普资讯 1 . 2 汪洪杰. 吴和平: 管道化 闻揍加热器的设计与计算 20 00年第 6 期 套管中的介质温度总是 比内管中的介质温度要高, 所 以套 管 受 热 的 膨胀 量 也较 内 管 受 热 的 膨 胀量 要 毕后 . 现场组 焊 的时候 . 两段 连接处 的套 管 之间应 留 出一定的间隙. 以保证内管的焊接和检测; 在内管焊 接和检测完毕, 再用封 闭环将套管焊在一起。 我们设计 的封 闭 环大多是 由割成两 半 的一小段 钢管组成。封闭环 的数量是 由结构设计确定的。一 般 来讲 , 结构 简单 、 长度 较短 的加 热器采 用单个 封闭 环 即可, 图 1的石 灰乳 加热段 。结 构复 杂 、 长些 如 较 的加 热器 则 可 采 用两 个 或 者 更 多 的封 闭 环 . 图 2 如 的矿浆 预热段 就采 用 了两个 封闭 环。 大。因此在设计中应充分考虑这一因素, 避免内外 管因膨胀不均而产生跗加应力, 影响设备 的正常运 转。 在设计 中, 了保证 管道化 加 热器 的 自由膨胀 . 为 我们 采用 了一 端 固定一端 自由的结构 。在 固定端用 堵板将 内管和套 管 焊 死 , 固 定式 管 座 与 支架 焊在 用 一 起 . 自由端 采 用 u 形 弯 管. 两个套 管相 连, 在 将 如 图 1 图 2所示 。除固定 端 外, 余部 分 管段 全 部采 、 其 用滑 动式支座 支承 , 以保证 其 自由膨胀 。在 u形 管 中应 为 内管 的膨 胀 预 留下 足够 的量 S 如 图 3所 示 . , S的最 小值应按 下 式计算 : 5 内外管设 计压力的确 定 长铝 公 司管 道 化 系统 使 用 的 间接 加 热器 , 内管 中介质 压力基本 上都 在 1 MP 00 a以上 , 管 中介质 套 压 力则在 0 8 ~6 0 a之 间。 因此 内管 介质压 力 . 6 .MP 总是 高于套 管介 质压 力 。 考虑 到带 料 试 车 时, 要求 先 给 内管 打压 到操 作 压 力. 然后再 给 外管 打压 到 工作 压 力。 因此 内管 的 设计 压力应按 其 内部 介 质 的最 高 工 作压 力 , 而不 能 按照其正常工作时实际承受 的压力( 即内外压差) 。 套 管 的设 计 压 力 即套 管 中介 质 的最 高 工 作 压 力。 围 3 矿浆预热段 自由端结构简围 6 固定端堵板厚度的计算 管 道化 加 热器 的固 定端 堵 板 厚度 的计算 , 内 单 ( 1 ) S =△ L 一△ L 式 中: —— 外管 的热 膨胀量 . m; △L m △L —— 内管的热膨 胀量 , 内 mm。 热 膨胀量按 下式 计算 : AL=) Xt , LZ () 2 管加热器和多内管加热器有一定的不同。 图 l的石灰 乳 加 热段 为 单 内管加 热器 , 堵 板 其 的厚度一般按照G 10 1 9 ( B 5 — . 8 钢制压力容器) 9 中平 盖 的开孔 补强来 计算 。 图 2的管 道 化矿 浆 加 热段 为多 内 管加 热器 , 套 管 中有 4根 内管。其 堵板 的 厚度原 则上 可按平盖 的 多个 开孔 补强 进 行 计算 。 但 根据 我 们 的设 计经 验 , 该处 堵板按 平 盖多 个 开 孔 朴 强进 行 计 算 时, 因其 开 式 中 :—— 管材 的线膨胀 系数 . m ℃ ; ^ mn L —— 管段 的长度 , m; △t 管 道受 热 时所 升 高 的温度 . 等 于输 —— 它 送介 质的工作 温度 与管道 安装 时 的环 境温度 之差 . ℃ 孔较大. 间距总是小于 13 孔 . 3倍的开孔平均直径. 使其计算 变得 非常繁 琐。通 过分 析我 们发现, 在 G 11 9 钢制 管 壳式 换 热器 ) u 形 管 式 换 热 Bl5 —8 ( 中 器 的受 力 与多 内管的管 道化 加 热器 固定端堵 板 的受 力 比较 接 近, 因此 参 照 GB 5 11—8 9中 的 计算 , 我 经 们 修正 后的堵 板计算 公式 可 表述 如下 : 厂 4 考虑现场组焊 的结构设计 由于 管道 化加 热器 的体 积 庞 大. 且是 安 装 在 并 分有 几层的管架 上 的, 因此 只有 合 理 地进 行 结构 设 计. 才能保证其现场组焊的顺利进行。 因为现 场条 件 的 限制 , 我们 习惯 把每 一级 管 道 6 04 4 /L = ,5 _ oJ、 '  ̄ ( 3 ) 化加热器分成几段分别焊接, 然后再 吊装到安装现 场进 行组焊 。 式 中 :—— 堵板 的计算厚度 , a mm; D——套管的 内直径, m; . a r P—— 管板 的设 计 压 力, d 即套 管 的设 计 压 力. MP ; a 考 虑 到管 道化 加 热 器为 套管 结构 , 在各 段 之 间 组焊时一般 需要 在外 管设备 封 闭环 , 图 1 图 2所 如 、 示 。所谓封 闭环 , 指 在加 热 器 的 各段 分 别 焊接 完 是

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