聚合釜冷凝器换热管接头液压胀接力的选择.pdf

第4 期 一 3 7． 聚合釜冷凝器换热管接头液压胀接力的选择 林藏华 ，何 玉伟 ，李岩 中航黎明锦西化工机械 集团有限责任公司，辽宁 葫芦岛 1 2 5 0 0 1 [ 摘 要] 介绍了聚合釜冷凝器换热管与管板的连接形式，分析了液压胀接原理和技术特点，总结了 换热管、管板材料的 屈服强度与胀接力问的关系，计算出了最佳胀接力并进行了试验验证，按此生产制造的冷凝器全部合格，没有发生泄漏现 象。 [ 关键词]聚合釜冷凝器；换热管；液压胀接；胀接力；屈服强度 近年来 ，我 国P VC树脂的产能及产量大幅提 升 ，生产装 置的规模 不断扩大 ，而P VC聚合釜大 型化是P VC生产装 置大 型化 的前提 。采用大 型釜 聚合技术后，聚 合釜的传热 问题 一直未解决 ，由 于聚合釜体积增 大，表 面积相对缩 小，且聚合釜 直径增大后，釜壁厚度 必然增 加，导致传热 能力 进 一步下降，体外夹套的传热面积 已无法满足传 热需求。 解决此 问题 的有效途径是配套使用聚合 釜冷 凝器 ，冷凝器安装在上封头处，将 热的气相介质 导入到换热管中，经过热交换 冷凝 为液相 ，沿着 换热管壁再回流到聚合釜中，使物料 的温度保持 在工艺要求范围 内，完成聚合 反应。 目前我 公司 生产的L F 1 0 8 型聚合釜 、L F 1 1 0 型聚合釜、L F 1 2 0 型聚合釜、L F 1 3 5 型聚 合釜、L F 1 3 6 S 型聚合 釜均 设有配套冷凝器。 l聚合釜冷凝器的特点决定换热管与管板的连接 方式 由于冷凝器直接与聚合釜釜体连通 ，氯 乙烯 单体为有毒气 体，不得泄漏 ，换 热管与管板 的连 接 是冷凝器设计 中最关键 的问题 ，必须选用可靠 的连 接方式，换热 管与管板的连接采用 强度胀加 密封 焊方式。为防止长期运行 时，换热管 内堆积 氯乙烯 单体发生 自聚反应 ，换热 管 内壁要求进行 抛光处理 ，精度达 U R a 0 ． 1 u m。如采用机械滚柱 胀接，抛光管内壁将被划伤，必须采用液压胀管 法 ，这种方法需要特殊 的工艺和技术 ，胀接力 的 选择 尚无成熟 的经验 。我公司在生产冷凝器过程 中，通过查 阅有关 资料 ，在多次试验 的基础上 ， 确定了一种可行的液压胀接力的选择方法 。 2 液压胀接力的理论计算 目前国 内普遍使用 的液压胀接方式为液袋胀 接 ，详见 图1 。超 高压胀 管介质经心轴 的中心孔 进入液袋 ，通过液袋对换热管 内表面施加均匀 的 胀接压力 ，使换热管胀接于管板中。胀管分为三 个阶段 1 预胀，使管子与管壁接触； 2 扩胀 ，使管子处于塑性变形状 态，而管板处于弹 性 变形状态 ，仅使管孔壁 局部产生塑变 ； 3 过胀 、扩胀 ，使管子处于塑性变形状态 ，而管板 处于 塑性变形状态 。第三阶段，只能在试验 中达 到，在 实际生产过 程中不 能出现 ，因为达到第三 阶段时管板 已经开始变形，即产生过胀现象。 2 ． 1 胀管过程受力分析 卜心轴卜液袋；3 一 换热管；4 一 管板 图1 液袋胀头结构简图 胀管第一阶段P c, 二 In K ，管子塑性形 变，管板无变化； _j 一． 0 s t K K1。一1 胀管第二阶段 一 ，管子塑 性形变，管板刚开始弹性形变； Kl 。一1 胀管第三阶段P m a x P 0 0 s pK 1 2 1 ，管子 塑性形变，管板塑性形变，产生过胀。 作者简介林藏华 1 9 8 0 一，女，辽宁锦州人，2 0 0 4 年毕业于 沈阳化工大学，本科，工程师。从事以压力容器设计及工艺工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 3 8 ． ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 3 年第1 6 卷 最佳胀管力 P P mi n _ P _ ma x 式 中 0 s t 一 换热管的屈服强度 ，MP a { o s p 一 管板的屈服强度 ，MP a ；d o 一 换热管外径，mm； d i ． 换热 管 内径 ，mm；K． 换 热管外 内径 之 比 ， K d o ／ d i ；P 一 管板孔中心距，mm；H一 管板孔内径 ， mm；K1 ． 管板管桥影响外 内径之比。 3 P 1 ．6 H K lH 管 孔 正 方 形 排 列 ； K1 3 ． 5 P- 2 ． 5 H 管孔三角形排列 H 2 ． 2 实际计算结果 以L F 1 0 8 型聚氯乙烯聚合釜冷凝器为例，管板 材料为Q3 4 5 R 堆焊S 3 1 6 0 3 ，厚度8 0 mm，屈服强度 为3 0 5 MP a ；换热管材料为O O C r l 7 Ni 1 4 Mo 2 ，规格 为 2 5 2 mm，屈服强度为1 7 5 MP a ；管板孔 内径 为 2 5 ． 2 5 mm，中心距为3 2 mm，三角形排列 。代 入公式计算 K 1 ． 1 9 Kl 1 ． 9 3 6 P 0 3 5 ． 1 5 M P a P mi n l 1 6 ． 1 2 M Pa Pma x 2l 1 ． 6 7 M Pa 因此该 台冷凝器所需胀接力在1 1 6 ～ 2 1 1 MP a 之 间 。 3 试验验证 由于理论计算所得 的胀接力 为一个范 围值 ， 如果胀接 力不能确定具体数值 ，只按这个范围值 执行，一台冷凝器有着上千根换热管，因此在实 际施工 中就会发生某些接头胀紧度过大 ，某些接 头胀紧度不够 的现象 ，而胀接 的关键是保证每个 接头都 具有均匀 的、适当的胀紧度 ，而不在于某 个接头的胀紧度有多高。 为 了确定一个相对精确 的胀接力 ，我公司按 国内首台9 0 0 吨大钩研制成功 、＼ ／ 、 、～ ～一 ／ 管板厚度和孔的分布做 了一个试样，在 1 0 个孔 中 插入换热管，进行试胀。液压力从1 2 0 MP a 开始， 分别按 1 3 0 、1 4 0 、1 5 0 、1 6 0 、1 7 0 、1 8 0 、1 9 0 、 2 0 0 、2 l 0 MP a 等 1 O 种压力进行胀接试验 ，通过剖 面检查 ，发现1 6 0 MP a 以上可以使管子与管板紧密 贴合 ，在1 7 0 MP a 下贴合得最好 ，因此最终确定该 冷凝器接头胀接力为1 7 0 MP a 。 在实际制造时，管头按1 7 0 MP a 胀接后，经检 查测量 ，胀紧度合适 ，水压试 验，全部合格 ，没 有发生泄漏情况。 4结论 随着P V C 装置生产规模的扩大，大型聚合釜 成为设备发展 的主流趋势 ，聚合 釜冷凝器的配套 成为必然。冷凝器 中接头采用液压胀接技术可大 大提 高冷凝器胀接接头的可靠性 。采用合适 的工 艺 ，选择合适 的胀接力 ，可使胀接接头在服役期 间做到零故障运行。 4 月1 日，由宝鸡石油机械有限责任公司 自行研发生产具有 自主知识产权 的国内首台重载大钩一9 0 0 吨 大钩，顺利通过各项功能试验及2 倍载荷试验。 9 0 0 吨大钩 的研制成功填补 了国内空 白，彻底改变 了我国石油钻采装备领域重载大钩依靠进 口的局 面。9 0 0 吨大钩主要用于深井钻机。其设计合理、承载能力大，符合A P I 8 C P S L 1 级质量要求，从材料到 制造完全由宝鸡石油机械有限责任公司完成，特别是复杂铸件的生产，在材料选取方面充分考虑了低温 性能，使产品有更广的环境适应范围。 这台9 0 0 吨大钩将作为委 内瑞拉Z J 9 0 DB1 3 钻机的重要配套部件交付用户。 据 中国石油报 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m