烧碱蒸发器设计中的几个问题.doc

论 文 烧碱蒸发器设计中的几个问题 凌 峰 二00五 年 七 月 烧碱蒸发器设计中的几个问题 江苏省泰州市锅炉压力容器检验研究所 凌 峰 摘要：本文主要针对烧碱蒸发器设计中的几个问题诸如各层支座型式及载荷的确定，热应力的考虑，切向进料以及视镜的设计等几个问题，结合检验经验提出自己的看法，供设计部门参考。关键词：蒸发器 弹性支座 热变形力 膨胀量 切向进口 视镜 这是某化工企业一套年产万吨NaOH工程中II效蒸发器的设备设计。该蒸发器为外加热式蒸发器。其结构尺寸详见图1。 主要设计参数 壳程 管程 最高工作压力 MPa 0.35 0.02 设计压力 MPa 1.0 0.25 最高工作温度 oC 142 124 设计温度 oC 160 130 工作介质 蒸汽 NaOH 主要材料 Q235-A 0Cr19Ni9 换热面积 m2 300 II效蒸发器安装在蒸发车间内，其蒸发室安装在标高为+11500mm的三层楼面上，加热室和循环管横穿标高为+6500mm二层楼面。碱液在加热室内加热，当受热物料升至加热室上部循环管时，由于压力降低开始沸腾汽化，然后升至蒸发室汽液分离，汽相通过旋流板分离碱雾，碱液得以浓缩。 附图1 该设备的主要特点：外形尺寸大，介质腐蚀性强，温度较高，由于沸腾及强制循环泵引起的设备振动较大，而且是跨楼层布置。鉴于此，本人在检验过程中对以下几个问题进行了认真的分析，并找到了解决问题的方法，建议进行了改进。 一.蒸发器各层支座型式及载荷的确定 1.支座型式的确定 根据有关资料介绍，一般小型蒸发器仅在蒸发室设置一组支座，这样即简单又能使加热室和循环室在操作温度下自由伸长。但是由于该设备的尺寸较大，设备的净质量和操作物料质量比较大，而且操作时又有振动，如采用一组支座显然是不合理的。但是采用两组固定支座又会带来多约束的问题，所以本设计中采用了一组固定支座和一组弹簧支座。其中标高为+11500mm处为固定支座，考虑到载荷较大采用裙座；标高为+6500mm处为弹簧支座。这样不但使设备本身的受力均匀，而且也降低了土建造价。在设备的底部也设有弹簧支座，这组支座仅承受+6500mm以下部分加热室循环管由于温差而引起的热膨胀力以及强制循环泵本身的质量，这组支座由泵制造厂商进行设计。 2.支座载荷的确定 1)标高为+11500mm处载荷的确定： 该处的载荷包括： 上部蒸发室本体及附件的质量 加热室和循环管膨胀节以上部分的质量 蒸发室中物料质量或水压试验时水的质量的较大值（取物料质量） 结合设计，上部蒸发室本体及附件的质量为11500Kg, 加热室膨胀节以上和循环管膨胀节以上的质量为6425 Kg，蒸发室中物料质量为73923Kg， Kg。 2)标高为+6500mm处载荷的确定： 该处的载荷包括： 加热室膨胀节以下部分和循环管膨胀节以下部分的质量 物料质量或水压试验时水的质量的较大值（取物料质量） 由温差引起的部分热变形力 加热室的换热面积为300m2，壳程内径为(1500 mm，材料为Q235-A；换热管规格为(57X3.5，长度为6000mm,共303根，材料为0Cr19Ni9。mm,管板的厚度为52mm。该部分的净质量15500Kg。 循环管的内径为(1200 mm，材料为0Cr19Ni9。mm。该部分的净质量5500Kg。 以上两部分的物料质量为29652 Kg。 由温差引起的部分热变形力为3960 Kg。（具体计算详见本文第二部分） 所以该部分的计算载荷为54612 Kg。 为了设计和制造的方便，经过计算和分析，决定加热室和循环管采用同一规格的弹簧，考虑到两侧载荷的不一致，在加热室采用四组八个弹簧，在循环管采用四组四个弹簧，详见附图2。由于弹簧的计算公式和步骤比较繁琐，本文不再赘述，详见《机械设计手册》中有关章节。 附图2 二．对热变形力的考虑 1.热膨胀量的计算 由于壳程蒸汽的温度及管程NaOH的温度较高，而且两层支座之间的距离也较大，因此，在设计中必须考虑其热膨胀，否则将会产生比较严重的影响。本设计中考虑设计温度为160 oC，这样相对于常温20 oC时的温差为： (t=160 – 20 =140 oC 由于加热室壳体材料为Q235-A，而循环管的材料为0Cr19Ni9,两种材料在设计温度下的平均线膨胀系数(分别为11 .95 x 10-6 mm/mm oC 和17.1 x 10-6 mm/mm oC 。因此当长度相同时循环管的热膨胀量必然大于加热室，所以，本设计中仅考虑循环管的热膨胀量和热变形力。 两支座之间的距离 l =11500 – 6500 = 5000mm 根据线胀公式，热膨胀量 (l = ( ( l ( (t (1) 按