中壓低溫大直徑換熱器的設(shè)計(jì)

李勝利

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

1 換熱器設(shè)計(jì)條件

換熱器設(shè)計(jì)條件見表1，換熱器工況見表2。

表2 換熱器工況

表1 換熱器設(shè)計(jì)條件

2 材料選擇

2.1 材料初選

依據(jù)管程設(shè)計(jì)條件，管程筒體、封頭材料應(yīng)選用低合金鋼+S31603的復(fù)合板或低合金鋼+S31603堆焊。為滿足管程有-45 ℃的低溫設(shè)計(jì)條件，管程筒體的基層材料首先應(yīng)考慮選用低溫用鋼。依據(jù)GB/T 150.2—2011，能滿足-45 ℃低溫用鋼材有15MnNiDR(使用溫度下限為-45 ℃)、15MnNiNbDR(使用溫度下限為-50 ℃)和09MnNiDR(使用溫度下限為-70 ℃)，但因15MnNiDR和15MnNiNbDR的使用溫度上限為200 ℃，不能滿足設(shè)計(jì)溫度240 ℃的要求，因此國內(nèi)能夠使用的材料就只有09MnNiDR了，其使用溫度上限為350 ℃【1】。

因殼程設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度都不高且介質(zhì)很干凈，設(shè)計(jì)條件要求選用低合金鋼材料，因此，可選用Q345R作為殼程筒體材料。

管板材料的選擇同樣因管程存在-45℃的低溫設(shè)計(jì)條件，初步選用09MnNiD鍛件+S31603(覆層或堆焊)。

2.2 試算

2.2.1 管程封頭

因管程設(shè)計(jì)壓力為8.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度為240 ℃，為盡量減小封頭厚度，采用半球形復(fù)合板(基層材料09MnNiDR、覆層材料S31603)封頭。經(jīng)計(jì)算，封頭的名義厚度(62+3) mm(基層厚度62 mm 已考慮了鋼板負(fù)偏差和復(fù)合板爆炸過程中的減薄)可滿足設(shè)計(jì)條件要求。

2.2.2 管箱筒體

管箱筒體采用復(fù)合板(基層材料09MnNiDR、覆層材料S31603)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，筒體名義厚度(130+3) mm已經(jīng)超出了GB/T 150.2—2011 規(guī)定的09MnNiDR鋼板的最大允許厚度120 mm，不能使用。

改選ASME 材料。依據(jù)ASME II SA-20/SA-20M 附表A2.15【2】，滿足-45℃低溫工況的材料有SA-516Gr.60(使用溫度下限為-46 ℃)、SA-537 Class2(使用溫度下限為-46 ℃)和SA-203.F(使用溫度下限為-107 ℃)。經(jīng)試算，若選用SA-516Gr.60，則筒體厚度需要148 mm，若選用SA-537 class2 和SA-203.F，筒體厚度都需要96 mm，而SA-516Gr.60的使用厚度上限為125 mm、SA-537 class2和SA203.F的使用厚度上限都是100 mm。……