[发明专利]丙烯腈装置用反应气体冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及-种化工生产设备，更具体地说，涉及一种丙烯腈生产装置用设备。

背景技术

在丙烯腈装置生产运行中，反应气体冷却器是其重要的核心设备，它对装置是否能够正常运行，对生产的产品质量、装置的收益有着重要意义，原有的反应气体冷却器在生产过程中，管板与换热管的焊接接头出现裂纹，造成介质泄漏，原因是设备结构设计和制作工艺存在问题。由于生产过程中介质泄漏，造成丙烯腈装置的生产周期短，需要定期检修，停车时间长，影响装置的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种丙烯腈装置用反应气体冷却器.

10万吨/年丙烯腈装置中，反应气体冷却器的基本参数：公称直径2400mm，高12000mm；壳程设计压力4.93MPa，管程设计压力0.246MPa。壳程设计温度265℃，管程设计温度482℃。壳程介质为锅炉水，管程介质为反应气，极度危害介质。因此，对反应气体冷却器的结构设计和制造工艺必须给予充分的重视。

一种丙烯腈装置用反应气体冷却器.包括反应气体入口，反应气体出口，锅炉水入口，锅炉水出口，其特征在于：

管板与换热管间的连接方式采用强度焊加贴胀的结构；

管板与换热管的焊接采用增加管端伸出长度、加大管板管孔处坡口深度；

壳程设置大波形双波膨胀节；

在制造工艺上，管板与换热管的焊接，焊接接头采用TIG焊接，并作无损检测。

管板与换热管的焊接接头进行消氢热处理。壳程设置双波膨胀节，整体成型.

本发明有益效果在于，设备结构设计及制造工艺得以优化，优化后反应气体冷却器的壳程轴向位移量增加近30％，满足了换热管与管板间连接的许用拉脱力的要求。原行反应气体冷却器的膨胀节厚度为75mm，优化设计后降为50mm，其重量由18600kg降至8160kg，节省了设备费用及修理、停车造成的经济损失。经开车后生产实践证明，很好的解决了介质泄漏问题，保证了丙烯腈装置的长周期的正常运行，其经济效益是显著的。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为双波膨胀节结构示意图。

图3为膨胀节有限元网络划分示意图。

图4为在4.93MPa内压作用下膨胀节位移分布云图。

图5为在4.93MPa内压作用下膨胀节轴向薄膜应力分布云图。

图6为在4.93MPa内压作用下膨胀节径向薄膜应力分布云图。

图7为在4.93MPa内压作用下膨胀节径向薄膜应力加弯曲应力分布云图。

图8为在13.1mm位移作用下膨胀节总体位移分布云图。

图9为在13.1mm位移作用下膨胀节径向薄膜应力分布云图。

图10为在13.1mm位移作用下膨胀节径向薄膜应力加弯曲应力分布云图。

图1中：管板1、换热管2、壳程3、双波膨胀节4、锅炉水出口5、反应气入口6、锅炉水入口7、反应气出口8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细描述。

以10万吨/年丙烯腈装置为例，这种大型生产装置应当杜绝设备泄露，频繁检修事小，酿成事故事大，介质泄漏，往往是在管板1和换热管2间出现裂纹造成的，焊接结构设计为强度焊加贴胀的结构后，其结构强度增高。换热管2管端伸出长度设计为3mm，管板1管孔坡口深度设计为3mm，以增加换热管2与管板1角焊缝轴向剪切面积，其抗拉脱力增强。为保证换热管2与管板1角焊缝的焊接质量，角焊缝采用TIG两道，第一道焊接后，作PT-1无损检测，合格后再焊第二道，然后再作PT-1无损检测。管程(换热管与管板)焊后，立即进行消氢热处理，进行消氢热处理后可以消除换热管与管板的焊接接头的热应力，避免热裂纹产生。壳程进行消除应力热处理。

原反应气体冷却器的膨胀节为两半波组焊单波膨胀节，生产实践证明是不合理的。如何保证反应气体冷却器的安全使用，适合丙烯腈装置生产要求，降低膨胀节4的刚度，增加其轴向位移量，降低换热管2与管板1连按处的应力水平，满足生产操作要求，这是极其重要的。故对膨胀节的结构设计进行优化，由原来的两半波组焊单波膨胀节改为整体成型大波形双波膨胀节，减少膨胀节的厚度，以满足轴向应力及位移量。波膨胀节，减少膨胀节的厚度，以满足轴向应力及位移量。

优化设计后的反应气体冷却器膨胀节4公称直径为2400mm，已经超出《压力容器波形膨胀节》GB16749-1997标准的适用范围，为此，本发明对膨胀节4进行常规设计的同时，还应进行有限元应力分析设计。整体成型大波形双波膨胀节，如图2所示。