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提高聚合釜冷凝器导热能力的对策

https://www.zbgthg.com 发布日期:[ 2013年8月7日 ]

近年来,大型釜聚合技术被广泛的用于PVC树脂的生产,但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LF108型聚合釜、LF110型聚合釜、LF120 型聚合釜、LF135型聚合釜、LF136S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较关键的问题,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~URa<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。很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

胀管阶段:管子塑性形变,管板无变化;

胀管第二阶段:管子塑性形变,管板刚开始弹性形变;

胀管第三阶段:管子塑性形变,管板塑性形变,产生过胀。

2.2实际计算结果

以LF108型聚氯乙烯聚合釜冷凝器为例,管板材料为Q345R堆焊S31603,厚度80mm,屈服强度为305MPa;换热管材料为00Crl7Ni14Mo2,规格为 φ25×2mm,屈服强度为175MPa;管板孔内径 为φ25.25mm,中心距为32mm,三角形排列。代入公式计算:

K= 1.19: K1= 1.936: P0= 35.15M Pa: Pmin = 116.12MPa:Pmax=2l1.67MPa

因此该台冷凝器所需胀接力在116~211MPa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,我公司按管板厚度和孔的分布做了一个试样,在10个孔中插入换热管,进行试胀。液压力从120MPa开始, 分别按130、140、150、160、170、180、190、 200、210MPa等10种压力进行胀接试验,通过剖面检查,发现160MPa以上可以使管子与管板紧密贴合,在170MPa下贴合得较好,因此较终确定该冷凝器接头胀接力为170MPa。

在实际制造时,管头按170MPa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PVC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。

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