油浆蒸汽发生器技术探讨分析

摘要:随着社会的快速发展和现代科学技术的进步,蒸汽发生器的设计制造技术越来越先进,发挥的作用也越来越大,在石油炼制行业被广泛应用。本文就油浆蒸汽发生器的设计制造及应用做简单的探讨分析。

关键词:油浆蒸汽发生器 技术 分析

油浆蒸汽发生器是指利用高温油浆的热能把水加热成为蒸汽的机械设备,主要为生产装置提供蒸汽。油浆蒸汽发生器的操作条件比较恶劣,其设计、加工制造工艺要求较高。

1、油浆蒸汽发生器的工作原理

蒸汽发生器是采用间接循环的高温介质的热能传给二回路工质,使其变为蒸汽的热交换设备。油浆蒸汽发生器是催化裂化装置中的关键节能设备,油浆蒸汽发生器壳程介质为中压蒸汽和水,管程介质为低压高温油浆,设备通过壳程介质蒸汽和管程介质油浆的热交换,冷却从分馏塔底抽出的高温油浆,并产生中压蒸汽。产生的蒸汽可直接为工业生产和生活提供所需要的热能,也可通过蒸汽动力装置转换为机械能,或再通过发电机将机械能转换为电能。

2、油浆蒸汽发生器的制造

2.1 油浆蒸汽发生器采用材料

随着科学技术的进步和社会经济的发展,蒸汽发生器的设计制造技术越来越高,对主要的受压元件和密封材料提出了较高的要求,主要受压元件（筒体、封头、开孔接管、法兰、管板和换热管）的材料必须具有钢材生产厂家提供的质量证明书。换热管采用正火状态的20#钢无缝钢管应符合《石油裂化用无缝钢管》的规定,换热管采用整根无缝钢管制造,不得拼接,且要逐根进行水压试验;管板应采用Ⅳ级锻件,容器法兰采用Ⅲ级锻件;蒸汽发生器垫片采用柔性石墨波齿复合垫,金属骨架材料为0Cr18Ni10Ti,填充材料为柔性石墨;浮动管板与内浮头的密封采用材质为Incoloy825的挠性焊接密封环。

2.2 油浆蒸汽发生器的制造工艺

蒸汽发生器换热管与管板之间的连接采用强度焊加强度胀结构,由于换热管与管板的连接接头在工艺操作中受到反复热变形、热冲击、热腐蚀及介质压力的作用,工作环境极其苛刻,无论单独采用焊接或胀接,都难以满足这种要求,所以采用胀焊并用的方法,胀焊并用能进一步加强接头的抗疲惫性能,同时还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀,延长其使用寿命,采用液压胀接,液压胀接管壁受力均匀,管子轴向伸长少,无加工硬化现象,密封性较好。换热管与管板采用氩弧焊,采用氩弧焊,主要是热量集中,保护效果好,溶池体易于控制,氩弧焊的焊缝及近缝区均不易过热,可以有效防止裂纹。管头的胀接必须采用橡胶胀以保证管头与管板之间无任何杂质,焊接与胀管步骤:预胀管—焊接—PT检测—焊后局部热处理—强度胀。

3、油浆蒸汽发生器泄漏原因分析

3.1 生产工艺方面

油浆蒸汽发生器管、壳程温差较大,不同部位的管板和换热管膨胀量不一致,管头焊缝受力不均会产生温差应力,管板本体较厚,升温较慢,各部位温度不同,由于换热管的支撑限制不能自由变形,也存在温差应力。由换热管膨胀不一致引起的应力和管板本身的应力叠加在一起,会产生较大的应力值,当其超过管头抗拉脱应力时,管头焊缝会产生不同程度的裂纹,同时较大的应力会使管板薄弱部位出现塑性变形,容易造成疲劳损坏,严重时产生裂纹。

油浆蒸汽发生器管程温度高,在高温油浆介质的冲蚀下,会造成管板和焊缝过热氧化和腐蚀,削弱了管板和焊缝的强度,导致容易在焊缝处产生微裂纹。

油浆蒸汽发生器中水和蒸汽的汽液两相流的不稳定性和漩涡脱落特性,使换热管束产生有害振动、弯曲变形,同时由于换热管固有频率较低,造成卡曼漩涡频率与换热管的固有频率之比大于0.5,在使用过程中管束可能产生振动,造成换热管与管板的连接接头焊缝长期处于交变载荷状态,导致管板在焊缝的热影响区产生疲劳微裂纹。

高温油浆中的硫组分会发生硫腐蚀,封头侧的高温油浆进入微裂纹,在循环拉应力和高温环烷酸腐蚀环境下会发生腐蚀疲劳破坏,且随着温度的升高腐蚀加剧。

3.2设计制造因素

油浆蒸汽发生器管束制造过程中,管板管孔的加工粗糙度和换热管的外径尺寸偏差应符合或高于GB151—1999《管壳式换热器》要求,换热管与管板孔的间隙也应按标准执行,以免在焊接和胀接后造成局部残余应力过大。管孔加工是管板制造中的一个重要环节,应采用自动化程度高的数控钻床对管板进行钻孔,满足必要的孔距精度和符合要求的表面粗糙度。管桥是管板上最薄弱、应力集中、受力情况差的部位,间距过小,使其强度降低、抵抗外力能力下降。增大管桥间距是增加管桥强度的重要措施,既可减少管板局部应力,又可延长管束使用寿命。

蒸汽发生器换热管与管板之间进行强度焊加强度胀工艺时,必须保证管头焊缝的抗疲劳强度和应力腐蚀,焊前预热、焊后热处理应严格按照工艺要求,充分消除残余应力。胀接焊接工艺、热处理工艺、机械加工工艺不科学也是造成油浆蒸汽发生器管板、焊缝出现缺陷的主要原因。

4、结语

油浆蒸汽发生器设计制造技术的改进提高,延长了设备的使用寿命。伴随着社会市场经济的发展进步,油浆蒸汽发生器的设计制造技术水平将会越来越高。

参考文献

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