空氣電加熱器管板結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文經(jīng)過剖析一臺空氣電加熱器上的管板的溫度狀況，合理規(guī)劃管板結(jié)構(gòu)規(guī)劃以及管板強度核算。此臺空氣電加熱器的規(guī)劃壓力為MPa 2.0，規(guī)劃溫度為440℃，介質(zhì)為空氣，電加熱功率為1200KW，首要受壓元件原料16Mn，Q345R。
該臺管板相當于U形管式換熱器的管板（無管箱和隔板），管板上的管孔直徑為Φ22.5 mm，每個管孔中的焊接一段標準為Ф22×2.5 mm的套管，U形管式電熱元件直徑為Φ16 mm，電熱元件從套管中伸出，進入設(shè)備頂部的接線倉，電熱元件與套管的外端面之間選用密封焊。電熱元件從接線端至管板下面的隔熱擋板之間的一段為不發(fā)熱區(qū)。管板上的管孔選用同心圓分布，從最外圈向內(nèi)每相鄰兩圈的布孔圓上的管孔數(shù)持平，U形管式電熱元件跨穿在該相鄰兩圈的管孔內(nèi)，最內(nèi)一圈6個管孔用3根長度不等U形管式電熱元件梅花狀交叉穿入。中心孔內(nèi)裝配熱電偶套管。

依據(jù)容器的規(guī)劃壓力P=2.0MPa，規(guī)劃溫度t=440℃，容器法蘭的原料為16Mn鍛件，按NB/T47020~47027-2012《壓力容器法蘭、墊片、緊固件》規(guī)則，容器法蘭選用公稱壓力為PN4.0的長頸法蘭，法蘭外徑Φ1215 mm，螺柱標準M30，數(shù)量48件，螺柱原料35CrMoA，墊片選用環(huán)繞墊。按上述條件及參數(shù)用核算軟件核算管板的的厚度，得到規(guī)劃厚度為δ=124 mm（其中平蓋危險徑向截面上各開孔寬度之和為Σb=420mm）。

由上述核算結(jié)果可知，假如管板按容器的規(guī)劃溫度核算，該管板的規(guī)劃厚度是比較大的?？墒?，150℃的氣體從容器上部接收進入容器后向下流動，被電熱元件加熱，溫度升高，加熱結(jié)束后溫度升到420℃，并從容器下部接收流出。在這個過程中，氣體的溫度是逐步升高的，剛進入容器上部的氣體，尚未被加熱，與氣體接觸的管板及容器法蘭的溫度只要150℃左右，而且管板下方還有2層擋板，起隔熱作用。筒體的溫度從氣體進口端到氣體出口端，是由150℃逐步升高至420℃的。由此可知，將該管板的規(guī)劃溫度取與容器殼體相同的規(guī)劃溫度進行規(guī)劃是不合理的。依據(jù)該電加熱器的結(jié)構(gòu)及使用工況，咱們以為能夠?qū)⒐馨宓囊?guī)劃溫度降低，無必要取容器殼體的規(guī)劃溫度。HG/T 20580-2011《鋼制化工容器規(guī)劃根底規(guī)則》第5.0.1條第4款規(guī)則，當容器各部分在作業(yè)狀況下的金屬溫度不同時，可別離設(shè)定各部分的規(guī)劃溫度?？紤]到筒體的熱傳導及電熱元件的傳熱，使管板的溫度高于氣體的溫度，這一溫差估量在30℃左右。所以管板的實踐溫度大約為180℃，再考慮一定的規(guī)劃余量，管板的規(guī)劃溫度取200℃是安全的。容器法蘭與管板為同一狀況，其位置也是在低溫氣體進口的上部，實踐溫度不會高于200℃，所以容器法蘭的規(guī)劃溫度取200℃應(yīng)當是安全的。當容器法蘭的規(guī)劃溫度取200℃時，法蘭的公稱壓力能夠選用PN2.5，法蘭外徑Φ1195 mm，螺柱標準為M27，數(shù)量36件，螺柱原料為40MnB。將上述條件及參數(shù)用SW6核算軟件重新核算，得到管板的規(guī)劃厚度為δ=88 mm。經(jīng)過上述剖析和核算，依據(jù)電加熱器的作業(yè)狀況，別離設(shè)定殼體、管板及容器法蘭的規(guī)劃溫度后，管板的規(guī)劃厚度從124 mm降至88 mm，顯著減薄了管板的厚度，降低了資料的耗費。當然，假如一臺容器上各受壓元件別離設(shè)定了不同的規(guī)劃溫度，在設(shè)備總圖上的規(guī)劃數(shù)據(jù)表中，應(yīng)該將不同的規(guī)劃溫度對應(yīng)的首要受壓元件列出。

關(guān)于電加熱器這種壓力容器，由于介質(zhì)的溫度從進口到出口是逐步升高的，殼體各部分

的金屬溫度不同，所以在進行強度核算時，處于低溫區(qū)域的受壓元件，假如按容器的規(guī)劃溫度核算，所需的厚度較大。能夠依據(jù)作業(yè)狀況，別離確認該元件或許到達的金屬溫度，并設(shè)定其規(guī)劃溫度，然后核算該元件所需的厚度。

本文所述的空氣電加熱器，裝配電熱元件的管板都是在低溫區(qū)域的，即低溫氣體是從接近管板的位置進入電加熱器殼體的，假如氣體進出口的溫差較大，別離設(shè)定管板與殼體的規(guī)劃溫度，則管板的規(guī)劃厚度能夠顯著減小，既可削減資料耗費，又可縮短管板的金加工時間特別是管孔的鉆孔時間。