【正文】 粗苯深加工將向大型精苯生產(chǎn)裝置逐轉(zhuǎn)移。2 我國(guó)焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 產(chǎn)需逐年增長(zhǎng)。但是，酸洗法工藝生產(chǎn)的苯的純度低，而且不能有效分離甲苯、二甲苯。按照上述60%的回收率數(shù)據(jù)估算，20032005年全國(guó)的粗苯產(chǎn)量分別為76萬噸、96萬噸和122萬噸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，%；，同比增長(zhǎng)27%。因此，煤的綜合加工對(duì)合理利用我國(guó)煤炭資源，提高經(jīng)濟(jì)收益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。良好的換熱設(shè)備對(duì)提高粗苯工段效益有著非常重要的影響，故選擇合適的換熱器至關(guān)重要。我國(guó)焦炭產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)為粗苯生產(chǎn)的發(fā)展提供了可靠的先決條件。2004年、2005年我國(guó)粗苯產(chǎn)量同比增長(zhǎng)都在26%以上，和焦炭生產(chǎn)同步增長(zhǎng)。苯加氫工藝則不同，裝置投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)，但是生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，生產(chǎn)的苯純度高，與石油苯產(chǎn)品性能基本沒有差異，能實(shí)現(xiàn)與甲苯、二甲苯等的有效分離，代表了粗苯加工精制的發(fā)展方向。粗苯收率和全國(guó)焦化行業(yè)的回收率逐年提高。國(guó)內(nèi)小型粗苯深加工的精苯裝置多采用酸洗法生產(chǎn)工藝，不但無法實(shí)現(xiàn)多種化工產(chǎn)品的有效分離和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，而且產(chǎn)品質(zhì)量低，生產(chǎn)成本高，銷售價(jià)格上不去，很難與大型精苯裝置競(jìng)爭(zhēng)。但是有的熱交換器中也有多種溫度不同的流體在其中傳熱的，例如空分裝置中的可逆式板翅式換熱器。熱量從高溫度區(qū)移動(dòng)的過程稱為熱量傳遞，稱為傳熱。 換熱器的分類換熱器的類型隨著工業(yè)發(fā)展而擴(kuò)大，早期的換熱設(shè)備由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，多有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱面積小和體積較大等特征，如夾套式和蛇管式等。隨著近代科技的發(fā)展（如高溫高壓、高速、低溫、超低溫）等，又促使了高強(qiáng)度、高效率的緊湊換熱器層出不窮?；炝魇剑簝煞N流體在流動(dòng)過程中既有順流部分，又有逆流部分。蓄熱器內(nèi)裝有固體填充物（如耐火磚等），冷、熱流體交替流過蓄熱器，利用固體填充物來積蓄和釋放熱量，從而達(dá)到換熱的目的。按強(qiáng)化傳熱原件分類：螺紋管換熱器、波紋管式換熱器、異形管換熱器、表面多孔管式換熱器、螺旋扁管式換熱器、螺旋槽管式換熱器、環(huán)槽管式換熱器、縱槽管式換熱器、翅管式換熱器、螺旋繞管式換熱器、T型翅片管式換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒管換熱器。型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。型管殼式換熱器、浮頭式換熱器每一外殼容積為1m179。通常在化工生產(chǎn)的建設(shè)中，換熱器約占總投資的10～20%。在換熱設(shè)備中，應(yīng)用最廣泛的是管殼式換熱器。由于現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)規(guī)模日益增大，換熱設(shè)備也相應(yīng)向大型化方向發(fā)展，以降低動(dòng)力消耗，減少占地面積和金屬消耗。現(xiàn)在，板翅式換熱器又成功地應(yīng)用于天然氣加工過程中，如進(jìn)料氣冷卻器、部分冷凝器、底部蒸發(fā)器和壓縮機(jī)的中間冷卻器等。石墨換熱器已在許多國(guó)家中得到廣泛地應(yīng)用，如用來處理鹽酸、硫酸等腐蝕性介質(zhì)。近些年，隨著板式換熱器技術(shù)的改進(jìn)，很多板式換熱器表現(xiàn)出他優(yōu)良的性能，焦化廠中的貧富油換熱器目前主流的是螺旋板式換熱器。 焊縫較長(zhǎng)，易泄漏，易產(chǎn)生壓力腐蝕； 易結(jié)垢場(chǎng)合嚴(yán)禁使用。根據(jù)《化工工程師技術(shù)全書》，采用正三角形排管方式，對(duì)于?19mm2mm的換熱管采用管心距： （）取單管程： 管數(shù)： 根 （） 管長(zhǎng)： （）由于管長(zhǎng)太長(zhǎng)，容易堵塞、彎曲、且換熱器外形太細(xì)長(zhǎng)，需要用多管程。重新計(jì)算殼體直徑： 取K=150 W/(m2正三角形排列是取F=，正方形排列時(shí)取F=，組合排列時(shí)取F=。排列方式：正角三角形折流板形式：?jiǎn)喂?，上下排列，切口高?00mm，間距：600mm折流板數(shù)：6殼體內(nèi)徑：800mm中心排管數(shù)：263 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計(jì)算如下。根據(jù)《壓力容器手冊(cè)》，勞動(dòng)人事出版社查得在常溫條件下材料的許用應(yīng)力[σ]t=170 Mpa，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。短節(jié)部分的厚度取與封頭厚度相同，為14mm。開孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來隱患。開孔直徑滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。各種排列圖如下：在此設(shè)計(jì)中，選擇正三角形排列，主要考慮可以裝入較多的換熱管，提高換熱器的緊湊性。由于所選擇的換熱器是4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。、管箱法蘭及墊片換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算，在此不作討論。管程各尺寸：D=284，f1=2；f2=；f3=，W=239，X=259，Y=260 Z=238，K=295，L=22，n=8， C=24，N=234，S=，H1=16，R=8，H=62；選M24的螺栓。（2）、只有殼程壓力，管程設(shè)計(jì)壓力為零： 按照 值，以及 查GB1511999中的圖24（a）得到：校核通過。排氣、排液接管的端部必須與殼體或管箱殼休內(nèi)壁平齊。在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。 拉桿的直徑、數(shù)量及布置拉桿—端用螺紋擰入管扳、中間用定距管將折流板(或支持扳)固定．最后一塊流板(或支持板)：，： 拉桿的參數(shù)：拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dnＬaＬbb拉桿的數(shù)量121220≥6028其中拉桿的長(zhǎng)度L按需要確定。因此，本設(shè)計(jì)中不需要設(shè)置防沖板。取 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算（1）球冠形封頭按GB1501998第6章“外壓圓筒和外壓球殼”進(jìn)行外壓計(jì)算，即將球冠形封頭當(dāng)作球殼進(jìn)行計(jì)算，具體過程如下：假設(shè)，由于材料是，腐蝕裕量，則； （）故； 所以 （）查GB1501998表64可知，此時(shí)許用外壓力為： （）故不合適，重選。（2）浮頭法蘭厚度的計(jì)算可按上表進(jìn)行，由于管程與殼程的設(shè)計(jì)壓力相等，設(shè)計(jì)溫度也相等，因此計(jì)算結(jié)果完全相同，因此，選擇浮頭法蘭厚度為：鉤圈的型式可以查找GB1511999選擇，選擇B型鉤圈，圖示如下：其設(shè)計(jì)厚度可以按照下式計(jì)算：其中：——鉤圈設(shè)計(jì)厚度，mm； ——浮動(dòng)管板厚度，mm；殼體內(nèi)徑：根據(jù)JBT (重型)型鞍式支座（120176。球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力作用下和殼程壓力作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。若對(duì)于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。并且弓形折流板圓頂部位曾設(shè)一個(gè)排氣的缺口。取接管外伸長(zhǎng)度如下：貧油進(jìn)出口接管外伸長(zhǎng)度為200mm；富油進(jìn)出口接管外伸長(zhǎng)度為200mm；排氣口,排液口接管外伸長(zhǎng)度為200mm。l＝換熱管與管板連接的拉脫力：換熱管與管板連接的拉脫力： （） 合格。在本設(shè)計(jì)中選擇B系列。選定固定端的管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件16Mn，：根據(jù)JB47032000長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的表2查得法蘭的公稱直徑為800mm，： DN800長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對(duì)接筒體最小厚度DD1D2D3D4　Hhaa1　　Rd規(guī)格數(shù)量8009959408988888857015042211822321530M274016根據(jù)JB89788，雙頭螺柱表一，本設(shè)計(jì)選擇螺柱的形式為B型，螺紋長(zhǎng)度為65mm，總長(zhǎng)度選擇350mm規(guī)格。換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。排管時(shí)需要注意：拉桿應(yīng)該盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊的位置處布置拉桿，其間距小于或等于700mm。 則補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為：考慮到鋼板的厚度負(fù)偏差并經(jīng)過圓整后，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為15mm。由于管程出入口公稱直徑均為200mm，殼程的出入口公稱直徑為80mm，按照厚度系列，可以選擇管程接管的規(guī)格為φ2198，殼程接管的規(guī)格為φ898，接管的材料選為20號(hào)鋼。為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須進(jìn)行水壓來檢驗(yàn)圓筒的薄膜應(yīng)力：水壓試驗(yàn)合格左端管箱的公稱尺寸為DN800，選擇長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，根據(jù)JB/T 4703。管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開計(jì)算。由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。 換熱管壁溫計(jì)算符號(hào)說明：——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總傳熱系數(shù)， W/（m估算殼體直徑D：取與之相近的殼體公稱直徑：D=800mm相應(yīng)的折流板圓缺高度為：h==200mm相應(yīng)的折流板間距為：B==800=640mm，取標(biāo)準(zhǔn)間距B=600mm。計(jì)算接管尺寸：取富油的流速為：，對(duì)于殼程而言，管內(nèi)徑：根據(jù)《過程裝備成套技術(shù)》管的公稱直徑選擇 D2=80mm對(duì)于管程而言：根據(jù)《過程裝備成套技術(shù)》管的公稱直徑選擇：以外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)的計(jì)算公式： （）其中：（1） 管程傳熱膜系數(shù)：（2） 管程流體流通截面積： （3） 管程的實(shí)際流速： 故初選型號(hào)時(shí)所選取的貧油流速過高，重新選定：取u1= m/s，則單程管數(shù)為： 單程管長(zhǎng)： 每程管長(zhǎng)為：l=，則管程數(shù)為： 管數(shù)為 1102=220根由于總管數(shù)沒有變動(dòng)，所以，殼體直徑D=600mm。2 焦化廠貧富油換熱裝置工藝計(jì)算本設(shè)計(jì)換熱器為焦化廠年產(chǎn)150千噸貧油和富油的熱交換裝置，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)如下： 貧油流量： 貧油操作壓力： 貧油入口溫度：170℃； 出口溫度：110℃ 富油操作壓力： 富油入口溫度：70℃； 出口溫度：120℃： 介質(zhì)貧油富油入口溫度170℃70℃出口溫度110℃120℃壓力流量 kg/h定性溫度：定性溫度可以取流體進(jìn)出口的平均溫度：管程貧油的定性溫度： ()殼程富油的定性溫度： ()已知焦化廠貧油在140℃下的物性參數(shù)： 富油在85℃下的物性參數(shù)： 初步確定使用浮頭式換熱器；選用φ192的錳合金鋼16Mn；雖然貧油在冷凝時(shí)容易結(jié)構(gòu)，但是由于連續(xù)處于高溫環(huán)境，故不易結(jié)垢，因此選擇貧油走管程，富油走殼程；，；。一、優(yōu)點(diǎn) 可以做到全逆流流動(dòng)，傳熱效率高，比管殼式換熱器高1倍以上； 結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積傳熱面積180㎡/在其它新型換熱器的應(yīng)用中，值得提出的為熱管。目前螺旋板換熱器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用也日趨廣泛。近十余年來，另一種高效、緊湊式的新型換熱設(shè)備之一，即板式換熱器，已發(fā)展成為一種重要的化工設(shè)備。尤其在化工生產(chǎn)中，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，它在所有的換熱設(shè)備中，仍占主導(dǎo)地位。換熱器就是用來進(jìn)行這些傳遞過程的設(shè)備，通過這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。這對(duì)于換熱介質(zhì)容易產(chǎn)生沉積的物料就顯得尤為重要。 板式換熱器由于板式換熱器的傳熱面上可以壓出凹凸形排液槽,在較低的雷諾數(shù)條件下既可出現(xiàn)紊流狀態(tài),故換熱系數(shù)較高,一般可達(dá)30005000K/㎡U型管殼式換熱器就是克服此缺點(diǎn)將管子做