CN216716178U - 含有柔性管板的多段式蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多段式柔性异形管板蒸汽发生器，是由前管箱、2‑4个蒸发段、蒸发段内的换热管束、管束两端的管板、蒸发段之间的连接管箱及后管箱组成。各蒸发段均通过内置的换热管管束进行换热，各蒸发段之间通过管箱连接，其连接方式可采用焊接连接或法兰连接。每个蒸发段的长度一般控制在6m以内，最热端的蒸发段采用应力分析设计的柔性管板结构；其余蒸发段的管板可采用柔性管板或常规方法设计的管板。蒸发段两端的两块柔性管板之间设置若干钢棒作为拉杆用于管板的固定支撑。

Description

含有柔性管板的多段式蒸汽发生器

技术领域

本实用新型属于能源回收利用装置，具体地说是一种可在大流量、高温、高压条件下稳定运行的具有柔性异形管板结构和多段式设计的蒸汽发生器。

背景技术

在大型制氢、LNG、煤制油等项目装置中，转化设备出口的工艺气温度在700-1000℃，压力为1.5-5MPa.该工艺气需通过蒸汽发生器降温至280～450℃进入下一工艺环节，同时复产中压饱和蒸汽以达到热能回收的目的。在这一工艺流程中，工艺气走管程的异型管板卧式蒸汽发生器已成为主流。这种蒸汽发生器的柔性管板采用应力分析法设计，能有效的降低管壳程之间的二次应力，从而降低设备管板和管接头处的应力。在某些工况下，由于工艺需要，换热管管束的长度往往会比较长。一般认为，当换热管管束长度为5-8.5米时，柔性异型管板的设计会遇到较大困难；当换热管管束大于8.5米时，管壳程之间二次应力无法仅依靠柔性异型管板降低到允许范围内。因此当管束较长时，将增加设计难度，同时也降低了该设备的运行可靠性。

对此，CN201020191230.8公开了大型两级式薄管板废热锅炉是由含肘节的挠性薄管板、前管箱，高温段筒体，高温段换热管管束、中管箱、低温段筒体、低温段换热管管束、后管箱构成，高温段换热管管束置于高温段筒体内，低温段换热管管束置于低温段筒体内，各部件之间均采用焊接连接。含肘节的挠性薄管板分别置于高温段换热管管束两端和低温段换热管管束两端。该实用新型专利在一定程度上提升了废热锅炉的可靠性，满足了15万吨以下的甲醇项目及中等规模合成氨等项目的需要。但是，随着化工设备进一步大型化发展，该专利所涉及的废热锅炉的管壳程之间的依旧会存在过大的二次应力；同时，管板和管接头的连接比较薄弱的缺陷被放大。故该实用新型难以满足如大型制氢装置等当下化工设备的规模进一步扩大、运行工况更加恶劣、稳定性要求更高后的需求。另外，多块管板的综合应力分析设计非常复杂，一般需要在大型工作站上进行反复模拟计算，加大了设计成本和设计难度，也延长了设计时间，不易满足目前设备的工期需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可在大型制氢装置等环境下，长期稳定运行的采用柔性异形管板和多段式设计的蒸汽发生器。以解决现有设备存在的二次应力过大，管板和管接头的连接比较薄弱的缺点。

本实用新型的目的是通过以下措施来实现：

一种含有柔性管板的多段式蒸汽发生器，含有蒸发段筒体、管箱筒体、换热管管束、管板，其特征蒸汽发生器由2-4个蒸发段组成，每个蒸发段控制在6m以内，各蒸发段均通过筒体内置的换热管管束进行换热，各蒸发段彼此之间通过管箱连接，其连接方式可采用焊接连接或法兰连接；至少最热端的蒸发段管板采用的是柔性异形管板，其结构为：柔性异形管板由带弧边的管板和管板异形件组成，带弧边的管板的弧边半径在60～150mm之间；其厚度在15～40mm；带弧边的管板通过管板异形件与蒸发段筒体相接；管板异形件近管箱侧剖面呈U形，U型外侧与管箱筒体焊接连接，U型内侧与带弧边的管板焊接连接；管板异形件U形底部，远离管箱侧剖面呈梯形，由管箱筒体梯形斜边过渡至蒸发段筒体，并与蒸发段筒体焊接连接。

本实用新型中最热端的蒸发段采用应力分析设计的独具特性的柔性异形管板结构，其余蒸发段的管板也可采用本实用新型的柔性异形管板，同时也不排除使用常规结构的管板。

该独具特性的柔性异形管板由带弧边的管板和管板异形件组成。带弧边的管板的弧边相对一般管板大很多，弧边半径在60～150mm之间；其厚度在15～40mm，远小于一般管板。管板异形件近管箱侧剖面呈U形，U形的U口尺寸最好在60-120mm之间；U形的弧边内侧半径最好为15-40mm；U型外侧与管箱筒体焊接连接，U型内侧与带弧边的管板焊接连接，管板异形件U形底部，远离管箱侧剖面呈梯形，远离管箱侧剖面呈梯形，由管箱筒体梯形斜边过渡至蒸发段筒体，并与蒸发段筒体焊接连接；管板异形件结构突变处全部圆滑过渡；管板异形件由管箱筒体梯形的斜边过渡至蒸发段筒体，其斜边与蒸发段筒体的角度最好为18-35°。该结构的管板可随设备实际受到的压力载荷及热载荷的变化依照安定性法则发生局部尺寸的微小非线性的塑性形变，从而吸收二次应力；带弧边的管板拥有较大的圆弧，提高能承受微小变形的变形量，同时使局部塑性形变能够控制在较小范围内且不发生应力集中现象。管板异形件起连接各部件，其剖面呈梯形的部分，能承受较大的弯曲应力，起到稳固及平衡各部件之间的应力的作用。

本实用新型中，换热管管束全部或部分采用厚壁管，壁厚不小于3mm，最好同时两块管板之间再设置若干钢棒作为拉杆，该拉杆和厚壁换热管一起用于管板的固定支撑，拉杆和两块管板之间可选用焊接连接或铆接。由此，进一步提高了管板可承受的负荷，提高了设备的稳定性。

本实用新型的优点和产生的有益效果：

与原有技术相比，本实用新型开发研制的多段式柔性管板蒸汽发生器解决了化工设备进一步大型化发展后，传统设备存在的二次应力过大、管板管接头连接处较薄弱的弱点，能满足在大型制氢装置等苛刻环境下蒸汽发生器稳定运行的需求。

与原技术相比，本实用新型所涉及的柔性异形管板结构大大减少了相关国家和行业标准中推荐使用的传统管板边缘存在的应力集中现象，同时大大减少了传统管板沿厚度方向温度梯度过大的现象。与CN201020191230.8提及的带扳边的挠性薄管板相比，柔性异形管板拥有更大的弹性变形能力，并允许局部微小区域发生一定的塑性变形；可更加有效的补偿壳体和换热管管束之间的热膨胀差，进一步降低由温度梯度产生的热应力；同时，可承受一定弯曲应力，避免了设备进一步大型化之后存在的弯曲应力过大的问题。

与原技术相比，为进一步降低管板和管接头焊接处的负荷，在蒸发段的两块管板之间增加若干钢棒作为拉杆，该拉杆和普通换热设备中作为支持板固定用的拉杆有本质区别，该拉杆和厚壁换热管一起用于管板的固定支撑，从而减轻换热管管束当做管板的固定支撑的负担，使管板整体应力更加均布。钢棒在安装时需要按照应力分析结果给予-40～-120MPa的预紧力。钢棒和两块管板之间可选用焊接连接或铆接。由此，改变了传统柔性管板仅依靠换热管管束支撑的传统做法，增加了管板可承受的载荷，提高了设备的稳定性。

与原技术相比，进一步将蒸发段数量增加到2-4段，降低了每一段的管长。从而当工艺上需要管束总长在8-15米的情况下依旧能采用该结构的蒸汽发生器。同时，由于换热管和筒体之间的二次应力进一步降低，使低温段可采用常规设计方法设计，避免了需采用高性能工作站才可进行的多块管板的综合应力分析模拟运算，降低了设计成本和设计难度，减少了设计时间，从而满足了当前各项目越来越短的设备工期需求。解决了随着化工设备进一步大型化发展，现有设备存在的二次应力过大，管板和管接头的连接比较薄弱的缺点。

附图说明

图1为应用本实用新型的一种多段式柔性管板蒸汽发生器的结构示意图；

图2为应用本实用新型的柔性异形管板示意图。

图中：

1-前管箱；2-蒸发段；3-换热管管束；4-柔性异形管板；5-连接管箱；6-后管箱；7-带弧边的管板；8-管箱筒体；9-管板异形件；10-蒸发段筒体；11-拉杆。

具体实施方式

如图1所示，一种含有柔性管板的多段式蒸汽发生器，由前管箱（1）、3个蒸发段（2）、蒸发段内的换热管管束（3）、管束两端的管板（4）、蒸发段之间的连接管箱（5）及后管箱（6）组成，各部件之间均采用焊接连接。

含有柔性管板的多段式蒸汽发生器采用三段式设计，即包括3个蒸发段（2）：如图1从左到右，依次为第一蒸发段、第二蒸发段和第三蒸发段；第一段蒸发段为高温蒸发段，第二段为中温蒸发段，第三段为低温蒸发段，每段之间通过连接管箱（5）连接。温度850℃±50℃，压力2.7MPa的高温高压工艺气由设备前端的工艺气入口经前管箱（1）进入第一蒸发段，温度降低到500℃±50℃；然后经过连接管箱进入第二蒸发段，温度进一步降低至380±50℃；最后经过连接管箱进入第三蒸发段，温度进一步降低至～300℃.之后经后管箱（6）由工艺气出口进入下一步工艺流程。在各蒸发段内，饱和水吸热后沸腾产生4.0MPa的中压蒸汽。

第一蒸发段和第二蒸发段采用柔性异形管板，柔性异形管板位于蒸发段的两端。

如图2所示，柔性异形管板由带弧边的管板（7）、管板异形件（9）组成。柔性异形管板带弧边弧边半径为100mm；厚度32mm。管板异形件近管箱侧剖开局部呈U形，U形的U口尺寸为80mm；U形的弧边内侧半径20mm；U型外侧与管箱筒体焊接连接，U型内侧与带弧边的管板焊接连接，管板异形件远离管箱侧与蒸发段筒体焊接连接；管板异形件突变处全部圆滑过渡；管板异形件呈梯形处的梯形斜边与蒸发段筒体的角度为20°。该管板能承受住设备管板出较大的弯曲应力，吸收管壳程之间膨胀差，减少管板和管接头处承受的二次应力。

Claims (6)

1.一种含有柔性管板的多段式蒸汽发生器，含有蒸发段筒体、管箱筒体、换热管管束、管板，其特征蒸汽发生器由2-4个蒸发段组成，每个蒸发段控制在6m以内，各蒸发段均通过筒体内置的换热管管束进行换热，各蒸发段彼此之间通过管箱连接，其连接方式采用焊接连接或法兰连接；至少最热端的蒸发段管板采用的是柔性异形管板，其结构为：柔性异形管板由带弧边的管板和管板异形件组成，带弧边的管板的弧边半径在60～150mm之间；其厚度在15～40mm；带弧边的管板通过管板异形件与蒸发段筒体相接；管板异形件近管箱侧剖面呈U形，U型外侧与管箱筒体焊接连接，U型内侧与带弧边的管板焊接连接；管板异形件U形底部，远离管箱侧剖面呈梯形，由梯形斜边过渡至蒸发段筒体，并与蒸发段筒体焊接连接。

2.根据权利要求1所述的多段式蒸汽发生器，其特征在于柔性异形管板的管板异形件近管板侧剖面呈U形，U形的U口尺寸在60-120mm之间；U形的弧边内侧半径15-40mm。

3.根据权利要求1所述的多段式蒸汽发生器，其特征在于管板异形件U形底部，远离管箱侧剖面呈梯形，由管箱筒体梯形的斜边过渡至蒸发段壳体筒体，其斜边与蒸发段筒体壳体的角度为18-35°。

4.根据权利要求1所述的多段式蒸汽发生器，其特征在于：换热管管束全部或部分采用不小于3mm的厚壁管。

5.根据权利要求1所述的多段式蒸汽发生器，其特征在于：蒸发段的两块管板之间设置若干拉杆，该拉杆和厚壁换热管一起用于管板的固定支撑。

6.根据权利要求1所述的多段式蒸汽发生器，其特征在于：拉杆和两块管板之间使用焊接连接或铆接。

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