脱氢液/乙苯过热器失效原因分析及技术改进

摘要

脱氢液/乙苯过热器(EA-304)是齐鲁分公司苯乙烯装置乙苯脱氢单元的关键换热设备，山日本住友重工株式会社制造。1992年投用后小到四年，即出现高温端管板与换热管的焊接接头多处开裂、泄漏故障，虽经多次维修并进行了次整体更新，设备开裂、泄漏问题未能彻底解决，成为制约苯乙烯装置安稳运行的瓶颈。本文结合装置生产实际，分析确认了设符失效的根本原因，并提出了相应的技术改进方案，即：将设备材质山2.25Cr-1Mo改为0Cr18Ni9，消除了材质在工作滥度下存在的高温回火脆化问题；利用应力分析方法进行管板设计，减少管板厚度，改善了换热管与管板焊接接头受力状况，降低了换热管与管板内孔焊施工难度；改进滑动管板结构，增加滑动管板与壳体的设计间隙，增设辅助滑块，使滑动管板易于滑动；针对设备材质改变后壳体热膨胀量增加的实际，通过增设壳体波纹膨胀节和固定支座等措施，保证丫整个系统热力平衡。通过技术改进制作的新设备投用后，过热器壳程和管程出入口温差得剑优化，提高了设备换热效果；壳程前后乙苯质量分数差值达到工艺要求，设符内漏量减少，装置经济效益得到大幅提高。工业应用证明技术改进获得成功。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 苯乙烯生产工艺介绍

1.2 齐鲁苯乙烯装置简介

1.2.1 烷基化单元生产工艺

1.2.2 乙苯精馏单元生产工艺

1.2.3 乙苯脱氢单元生产工艺

1.2.4 苯乙烯精馏单元生产工艺

1.3 脱氢液/乙苯过执器介绍

1.3.1 脱氢液/乙苯过热器工艺描述

1.3.2 脱氢液/乙苯过热器设备描述

1.4 小章小结

第二章 研究内容及文献综述

2.1 项目来源及意义

2.2 研究内容及目标

2.2.1 研究内容

2.2.2 研究目标

2.3 小课题相关领域的背景知识、研究状况和前沿发展情况

2.3.1 换热器的分类

2.3.2 管壳式换热器的构造与型式

2.3.3 管板与换热管的连接方式

2.3.4 换热器的失效型式

2.3.5 铬钼钢的回火脆化问题

2.3.6 管极强度设计方法比较

2.4 国内外 开展的针对性工作

2.5 本章小结

第三章 EA304设备失效原因分析

3.1 设备故章描述

3.2 设备失效原因分析

3.2.1 滑动管板与筒体设计径向间隙小够

3.2.2 所用材料产生间火脆化

3.3 庙备失效机理

3.4 小单小结

第四章 EA304管板应力分析设计

4.1EA304技术改进思路

4.2 应力分析设计准则

4.3 换热器管板分析设计准则的考虑因素

4.4 管板分析设计考虑工况和应力评定准则

4.4.1 管板分析设计考虑工况

4.4.2 分析设计应力评定准则

4.5 EA304管极表面温差计算

4.5.1 管扳表面温差对管扳应力的影响

4.5.2 EA304管板表面温差的近似计算

4.6 EA304管板计算简化模型

4.6.1 EA304简化结构模型

4.6.2 EA304简化力学模型

4.7 原EA304换热器竹板应力分析

4.7.1 原EA304管板分析计算

4.7.2 原EA304管板应力分析结果比较

4.8 研制EA304管极分析设计

4.8.1 研制EA304管极分析计算

4.8.2 研制EA304管板应力分析结果比较

4.9 应用GB151-1999进行管板比较计算

4.10 小章小结

第五章 EA304技术改进措施

5.1 技术改进主要内容

5.2 合理选择设备主体材质

5.2.1 设备选材

5.2.2 管材、板材和焊接材料技术要求

5.3 改进滑动端结构

5.3.1 合理设计滑动管板与壳体的间隙

5.3.2 增设支撑滑块

5.4 应用分析设计方法，减小管板厚度

5.5 换热管与管板连接设计与制作

5.5.1 换热管与管板连接结构选择

5.5.2 内孔焊结构特点及改进

5.5.3 研制划应力槽专用刀具

5.5.4 改进焊接设备

5.5.5 优化焊接工艺，保证焊接质量

5.6 改进壳体结构，增设热膨胀补偿器

5.6.1 壳体轴向热膨胀计算比较

5.6.2 增设两组热膨胀补偿器

5.6.3 执嘭胀补偿器结构

5.7 技术改进设备的工业应用

5.8 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

作者和导师

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书