認(rèn)知管殼式余熱鍋爐

趙強(qiáng)

摘 要：管殼式余熱鍋爐分屬鍋爐和壓力容器兩種不同范疇，從介質(zhì)特性、選材、結(jié)構(gòu)和主要元件設(shè)計(jì)計(jì)算方式等方面闡述兩種類(lèi)型的各自特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鍋殼式余熱鍋爐；鍋爐和壓力容器；介質(zhì)特性；結(jié)構(gòu)

1 介質(zhì)特點(diǎn)

管殼式余熱鍋爐的殼程介質(zhì)比較簡(jiǎn)單，基本為水和飽和蒸汽，但管程介質(zhì)的高溫?zé)煔鈪s種類(lèi)繁多。同時(shí)壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐相對(duì)于鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐，其管程煙氣成分更復(fù)雜危險(xiǎn)。

1.1 鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐煙氣有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

①熱負(fù)荷不穩(wěn)定，會(huì)隨著生產(chǎn)周期的變化而變化。②煙氣含塵量大。③有腐蝕性，但腐蝕性強(qiáng)烈的介質(zhì)含量極少，腐蝕性較弱。④煙氣壓力一般都接近常壓。

1.2壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐煙氣有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

①煙氣介質(zhì)種類(lèi)多，腐蝕性、毒性及爆炸性危害程度多種多樣。

如制氫轉(zhuǎn)化氣中含有一定量的氫，對(duì)管箱筒體、換熱管、管板存在氫腐蝕的可能，同時(shí)氫屬于易爆介質(zhì)。

②露點(diǎn)溫度高，容易對(duì)設(shè)備造成結(jié)露腐蝕。

一些煙氣含水蒸氣及SO2、SO3、NOX等酸性腐蝕介質(zhì)，形成酸霧導(dǎo)致露點(diǎn)溫度升高，有的會(huì)到200℃以上。

③容易堵塞換熱管。煙氣露點(diǎn)腐蝕會(huì)使煙灰附著在管壁內(nèi)，造成管束快速煙塵堵塞。在還原性氣體（如H2、CO等）中，當(dāng)氣體溫度大于800℃時(shí)，余熱鍋爐可能因非金屬襯里中的SiO2和Fe2O3含量較多，而使襯里被侵蝕產(chǎn)生空穴和析出SiO2引起換熱管堵塞。另外煙氣介質(zhì)可能會(huì)有凝結(jié)液體，不能順利排出的凝結(jié)液會(huì)堵塞換熱管。

④介質(zhì)的壓力范圍相對(duì)較大。如硫磺燃燒后的余熱鍋爐煙氣壓力為微正壓，合成氨生產(chǎn)中重油汽化爐后的余熱鍋爐壓力為3.2～4.0MPa。

2 主要材料

鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐因其管程煙氣成分相對(duì)簡(jiǎn)單，腐蝕性及毒性等較低，一般選擇質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、便于制造的材料，需要注意管殼式余熱鍋爐所屬的鍋爐或壓力容器規(guī)范中相近的材料不得隨意代用。

3 結(jié)構(gòu)及主要受壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算

管殼式余熱鍋爐常用的結(jié)構(gòu)有鍋殼和汽包組成的雙鍋筒式和殼程內(nèi)設(shè)有蒸發(fā)空間的單鍋筒式。鍋殼兩端一般為撓性薄管板。另外壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐中還有浮頭式、U形管式等結(jié)構(gòu)形式。各主要受壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算如下：

3.1 鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐

筒體壁厚計(jì)算按GB/T 16508-1996標(biāo)準(zhǔn)中4.2計(jì)算公式。封頭壁厚計(jì)算按GB/T 16508-1996標(biāo)準(zhǔn)中6.2計(jì)算公式?？紤]腐蝕減薄的附加厚度一般取0.5mm，若腐蝕減薄量超過(guò)0.5mm，則取設(shè)計(jì)可能的腐蝕減薄值。折邊撓性管板壁厚的計(jì)算按GB/T 16508-1996標(biāo)準(zhǔn)中7.2計(jì)算公式。

3.2 壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐

余熱鍋爐筒體及封頭結(jié)構(gòu)應(yīng)符合GB 150的有關(guān)規(guī)定，帶雙鞍座汽包殼體還應(yīng)符合JB/T 4731的有關(guān)規(guī)定。筒體計(jì)算按GB 150.3-2011標(biāo)準(zhǔn)中3.3的公式。汽包的封頭一般采用長(zhǎng)短軸比值為2的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭計(jì)算公式按GB 150.3-2011標(biāo)準(zhǔn)中5.3.2的公式。接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)按GB 150進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果考慮是否設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)圈，此外，宜選用厚壁管或整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件補(bǔ)強(qiáng)，也可采用增加筒體或封頭整體壁厚的補(bǔ)強(qiáng)形式。筒體及封頭的取用厚度按SH/T3158標(biāo)準(zhǔn)中表13的規(guī)定。折邊撓性管板的計(jì)算到目前為止尚無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算公式，可按GB 150.3-2011標(biāo)準(zhǔn)中5.12.3受拉撐的板厚計(jì)算公式5-51，也可按SH/T3158或GB/T 16508-1996中相應(yīng)的計(jì)算公式。管板過(guò)渡段的折邊內(nèi)半徑不應(yīng)小于二倍板厚，且至少應(yīng)為38mm。換熱管與管板連接宜采用強(qiáng)度焊加貼脹的結(jié)構(gòu)形式，且應(yīng)先貼脹后強(qiáng)度焊。當(dāng)管程介質(zhì)溫度小于600℃時(shí)，換熱管與管板連接可只采用強(qiáng)度焊結(jié)構(gòu)形式。管板管孔的焊接接頭坡口采用U形或V形坡口形式，焊縫高度應(yīng)不小于換熱管壁厚加3mm，對(duì)于管程介質(zhì)溫度不小于900℃的場(chǎng)合，管程介質(zhì)多含有硫蒸汽，應(yīng)將伸出管板焊縫高度控制在0.5～1.0mm，目的是盡量降低管頭的最高溫度。當(dāng)用于煙溫600～900℃的部位時(shí)，換熱管管端伸出焊縫長(zhǎng)度不大于1.5mm，當(dāng)用于煙溫不大于600℃的部位時(shí)，管端超出焊縫的長(zhǎng)度可放大至5mm。余熱鍋爐各主要元件的腐蝕余量的選取參考SH/T3158標(biāo)準(zhǔn)中表2規(guī)定。鍋爐筒體或封頭上應(yīng)開(kāi)設(shè)人孔，汽包上應(yīng)至少開(kāi)設(shè)一個(gè)公稱(chēng)直徑不小于400mm的圓形人孔，且宜開(kāi)設(shè)在封頭上。余熱鍋爐宜選用帶頸對(duì)焊法蘭人孔，按HG/T21514～21535選取。

4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 設(shè)計(jì)管殼式余熱鍋爐應(yīng)先確定設(shè)備所屬范疇，根據(jù)各自范疇所遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)

鍋爐范疇的管殼式余熱鍋爐主要設(shè)計(jì)規(guī)范為T(mén)SG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，GB/T 16508-1996《鍋殼鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》等。壓力容器范疇的管殼式余熱鍋爐主要設(shè)計(jì)規(guī)范為T(mén)SG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB 150-2011《壓力容器》、GB 151-1999《管殼式換熱器》、SH/T3158-2009《石油化工管殼式余熱鍋爐》等。

4.2 對(duì)一些特殊介質(zhì)及工況采取的措施

①在高溫還原性氣體（如H2、CO等）中，控制余熱鍋爐非金屬襯里中的硅和鐵的含量，其中SiO2不大于0.5%，F(xiàn)e2O3含量不大于0.4%。以防止襯里被侵蝕產(chǎn)生空穴和析出SiO2引起換熱管堵塞。

②對(duì)于煙氣冷卻過(guò)程中有冷凝液產(chǎn)生的余熱鍋爐，應(yīng)使換熱管有一定傾斜角度，使冷凝的液體能順利排出。

③對(duì)碳素鋼換熱管與碳素鋼管板或與Q345R管板間的連接接頭，當(dāng)與含硫、硫化氫介質(zhì)接觸時(shí)，為防止換熱管頭與硫、硫化氫介質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的高溫硫腐蝕，應(yīng)控制管頭最高溫度不超過(guò)370℃。

④對(duì)于壓力較高的余熱鍋爐，應(yīng)校核換熱管與管板連接焊縫的剪切強(qiáng)度。當(dāng)管程壓力較高時(shí)還應(yīng)校核換熱管的軸向穩(wěn)定。

⑤對(duì)于煙氣介質(zhì)會(huì)生成酸霧等使露點(diǎn)溫度較高的余熱鍋爐，應(yīng)根據(jù)計(jì)算的露點(diǎn)溫度確定殼程最低運(yùn)行壓力，確保煙氣接觸面壁溫大于露點(diǎn)溫度。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 150-2011壓力容器.

[2]SH/T 3158-2009石油化工管殼式余熱鍋爐.

[3]TSG G0001-2012鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.

[4]GB/T 16508-1996鍋殼鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算.