趙宏偉

(山西陽煤化工機械(集團(tuán))有限公司，山西 太原 030032)

直接接觸水冷器是氧化鋁蒸發(fā)系統(tǒng)中的關(guān)鍵輔機設(shè)備，對保證蒸發(fā)系統(tǒng)安全運行的經(jīng)濟性具有十分重要的作用。蒸發(fā)系統(tǒng)的真空是借助于直接接觸水冷器來達(dá)到的。即將蒸發(fā)所產(chǎn)生的蒸汽送入直接接觸水冷器進(jìn)行冷凝[1]。目前國內(nèi)氧化鋁進(jìn)行冷凝時采用的是工業(yè)用水。合理并節(jié)約利用水資源一直是人類追求的目標(biāo)，據(jù)統(tǒng)計，地球上海洋水約占97.5%，淡水僅占2.5%，在淡水資源中工業(yè)用水又占去20%，若能用海洋水代替淡水來進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，那么將會節(jié)約出更多的淡水來作生活用水，這將是全人類的福音，而且對于海洋水資源相當(dāng)豐富的沿海城市來說，若能將海洋水利用到工業(yè)生產(chǎn)中，這能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，而且也順應(yīng)了當(dāng)代低碳、綠色、節(jié)能、環(huán)保的時代追求。在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中如何設(shè)計一套能夠利用海洋水進(jìn)行蒸汽冷凝的水冷設(shè)備是目前需要解決的一個問題[2]。

1 設(shè)備主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)

設(shè)備主要包括上封頭、筒體、錐形封頭、裙座、軸式吊耳、加強圈等。設(shè)備殼體上設(shè)置有不凝性氣體出口、冷卻水進(jìn)口、蒸汽進(jìn)口、冷卻水出口、備用口、人孔等管口。設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有旋流溢流裝置、一次分散器、二次分散器、防渦流裝置等。

設(shè)備公稱直徑為DN4200 mm，主要尺寸及結(jié)構(gòu)見圖1。設(shè)備的設(shè)計參數(shù)見表1，管口表見表2。

表1 設(shè)備設(shè)計參數(shù)

表2 設(shè)備管口表

圖1 鈦制立式直接接觸水冷器(mm)

2 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)型式選擇

由于設(shè)備的介質(zhì)為海水，且鈦材及其合金與不銹鋼相比，容易鈍化，可形成抗氯離子腐蝕較強的氧化膜，故鈦材及其合金對海水具有良好的耐腐蝕性能。本設(shè)備公稱直徑為DN4 200 mm，采用全鈦材即不經(jīng)濟也不合理。本設(shè)備的工作壓力為-0.088 MPa，由于是負(fù)壓，故采用襯鈦結(jié)構(gòu)也不合適。因此，從整體的經(jīng)濟性和安全性綜合來考慮，采用鈦-鋼復(fù)合板較為合理。

3 設(shè)備筒體縱、環(huán)焊縫接頭結(jié)構(gòu)和T字焊縫接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)備筒體縱、環(huán)焊縫接頭結(jié)構(gòu)和T字焊縫接頭結(jié)構(gòu)在JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)給出詳細(xì)結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照J(rèn)B/T4745-2002《鈦制焊接容器》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計。

4 零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于本設(shè)備工作壓力為-0.088 MPa，工作溫度為48 ℃，應(yīng)按JB/T4745-2002標(biāo)準(zhǔn)的推薦采用如下結(jié)構(gòu)形式。

4.1 接管與法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)備的最小管口N5為DN80 mm，由于N3管口和N4管口采用焊接連接，故除N3管口和N4管口外其余管口都可采用鈦制翻邊活套法蘭，如圖2所示。先將碳鋼接管與碳鋼法蘭盤進(jìn)行焊接，然后將鈦制翻邊活套法蘭放入碳鋼接管內(nèi)，采用鈦螺釘將鈦制翻邊活套法蘭與碳鋼法蘭盤進(jìn)行固定，采用銀釬焊將鈦制翻邊活套法蘭與碳鋼法蘭盤進(jìn)行密封焊接，采用TIG焊將鈦螺釘上表面焊接齊平。在碳鋼接管上開設(shè)Φ6 mm檢漏孔，在Φ6 mm檢漏孔上焊接檢漏嘴。當(dāng)鈦制翻邊活套法蘭與碳鋼法蘭盤以及鈦接管與殼體焊接完成后，通過Φ6 mm檢漏孔對其焊縫進(jìn)行檢漏，以保證焊縫處的密封性。檢漏完成后，將螺塞擰入檢漏嘴上，將其密封。

圖2 接管與法蘭的連接結(jié)構(gòu)

4.2 接管與殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1) N4管口與殼體采用對接焊接連接，其結(jié)構(gòu)可按A、B類焊接接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

2) N3管口為內(nèi)伸接管，因其直徑較大，為保證接管的防腐蝕性能，N3管口采用雙面鈦復(fù)合板。雙面鈦復(fù)合板與殼體的連接如圖3所示，將N3接管與殼體連接處的接管外復(fù)層鈦側(cè)開80 mm的槽，將殼體處開40 mm的槽，將殼體碳鋼基層與接管碳鋼基層進(jìn)行焊接。焊接完畢后在殼體側(cè)開槽處放置一個寬38 mm，厚度為6 mm的鈦墊板，在接管外側(cè)開槽處也放置一個寬38 mm，厚度為6 mm的鈦墊板。在殼體側(cè)的鈦墊板上套入一個寬70 mm，厚度為6 mm的鈦蓋板，在接管側(cè)的鈦墊板上也套入一個寬70 mm，厚度為6 mm的鈦蓋板。將鈦蓋板與鈦蓋板以及鈦蓋板與復(fù)層鈦進(jìn)行焊接。在殼體基層側(cè)開設(shè)Φ6 mm檢漏孔，使檢漏孔正對鈦蓋板的間隙，在Φ6 mm檢漏孔上焊接檢漏嘴。在焊接完成后，通過Φ6 mm檢漏孔對其焊縫進(jìn)行檢漏，以保證焊縫處的密封性。檢漏完成后，將螺塞擰入檢漏嘴上，將其密封。

圖3 N3管口與雙面鈦復(fù)合板的連接結(jié)構(gòu)(mm)

3) 其余管口與殼體的連接如第153頁圖4所示，在接管處的鈦復(fù)層側(cè)開40 mm的槽，將碳鋼接管與復(fù)合板碳鋼基層焊接，然后在開槽處放置一個寬38 mm，厚度為6 mm的鈦墊板，在鈦墊板上套入一個寬70 mm，厚度為6 mm的鈦蓋板，將鈦蓋板與復(fù)層鈦以及鈦蓋板與鈦接管進(jìn)行焊接。在碳鋼基層側(cè)開設(shè)Φ6 mm檢漏孔，使檢漏孔正對鈦蓋板的間隙，在Φ6 mm檢漏孔上焊接檢漏嘴。在焊接完成后，通過Φ6 mm檢漏孔對其焊縫進(jìn)行檢漏，以保證焊縫處的密封性。檢漏完成后，將螺塞擰入檢漏嘴上，將其密封。

4.3 人孔蓋及盲板的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在碳鋼人孔蓋或碳鋼盲板上襯以厚度為6 mm的鈦板。在鈦板中心和靠近邊緣的圓周上用M6 mm鈦螺釘把鈦襯板固定在碳鋼人孔蓋或碳鋼盲板上，其周圍用銀釬焊密封焊接，采用TIG焊將鈦螺釘上表面焊接齊平。其結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 人孔蓋及盲板的結(jié)構(gòu)

4.4 內(nèi)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1) 由于本設(shè)備內(nèi)件較多，且內(nèi)件直接接觸海水，因此內(nèi)件采用全鈦材較為合理。全鈦材的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本與不銹鋼類似。

2) N3管口內(nèi)伸部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。N3管口的堵板采用全鈦板，N3管口開口處采用全鈦條進(jìn)行封堵，N3管口內(nèi)伸部分的加固件采用全鈦材。全鈦堵板與雙面鈦復(fù)合板的連接詳見圖6。將雙面鈦層與全鈦堵板進(jìn)行焊接。N3管口開口處與全鈦條的連接詳見圖7。將雙面鈦層與全鈦條進(jìn)行焊接。由于全鈦堵板和雙面鈦復(fù)合板之間有間隙，該間隙和雙面鈦復(fù)合板與全鈦條的間隙相連通，故在全鈦堵板外側(cè)開設(shè)Φ6 mm檢漏孔，使檢漏孔正對間隙，在Φ6 mm檢漏孔上焊接檢漏嘴。在焊接完成后，通過Φ6 mm檢漏孔對其焊縫進(jìn)行檢漏，以保證焊縫處的密封性。檢漏完成后，將螺塞擰入檢漏嘴上，將其密封。

圖6 全鈦堵板與N3管口的連接結(jié)構(gòu)(mm)

圖7 全鈦條與N3管口缺口處的連接結(jié)構(gòu)

4.5 其余零部件的設(shè)計

本設(shè)備采用鈦—鋼復(fù)合板，因此裙座、軸式吊耳等可按常規(guī)碳鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

5 結(jié)語

由于鈦材及其合金對海水具有良好的耐腐蝕性能，且鈦材本身焊接的特性，故在設(shè)計時應(yīng)給予足夠的重視，不能按照常規(guī)的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，應(yīng)按JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》標(biāo)準(zhǔn)推薦的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。通過對該設(shè)備的設(shè)計，不僅滿足了工程設(shè)計的需要，而且也為同類型的設(shè)備設(shè)計提供了一種參考方案。