強制循環蒸發器的設備設計及制造

趙軍鋒 張雨霏 傅毅愷 白雪俠

（西安航天動力機械廠，陜西西安 710025）

強制循環蒸發器的設備設計及制造

趙軍鋒 張雨霏 傅毅愷 白雪俠

（西安航天動力機械廠，陜西西安 710025）

蒸發器產品在醫藥、化工等生產中應用廣泛，是各種溶液的蒸發、濃縮、提純的關鍵設備。介紹了一種強制循環蒸發器的設備參數和整體結構，針對設計和制造過程中的實際問題進行了闡述。

強制循環蒸發器；設備設計；制造

1 前言

蒸發器產品在醫藥、化工等生產中應用廣泛，是各種溶液的蒸發、濃縮、提純的關鍵設備。2009年，我廠承攬了某化工廠150 kt/a亞硫酸鈉項目中的兩臺關鍵設備Ⅰ、Ⅱ效蒸發器的設計、制造與現場安裝。

Ⅰ、Ⅱ效蒸發器為強制循環式蒸發器，采用殼程蒸氣加熱，通過換熱管對管程內的亞硫酸鈉溶液進行蒸發濃縮。采用二次蒸發加熱，充分利用一次蒸氣，大大提高了能源的利用率[1]。溶液由料液入口進入Ⅰ、Ⅱ效蒸發器，液位達到上視鏡后，停止加入溶液，開Ⅰ效蒸發器進行蒸發，產生的二次蒸汽進入氣液分離器，排除多余水份后再進入Ⅱ效蒸發器進行利用后，通過負壓操作，將二次蒸汽排入氣液分離器，進行再利用。在蒸發過程中，當液位低于下視鏡時，通過補液口補充溶液到達上視鏡處，當亞硫酸鈉蒸發結晶為晶體狀態，聚集在蒸發室錐封頭底部，由放料口排出。

2 技術參數及結構介紹

Ⅰ、Ⅱ效蒸發器技術指標分別見表1、表2和表3。

設備主體為立式結構。主要由彎頭、上下錐段、加熱器、蒸發室、上筒段以及各種工藝接口等幾部分組成。具體參見圖1和圖2。

3 主要設計和制造難點

雖然我廠已成功設計制造了中央循環式蒸發器，以及自然循環外加熱式蒸發器，但強制循環式蒸發器的結構形式是我廠第一次接觸。設備結構形式以及設備功能實現是該設備設計中的最大難點。此外，由于該設備結構復雜，設計時不單單要考慮GB150-1998《鋼制壓力容器》、GB151-1999《管殼式換熱器》標準的要求，還須針對超出常規設計標準的橢圓封頭和錐封頭上的大開孔，考慮分析設計的問題[2]。

Ⅰ、Ⅱ效蒸發器設備錐形封頭補強圈制作及兩個直徑Φ1 000 mm，長度分別為2 800 mm和3 000 mm平行于設備軸線穩流管的劃線裝配是該設備制造的最大難題。

表1 Ⅰ、Ⅱ效蒸發器技術指標

表2 Ⅰ效蒸發器

表3 Ⅱ效蒸發器

圖1 Ⅰ效蒸發器簡圖

圖2 Ⅱ效蒸發器簡圖

4 解決的技術難題

4.1 設計方面

4.1.1 主體結構方面

該設備是某化工廠用于亞硫酸鈉生產的擴能項目，由于產品生產產量需要，用戶要求的換熱面積較大，換熱面積高達528 m2，而廠房仍利用原有生產廠房，設備安裝現場空間限制較大。方案確定時，如果嚴格按照標準上的強制循環型蒸發器（如圖3所示）的結構形式進行設計，通過計算無論采用多大直徑的換熱管，都無法滿足用戶要求。通過設備調研以及與用戶進行溝通，利用列文式蒸發器（如圖4所示）的結構特點，將強制循環的長管換成一個加熱段，即在強制循環型蒸發器的基礎上增加一個加熱段，加熱段的布置形式參照列文式蒸發器。并且采用列文式蒸發器所長，分別在加熱段上部加一段2 800 mm和3 000 mm高的支撐段和穩流段，使加熱室中溶液承受較大的液柱靜壓力，加熱室中溶液不致沸騰，只有在靜壓較低的穩流段中才開始沸騰汽化。在加熱室中沒有沸騰汽化，就可以減輕或避免溶質在加熱管內結晶析出，減輕加熱管的結垢和堵塞。另外，為防止在異常情況下溶液在壓力泵壓力作用下和汽化時沖出蒸發室，造成設備事故，在兩個穩流段上方分別設置擋液板。其余結構形式參照強制循環型蒸發器，最終定型為如圖1和圖2所示結構形式。

圖3 強制循環型蒸發器

圖4 列文式蒸發器

4.1.2 導流筒結構設計

常規設計時，導流筒與換熱器殼程筒體的連接段大多采用錐段連接，而該設備安裝現場空間限制，如果采用錐段連接將會增加設備導流筒部分直徑和加熱段長度，這樣用戶就得對原有廠房進行改造。設計時，根據用戶在用的長管蒸發器加熱段的結構形式，采用借鑒設計的方式，大膽采用將膨脹節從中心截面截開，中間加導流筒的結構形式，巧妙地解決了導流筒結構設計難題[3]。

4.2 制造方面

4.2.1 解決了設備錐形封頭上兩個平行于設備軸線的Φ1 000 mm開孔處補強圈的加工難題

首次遇到大的錐形封頭（Φ3 700 mm）上不規則開孔補強圈加工，補強圈結構為2：1的橢圓型，最大直徑達2 640 mm，而且還需和Φ3 700 mm錐形封頭外形正確貼合。按照常規的加工方法是卷制一個大錐筒，在其上再截取補強圈（δ20厚的不銹鋼），由于不銹鋼板材比較貴，就顯得特別浪費。因此，在Ⅰ、Ⅱ效蒸發器生產中，大膽嘗試利用了開孔處的余料，利用原有錐狀變形，同時將開孔處補強圈電腦放樣，每件補強圈分成7塊分別進一步成形。自制工裝，在30 mm卷板機上壓制成錐型面，要求每試壓一次都在原開孔錐封頭上試配型面，經過反復壓制、校形，最終圓滿地完成該產品補強圈的成型加工任務，節約了一筆不小的材料費、加工費，為今后類似部件的加工積累了寶貴的經驗。

4.2.2 解決了大型穩流管劃線裝配的難題

該項目設備錐形封頭直徑Φ3 700 mm，要在錐形封頭上開2個平行與設備中心軸線Φ1 000 mm的大孔，開孔裝配2個兩個直徑Φ1 000 mm，長度分別為2 800 mm和3 000 mm平行于設備軸線的穩流管，穩流管的軸線與封頭軸線的平行度要求2 mm，法蘭面與軸線垂直度要求2 mm[4]，穩流管與法蘭連接形式為插入式，接管裝配無平衡點。為達到設計要求，根據多年實踐經驗，合理利用分廠現有設備，組焊前首先保證設備法蘭與筒體以及穩流管與穩流管法蘭的垂直度，通過以設備法蘭為基準，保證設備法蘭與穩流管法蘭的平形度以及兩接管與錐封頭中心距離的辦法，順利解決了該項難題。

直徑Φ3 700 mm錐形封頭上穩流管及補強圈裝配后的情況見圖5。

圖5 蒸發室

5 結論

該產品投入運行后，滿足設備工藝要求。使用3年多時間，運行平穩，無質量問題反饋。

[1] 胡文華，陳家修，等.化工機械手冊（一版）[M].天津：天津大學出版社，1991，39.

[2] JB/T4732-1995（2005年確認），鋼制壓力容器—分析設計標準[S].

[3] GB151-1999，管殼式換熱器[S].

[4] GB150-1998，鋼制壓力容器[S].

Design and manufacture of Powered Cyclic Evaporator

Evaporator is applied widely in pharmaceutical and chemical industries, and it is the key equipment for processes, such as distillation, concentration and purification. In this article, the parameters and integration configuration of one kind of powered cyclic evaporator were introduced. At the same times, some practical issues in design and manufacture were stated.

powered cyclic evaporator; design of equipment; manufacture

TQ051.6+2

A

1008-455X(2012) 03-0001-03

2012-03-05

趙軍峰（1930－），男，工程師，主要從事壓力容器設計工作。

Tel：13700278165 E-mail：zhaojunf123@126.com

Zhao Junfeng Zhang Yufei Fu Yikai Bai Xuexia

（Xi′an Aerospace Motor Machine Factory Xi′an, 710025）