способ изготовления аппаратов с теплообменными рубашками

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АППАРАТОВ С ТЕПЛООБМЕННЫМИ РУБАШКАМИ, при котором изготавливают корпус аппарата и элементы теплообменной рубашки с отверстиями для установки анкерных связей, имеющих рядное или шахматное расположение, устанавливают элементы теплообменной рубашки на корпус и закрепляют на нем, отличающийся тем, что перед установкой элементов теплообменной рубашки на корпус аппарата на последнем в местах расположения анкерных связей размещают П-образные скобы, основания которых неразъемно соединяют с корпусом аппарата, наносят на корпус стеклоэмалевое покрытие и неразъемно соединяют с П-образными скобами резьбовые втулки, а элементы теплообменной рубашки закрепляют на корпусе аппарата посредством стержней с головками, которые через отверстия в элементах теплообменной рубашки ввертывают в резьбовые втулки, причем головки стержней герметично соединяют с элементами теплообменной рубашки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению сварных сосудов и аппаратов, в частности для химических производств.

Известен способ изготовления аппаратов с теплообменными рубашками, в которых с целью уменьшения металлоемкости стенки корпуса аппарата и рубашки соединяют анкерными связями, располагаемыми в шахматном порядке либо рядами, в частности, известен способ изготовления аппаратов с теплообенными рубашками, при котором изготавливают корпус аппарата и элементы теплообменной рубашки со "вмятинами", отбортованными внутрь и имеющими рядное или шахматное расположение, устанавливают элементы теплообменной рубашки на корпус аппарата и соединяют с ним.

Однако данный способ не позволяет получить качественный аппарат, например, с эмалевым покрытием, так как вследствие неравномерного нагрева и охлаждения корпуса аппарата в процессе эмалирования, в стенке корпуса в зоне приварки "вмятин" рубашки возникают внутренние напряжения, что приводит к образованию на эмалевом покрытии дефектов, нарушающих его сплошность (трещины, сколы).

Известен способ изготовления аппаратов с теплообменными рубашками, при котором изготавливают корпус аппарата и элементы теплообменной рубашки со "вмятинами", отбортованными во внутрь и имеющими рядное или шахматное расположение, устанавливают элементы теплообенной рубашки на корпус аппарата и соединяют с ним, отличающийся тем, что, с целью повышения качества при изготовлении аппаратов с эмалевым покрытием, перед установкой элементов теплообменной рубашки на корпус аппарата на последнем в местах расположения вмятин элементов теплообенной рубашки размещают стержни с головками, основания которых неразъемно соединены с корпусом аппарата, и наносят на корпус эмалевое покрытие, а элементы теплообменной рубашки неразъемно соединяют с головками стержней.

Однако данный способ имеет недостатки, заключающиеся в том, что в процессе многократного обжига при нанесении на корпус аппарата эмалевого покрытия (5-6 и более раз) последний теряет свою первоначальную форму - в связи с тем, что корпус аппарата после нанесения на него шликера (исходного сырья, после оплавления которого образуется эмалевое покрытие) ставится в обжиговую печь, где выдерживается при температуре 900-950^оС в течение 30 минут и более, под давлением собственного веса и высокой температуры получает некоторую осадку, в результате чего на цилиндрической поверхности образуются плавные кольцевые выпучины или вмятины, нарушающие прямолинейность образующей цилиндрической поверхности корпуса. Например, на эмалированном аппарате объемом 10 м³, имеющем диаметр корпуса 2400 мм, стрела прогиба образующей цилиндрической стенки достигает до 10 мм. Это усложняет установку элементов теплообменной рубашки на корпус аппарата и соединение их с помощью сварки с головками стержней, размещенных на корпусе аппарата, так как в результате наличия кольцевых выпучин и вмятин на корпусе аппарата нарушается равноудаленность кромок "вмятин" элементов рубашки от головок стержней, что приводит к необходимости подгонки кромок "вмятин" к головкам стержней.

Это усложняет изготовление аппаратов и ухудшает их качество. Кроме того, выполнение "вмятин" в элементах теплообменной рубашки является сравнительно трудоемкой операцией, заключающейся в том, что предварительно в элементах рубашки вырезаются отверстия, затем элементы рубашки в зоне расположения отверстий подвергаются местному нагреву, например, газовой горелкой, после чего при помощи специального пуансона выдавливаются "вмятины". Затем кромки "вмятины" выравнивают, например, при помощи зубила или газовой резки.

Помимо сказанного необходимо отметить, что указанный способ изготовления аппаратов с теплообменными рубашками вообще неприменим для изготовления аппаратов, в которых корпус и рубашка изготовляются из различных материалов, которые не обладают свариваемостью друг с другом, например, корпус из титана, а рубашка из углеродистой стали, хотя потребность в таких аппаратах достаточно велика, так как, как правило, в рубашку аппарата, предназначенного для нагрева или охлаждения агрессивной среды, находящейся в корпусе, подают соответственно водяной пар или холодную воду, для которых рубашка вполне может быть изготовлена из углеродистой стали. Однако в связи с несвариваемостью титана с углеродистой сталью как корпус, так и рубашку изготавливают из титана.

Указанные недостатки могут быть частично устранены путем размещения на корпусе аппарата в местах расположения анкерных связей резьбовых втулок с соединением их оснований неразъемно с корпусом аппарата до нанесения стеклоэмалевого покрытия с последующим нанесением на корпус эмалевого покрытия и установкой на него элементов теплообменной рубашки, с ввинчиванием в резьбовые втулки, через отверстия последних резьбовых стержней с головкой и соединением головок стержней герметично, например, при помощи сварки, с элементами теплообменной рубашки (приварка резьбовых втулок после нанесения стекоэмалевого покрытия невозможна ввиду того, что нагрев стенки корпуса при сварке вызывает разрушение стеклоэмалевого покрытия).

Однако данный способ для аппаратов с эмалевым покрытием неприменим в связи с тем, что в процессе нанесения стеклоэмалевого покрытия на корпус аппарата путем многократного (6-10 раз и более) нагрева до 930-950^оС для оплавления эмалевого покрытия с последующим охлаждением до температуры окружающего воздуха (для нанесения следующего слоя), происходит выгорание металла на поверхности корпуса аппарата, которое особенно значительно на острых кромках, таких, как кромки резьб, острые переходы и т.п., вследствие чего резьба внутри резьбовых втулок становится неработоспособной.

Устранение указанного недостатка путем приварки к корпусу аппарата до нанесения на него эмалевого покрытия втулки без резьбы с нарезкой резьбы после нанесения покрытия не целесообразно, в связи с существенным увеличением при этом трудоемкости изготовления аппарата, так выполнение резьбовых отверстий на втулках, размещаемых равномерно по всей поверхности корпуса аппарата, требует его пространственного кантования во всех плоскостях, что трудоемко.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка. Для этого перед установкой элементов теплообменной рубашки на корпус аппарата на последнем в местах расположения анкерных связей размещают переходные элементы имеющих вид П-образных скоб (далее по тексту П-образные скобы).

Переходные элементы должны удовлетворять следующим требованиям:

При соединении к ним путем сварки резьбовой втулки должен быть обеспечен минимальный нагрев стенки корпуса аппарата.

При обжиге стеклоэмалевого покрытия в эмалировочных печах переходные элементы не должны существенно "экранировать" стенку корпуса аппарата от лучевого и конвективного излучения источников нагрева, что ведет к появлению дефектов на стеклоэмалевом покрытии, т.е. между переходным элементом и стенкой корпуса аппарата должен быть достаточно большой зазор, обеспечивающий равномерный нагрев стенки на всей поверхности корпуса аппарата.

Опыт изготовления эмалированных аппаратов показывает, что величина зазора между стенкам корпуса аппарата и переходного элемента должна составлять не менее 30-40% ширины переходного элемента, т.е. при минимальной ширине переходного элемента 50 мм указанный зазор должен быть 15 мм, при ширине 60 мм - 18 мм и т.д.

Указанные требованием удовлетворяет конструкция переходного элемента выполненная в виде П-образной скобы.

Нанесение стеклоэмалевого покрытия на корпус аппарата производят после приварки к ним П-образных скоб. После этого к скобам приваривают резьбовые втулки, например гайки. Затем на корпус аппарата устанавливают элементы теплообменной рубашки и через отверстия в них в гайки ввертывают стержни с головкой, диаметр которой больше, чем диаметр отверстий в элементах теплообменной рубашки, до соприкосновения с наружной поверхностью элементов теплообменной рубашки, после чего элементы теплообменной рубашки герметично соединяют с головками стержней.

При этом отпадает необходимость выполнения "вмятин" в элементах рубашки и подгонки кромок "вмятин" к головкам стержней.

На фиг. 1 показан корпус аппарата с размещенными на нем промежуточными элементами (скобами) - вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 - эмалированный аппарат в сборе с элементами теплообменной рубашки; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

Способ осуществляется следующим образом.

На корпусе 1 аппарата в местах расположения анкерных связей размещают и соединяю с ним основаниями П-образные скобы 2 и осуществляют нанесение на корпус аппарата стеклоэмалевого покрытия "а". Затем к скобам приваривают резьбовые втулки (гайки) 3 швом "Х". После этого на корпус 1 аппарата устанавливают элементы теплообменной рубашки 4 и через отверстия в них ввинчивают в гайки 3 стержни с головкой 5 до соприкосновения с элементами теплообменной рубашки 4 и герметично соединяют их при помощи сварки.

Размеры скоб, гаек и стержней с головками подбирают из условия обеспечения прочного и герметичного соединения корпуса аппарата с элементами теплообменной рубашки.

Для эмалированного аппарата объемом 10 м³, имеющего диаметр корпуса 2400 мм, диаметр рубашки 2600 мм, предназначенного для эксплуатации при давлении в рубашке 3 кгс/см², длина скоб принята равной 50 мм, ширина 50 мм, высота 30 мм, диаметр центрального отверстия 26 мм, толщина полосы, из которой изготовлены скобы - 6 мм. В качестве резьбовых втулок использованы стандартные гайки М24. Стержни с головками выполнены с резьбовой частью М24, диаметр стержней 24 мм, диаметр головки 70 мм. Диаметр отверстий в элементах теплообменной рубашки принят равным 50 мм.

Шаг между анкерными связями составляет 600 мм.

Предлагаемый способ изготовления аппарата с теплообменными рубашками упрощает сборку аппарата с элементами теплообменной рубашки за счет исключения трудоемких операций выполнения "вмятин" и подгонки их к переходным элементам и улучшает качество изделия.

Предварительные расчеты показывают, что применение предлагаемого способа изготовления аппаратов с теплообменными рубашками снижает трудоемкость сборки корпусов аппаратов с рубашками не менее чем на 40-50% по сравнению с прототипом.