收稿日期:２０１５-０１-０６.
作者简介:冯清晓,男,１９８４年毕业于华南工学院化工机械专业,工学学士,长期从事石油化工设备的设计及管理工作,
现任设备二室主任,教授级高级工程师.Email :fen gq in g xiao＠sei．com．cn .
管壳式换热器结构设计与强度
计算中的重要问题
冯清晓,谢智刚,桑如苞
(中国石化工程建设有限公司,北京１００１０１)
摘 要:管壳式换热器的设计虽在GB /T １５１ ２０１４?热交换器?中有详细规定,但在具体设计中尚有不少问题需要解决.如是否要对筒体应力进行校核,折流板缺口及防冲板布置的要求,拉杆固定端设定的原则,膨胀节与支座的关系,隔板槽垫片的影响,管束重量对管板的影响以及标准中没有可利用的结构应如何设计计算等,这些问题都不同程度地困扰着设计人员.文章汇集了换热器结构设计和强度计算中常见的１６个重要问题,进行系统分析介绍,对合理进行换热器设计具有一定指导意义和实用价值.
关键词:管壳式换热器 结构设计 强度计算
GB /T １５１ ２０１４?
热交换器??１?
是我国关于换热器设计二制造二检验等方面的国家标准.标准不可能包罗万象,不同人对标准规定的解读又有差异,为此在换热器设计中尚有不少标准之外的具体问题需要另行解决.１ 热交换器筒体最小厚度
与外形尺寸相同的卧式容器相比较,卧式换热器的质量要大得多,因为换热器中有管板二换热管和折流板等管束组件,其质量往往比筒体的质
量还要大.卧式容器按标准?２?
需计算许多应力,
其中包括计算鞍座部位筒体的局部应力,从σ１到
σ６.而换热器设计标准GB /T １５１中并没有要求计算这些应力.由于换热器壳体内还需要安装管束组件,并且有的还有抽芯检修的要求,有的卧式换热器还有重叠安装的要求,为此筒体应有足够的刚性以保持筒体的圆度,综合考虑以上因素,GB /T １５１对换热器筒体厚度规定了最小厚度,其值与换热器型式有关,且与筒体直径二筒体材料有关,详见GB /T １５１表７－１,
其规定的最小厚度值远大于普通容器规定的最小厚度值.
在相同直径下,由于GB /T １５１规定的筒体
最小厚度值较大,使得圆筒各截面的应力水平相应较低.因此GB /T １５１不要求对筒体进行类似卧式容器的局部应力校核.此外,换热器通过折流板二拉杆等元件将换热管和管板组成一整体放置在壳体内,其受力情况与卧式容器的 空筒 完
全不同,筒体的变形也不相同,因此目前卧式容器的计算模型是不适用于卧式换热器.
２ 弓形折流板缺口布置
在卧式换热器中,弓形折流板的缺口布置是设计重点.其布置方式有两种:缺口上下布置和缺口左右布置.当壳程介质为气液两相并存时
(如壳程为蒸汽进口,凝液排出),则折流板缺口必须左右布置.进入壳程的蒸汽会在冷的换热管外壁上冷凝变成冷凝液,凝液沿管壁向下流至筒体底部而形成一定的液面.蒸汽通常由壳程一端上方入口,如果设计成缺口上下布置,靠近入口的第一块折流板的缺口总是朝下的;第二块折流板缺口则朝上,其下部开有排残液用的小缺口.蒸汽经第一块折流板缺口后流经的通道是折流板缺口以下至冷凝液液面以上的空间.由于蒸汽冷凝速度较快,而凝液经第二块折流板小缺口的流通面积很小,排液较慢.当凝液生成速度大于排出速度,会使凝液液面升高.当液面超过第一块折流板缺口位置时形成液封,蒸汽流通通道被堵死,从而导致壳程蒸汽流路阻断,造成换热无法正常进行.此为弓形折流板设计的大忌,应避免.静设备
石油化工设备技术,２０１６,３７(２)
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