摘 要:文章分析了实际设备运行中,膨胀节对固定管板式换热器的影响。通过对固定管板式换热器轴向温差应力的计算,说明了膨胀节设置的合理性和必要性,并提出了膨胀节设置的一些注意事项。
中国论文网 http://www.xzbu.com/3/view-3254244.htm 关键词:固定管板式换热器;膨胀节;影响
中图分类号:TQ051.5 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2012)11-0183-02
石油和化工等领域早已经广泛应用
列管式换热器,而最常用到的就是固定管板式换热器。其结构紧凑、简单,每根管子都能单独的
清洗管内和更换。相对于其他换热器,在同样的壳体内,固定管板式换热器的布管数量是最多的,由管子共同支撑两管板,其管板相对于其他换热器最薄,而且造价也低廉。
在列式换热器中,管板是一个重要部件,它不可过厚,因为会影响设备性能,并且还要消耗大量的金属。因此,在管板的设计过程中要求设计者应采用各种办法降低其厚度,以减小温差应力和改善材料的性能等。
在设备运行中,管板受温差应力的影响较大;而设置膨胀节是减小温差应力的一种有效措施。本文将分析灌顶管板式换热器受膨胀节的影响,并比较膨胀节有无两种情况下,管板受温差应力的影响。
1 换热器管板的受力分析
在设备的实际运行中,管板不仅要承受壳程、管程介质的压力,还要承受壳壁、管壁温差产生的载荷。通过实验研究所得出的结论也是如此。
实际生产中,在对多台换热器运行情况进行分析后,笔者认为:管板主要受温差应力的影响较大。同一材料,壳程、管程的压力越大,所需要的管板则要更厚。当壳程、管程的压力减小时,温差应力比压力对管板的厚度的影响要大很多。在其他条件不变的情况下,管板厚度要很厚才能承受温差应力的作用。如果在换热器上设置一个或多个膨胀节,管板的厚度也能相应的减薄。
2 管板有无膨胀节的受力分析
2.1 无膨胀节的固定管板式换热器的管板受力分析
固定管板式换热器的
壳体和管子,是连接在一起的,在设备运行的过程中,壳程和管程的温度各自上升,使得各自长生形变,从而形成力的作用。由于它们是连接一体的,所以,它们受到力的作用是相等的。因此,壳体受到拉应力作用,管子受到压应力作用,这就是温差应力。通过相关的实验对固定管板式换热器的管板的受力进行实验,不难得出,因温差产生的应力很大。在设备运行的过程中不可忽视。所以,添加膨胀节于固定管板式换热器壳体上,对于减小温差应力有非常显著的效果。
2.2 有膨胀节的固定管板式换热器的管板受力分析
膨胀节的挠度要比壳体的大很多,在设备运行中,只需要较小的作用力的作用下,膨胀节就能产生较大的形变。将膨胀节设置到换热器上之后,管束和壳体因为受热所产生的膨胀将大为减小。通过相关的实验和推论不难得出上述结果。
3 膨胀节对管板的影响
以上分析可知,在设备的运行之中,管板同时受到,壳体、管子大小相同,方向相反的拉应力和压应力作用,使得管板产生很大的形变,威胁着管板的强度。经过相关的实验表明在换热器的壳体上设置膨胀节后,管板的应压力得到明显的减小,使得管板的受力状况得到了很大的改善。下面举一实例。某公司用换热器的相关数据如下:
换热管的长度:200 cm
沿换热管长度的平均壁温:23 ℃
换热管材料:00crl8nil0
管程壳体材料:20
管程设计温度:65 ℃
管程设计压力:0.59MPa
列管式换热器换热管的根数:86
沿壳体长度的平均壁温:l50 ℃
管板材料:00crl8nil0
壳体材料:00crl8nil0
壳程设计温度:245 ℃
壳程设计压力:0.85 MPa
在将另一些附带数据以及这些数据输入计算机,在有、无膨胀节的情形下分别计算,所得出管板的厚度相差特别悬殊。设置膨胀节的换热器的管板,只需要25 mm的厚度;而没有设置膨胀节的换热器的管板的厚度居然要78 mm,这样既降低了换热面积,影响了设备制作工艺,还导致了材料的大量浪费。这是因为,换热器的温差很大,使得管板受到了很大的温差应力。在换热器上添加了膨胀节之后,壳、管之间的温差应力得到了很大程度的降低,使得很薄的管板也可以达到促使设备正常运行的要求。所以采用在换热器上添加膨胀节的设计是更合理的。
4 设置膨胀节要注意的事项
在实际操作中,应当根据具体的情况具体分析。如果只是微量减小管板的厚度,则没有设置
膨胀节的必要,因为,它的造价很高。而当由于管板太厚,致使
换热器换热管的换热面积不能满足要求,管板和换热管的胀接质量不能得到保证时,不设置膨胀节与设置时换热器的管板厚度有很大的差距时,则应当为换热器添加膨胀节。
当为固定管板式换热器增加了膨胀节设置之后,在没有增添内衬筒的设置于膨胀节内的情况下,在安装设备内的折流板的时候,则应当避开膨胀节。如没有避开,折流板被安装在膨胀节的中间;那么,在设备运作是,就会有一部分的流体直接从膨胀节之中流出来,而不适回到折流板的缺口处再流出来,这样有害于换热器的
换热效率。如果把衬筒设置在膨胀节的内侧,那么就不必担心上述问题的出现了,还可以防止震动,减小膨胀节的磨损等,但有时会对折流板和管束的安装产生一些麻烦,所以,这种结构也不是很常用。
参考文献:
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膨胀节固定管板式
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