管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算中的重要問題

1、    管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算中的重要問題    楊瑞嶺摘    要：隨著改革開放的進(jìn)一步深化，我國(guó)各個(gè)行業(yè)不斷崛起，很多行業(yè)都是從無(wú)到有，一步步發(fā)展起來(lái)的，在發(fā)展的過程中難免會(huì)遇到各種各樣的困難，所以到目前為止，許多行業(yè)雖然在發(fā)展，但是發(fā)展并不完善。一個(gè)企業(yè)的發(fā)展需要一個(gè)優(yōu)秀的領(lǐng)導(dǎo)者，而一個(gè)行業(yè)的發(fā)展靠的是細(xì)致詳盡的完備制度。本文中探討的管殼式換熱器行業(yè)中雖然做出了相應(yīng)的規(guī)定，但是在許多問題上仍然不能有有效的解決，尤其是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算這兩方面。接下來(lái)，就這些問題進(jìn)行探討、分析和解決。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器;設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu);強(qiáng)度

2、計(jì)算;問題解決1  引言雖然有了gb/t 1512014熱交換器這樣的標(biāo)準(zhǔn)，但執(zhí)行起來(lái)還是有很多不合理情況。2  管殼式換熱器概述管殼式換熱器又被人稱為列管式換熱器，主要是因?yàn)樗恼w形狀從外觀看起來(lái)就像陳列的管子一樣。它的工作原理是在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。管殼式換熱器的主要結(jié)構(gòu)有：殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件。管殼式換熱器的工作原理主要是對(duì)冷熱兩種氣流進(jìn)行交換，一種氣流在管內(nèi)流動(dòng)，被稱為管程流體;另外一種氣體在管外流動(dòng)，被稱為殼程流體。擋板的作用是提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常擋板會(huì)安裝在殼體內(nèi)部，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流

3、體湍流程度。管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛，主要原因是管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)十分的簡(jiǎn)單，而其安全性能卻相比較之下更為可靠，并且它十分百搭，可以廣泛應(yīng)用各種材料，尤其是對(duì)金屬材料，能夠耐的住高溫，能夠在高壓狀態(tài)下使用。管殼式換熱器的種類也非常豐富包括：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器和u型管式換熱器。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，是將管束兩端的與殼體連接在一起，固定管板式換熱器因?yàn)槠涔馨迮c殼體的固定，所以可以應(yīng)用于清洗相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要經(jīng)常拆卸清洗的地方。另外，固定管板式換熱器不宜使用在溫度極差大的地方。浮頭式換熱器是指管束其中的一端的管板是可以自由浮動(dòng)起來(lái)的，這樣整個(gè)管束就方便從殼體中取出，便于清洗

4、和對(duì)換熱器的維修保養(yǎng)。雖然浮頭式換熱器能夠彌補(bǔ)固定管板式換熱器的不足，但是浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)也相對(duì)較高。最后的u型管式換熱器，換熱管束都被彎曲成u型，兩端均被固定在同樣管板上下區(qū)，借助管板分割成進(jìn)出兩室，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)于浮頭式簡(jiǎn)單，但是卻因?yàn)楣苄偷男螤钐厥獠槐阌谇逑?。3  管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題與強(qiáng)度計(jì)算中的重要問題3.1  熱交換器筒體最小厚度與尺寸外形相同的臥式容器相比，臥式容器的質(zhì)量要大的多。因?yàn)橥彩街杏泄苁?、折流板和管板等管束組件，其質(zhì)量比臥式的大的多。臥式容器的是有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)的，在gb/t 1512014熱交換器中有對(duì)于臥式容器中有許多應(yīng)力計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，

5、其中甚至包括了計(jì)算鞍座部位筒座的局部應(yīng)力。由于熱交換器中還要安裝許多的零部件，所以熱交換器中還要有重疊安裝的要求，這樣的重疊安裝的方式還有助于后期在檢修要求下對(duì)熱容器內(nèi)部核心的檢查。要滿足以上要求，就要規(guī)定筒體的厚度，來(lái)滿足其剛性能達(dá)到要求。在gb/t 1512014熱交換器中有對(duì)熱容器最小厚度進(jìn)行規(guī)定，但是其規(guī)定的熱交換器的最小厚度比實(shí)際生產(chǎn)中所要求的要大。其實(shí)熱容器最小厚度不能一概而論，這與其的材料、筒體的直徑大小都是有關(guān)系的。在同樣的材質(zhì)下，gb/t1 512014熱交換器中規(guī)定的最小厚度值要比實(shí)際生產(chǎn)中的大，這樣會(huì)使得筒體各方位的截面所能承受住的應(yīng)力降低的。不僅于此，在生產(chǎn)過程中還要加

6、入各種零部件，使其情況更為復(fù)雜化，“空筒”與實(shí)際的規(guī)定并不相同，所以臥式熱容器的標(biāo)準(zhǔn)并不適用于熱容器的實(shí)際生產(chǎn)情況這是管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)余強(qiáng)度計(jì)算中應(yīng)注意的一個(gè)重要問題。3.2  弓形折流板缺口布置弓形折流板的設(shè)計(jì)在管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有著重要的位置，折流板是管殼式換熱器中的重要組成部分。弓形折流板設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于折流板缺口設(shè)計(jì)的位置，弓形折流板的位置設(shè)計(jì)有兩種，一種是上下式設(shè)計(jì)，另外一種是左右式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為主要根據(jù)實(shí)際需求為主要參考。注意實(shí)際情況是要考慮進(jìn)入殼體物質(zhì)的形態(tài)，當(dāng)進(jìn)入殼體的物質(zhì)是氣液并存的狀態(tài)時(shí)，弓形折流板缺口的位置必須左右設(shè)置。因?yàn)闅怏w總是從殼體的上方一端進(jìn)入到另

7、一端，如果折流板缺口設(shè)計(jì)成上下位置時(shí)，氣體從第一塊折流板是上方進(jìn)入，就必須從下方出去。在氣液共存的狀態(tài)下，經(jīng)過第二塊折流板時(shí)，溫度下降，氣體有一部分液化成為了液體，由于氣溫的驟減氣體液化成為液體的速度就會(huì)很快，一旦液化作用的速度過快，液化的液體形成的速度大于下面口排出液體的速度，就會(huì)造成管道的堵塞，使換熱器無(wú)法正常工作，極其容易造成事故。但是如果只是單相的液體時(shí)，則適宜采用上下位置設(shè)計(jì)。如果采用左右位置設(shè)計(jì)，液體不宜流通，熱的液體總是會(huì)處于上方，而溫度低的液體會(huì)一直處于下方，流體溫度場(chǎng)分布不均勻，會(huì)嚴(yán)重影響換熱效率。但是采用上下分布時(shí)，液體由高處流向低處，會(huì)起到一個(gè)攪拌的作用，使液體溫度趨于均

8、勻。當(dāng)流進(jìn)殼體的介質(zhì)是氣體時(shí)，對(duì)于折流板設(shè)計(jì)的位置要求并不高，無(wú)論從哪個(gè)方位都是從高到低均勻流入。3.3  立式換熱器中拉桿的固定方位換熱器的拉桿一般是在組裝時(shí)起到固定作用的，但是立式換熱器的拉桿除了起到固定作用外，還要起著承重作用，立式換熱器的拉桿還要承擔(dān)著折流板和定距管的重量，拉桿的上端的螺紋承受著軸向的拉力。當(dāng)進(jìn)入殼體的氣體或液體具有腐蝕性時(shí)，就會(huì)腐蝕螺紋，使螺紋受到侵蝕，紋路淡化，螺紋松動(dòng);另一方面，因?yàn)槭抢瓧U上的螺紋，拉桿受到外界撞擊最多，螺紋受到的振動(dòng)就越多，振動(dòng)的作用下會(huì)使得螺紋變松，也極有可能會(huì)因?yàn)樗蓜?dòng)使折流板下落，這兩種情況都非常容易造成更大的振動(dòng)。但是如果將拉桿固

9、定在下端的話，拉桿不需要承擔(dān)承重的壓力，不存在軸向承重的壓力，也就不會(huì)存在上面討論的問題了。3.4  防沖板的布置在殼體上一般都會(huì)安裝防沖板，防沖板的安裝方法有兩種一種是將防沖板固定在上文中提到過的拉桿的定距管上;另外一種是直接將防沖板安裝在殼體的筒體上面。第一種安裝方法安裝較為復(fù)雜，涉及到的零部件也較多，不宜采用。第二種安裝方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝也相對(duì)簡(jiǎn)單，采用較為廣泛但是值得注意的點(diǎn)是，在安裝時(shí)不能將防沖板安裝在拉桿的固定端與其安裝在一側(cè)，如果安裝在拉桿的固定端一側(cè)，這兩種零部件容易造成磕碰情況的發(fā)生，導(dǎo)致?lián)Q熱器無(wú)法安裝。3.5  換熱管軸向壓縮當(dāng)換熱器承受軸向壓力，應(yīng)按軸向壓桿失穩(wěn)進(jìn)行控制。在gb/t151-2014熱交換器中有關(guān)于對(duì)換熱器軸向壓縮的標(biāo)準(zhǔn)，其安全系數(shù)的規(guī)定是2.0。但是在實(shí)際應(yīng)用中軸向失穩(wěn)的承受能力是有限的。但是對(duì)換熱器來(lái)說用來(lái)校驗(yàn)軸向失穩(wěn)的承受能力應(yīng)該校驗(yàn)的是其承受壓力最為強(qiáng)的部分，其他換熱管的區(qū)域并沒有同樣承受巨大的壓力，甚至有些并沒有受到負(fù)向壓力，而是處于正向拉伸的狀態(tài)。所以換熱管的軸向失穩(wěn)是呈區(qū)域性分布的，在這種特性之下應(yīng)將換熱管的軸向失穩(wěn)的安全系數(shù)放寬，放寬至1.5時(shí)其也是安全狀態(tài)。4  結(jié)束語(yǔ)雖然管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算強(qiáng)度上已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)的規(guī)定，但是不能完全