雙管板換熱器

文檔從互聯(lián)網(wǎng)中收集，已重新修正排版，word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。文獻綜述題目 淺析雙管板換熱器管板的設計要點學生姓名 朱延霆 專業(yè)班級過程裝備與控制工程07-1班學號 0^58 院（系） 材料與化學工程學院指導教師（職稱）許培援（教授）張羽翔（助教）完成時間2011年3月10日Iword格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。淺析雙管板換熱器管板的設計要點摘要：本文簡要介紹了雙管板換熱器的管板及管板與管束的連接方法，詳細的概述了管板設計要點，如管板厚度設計，強度計算，材料選用等，以達到管板的優(yōu)化設計。關鍵詞：雙管板換熱器管板設計刖言管板是管殼式換熱器的主要零部件之一。管板的合理設計對于正確選用和節(jié)約材料、減少加工制造的困難、降低成本和確保安全使用都具有重要意義⑴。1雙管板換熱器及其應用簡介雙管板換熱器是在換熱器一端設有一定間隙的兩塊管板或相當于有一定間隙的兩塊管板的換熱器⑸，如圖1所示。在實際操作中，雙管板換熱器一般用于以下兩種場合：一種是絕對防止管殼程間介質混串的場合，例如，對殼程走水、管程走氯氣或氯化物的換熱器，若殼程中的水與管程中的氯氣或氯化物接觸，就會產(chǎn)生具有強腐蝕性的鹽酸或次氯酸，并對管程材質造成嚴重的腐蝕。采用雙管板結構，能有效防止兩種物料混合，從而杜絕上述事故的發(fā)生；另一種是管殼程間介質壓差很大的場合［8L此時通常在內(nèi)外管板之間的空腔中加入一種介質，以減小管殼程間介質的壓差。圖1雙管板換熱器示意圖2雙管板換熱器的管板在雙管板換熱器中，換熱管的端部的管板稱為外管板，此管板兼作設備法蘭，分別與換熱管及管箱法蘭相連；在距換熱管端部較近位置的管板稱為內(nèi)管板，分別與換熱管和殼程相連⑵。圖2和圖3雙管板常見結構［1口。圖2常見雙管板結構1圖3常見雙管板結構23雙管板換熱器管板的設計管板的設計計算是非常關鍵的設計步驟，也是整個設計過程中最復雜的。因此，設計者對雙管板式換熱器管板厚度的設計特別重視⑼。3.1管板厚度的設計(1)雙管板換熱器的管板厚度設計方法目前國內(nèi)沒有標準可依，通常采用近似方法將雙管板換熱器分解成兩部分，然后根據(jù)每塊管板兩側所接觸介質壓力與溫度按GB151—1999相應模塊來進行設計計算。針對U形管及固定管殼式雙管板換熱器，其管板設計厚度采用SW6軟件相應模塊進行近似計算是安全的，但結果過于保守。采用有限元分析軟件對雙管板換熱器的管板相應結構進行熱應力分析并進行優(yōu)化設計，有效地降低了管板厚度，為雙管板換熱器的管板厚度設計提供依據(jù)[13](2)計算管板厚度時，應考慮管程、殼程和積液程三種的工況按不同情況進行計算⑵殼程管板的設計參數(shù)：設計壓力和設計溫度分別按殼程及積液程工況確定。換熱管和殼程壁溫度按管程及殼程工況確定。管板與換熱管的連接為脹接，換熱管的有效長度為殼程管板間距離。參數(shù)確定后，按GB151計算殼程管板的厚度。管程管板的設計參數(shù)：設計壓力和設計溫度按管程和積液程工況確定。換熱管和殼程壁的溫度以換熱管與殼程或積液程殼體之間最大溫差為計算依據(jù)。管板與換熱管的連接，不管是強度焊加貼脹，還是強度焊加強度脹，計算時均按強度焊考慮。換熱管的有效長度為管程管板間的距離。參數(shù)確定后，按GB151計算管程管板的厚度[10]管板形式無論是延長部分兼作法蘭或是不帶法蘭的固定式管板，計算時均可以按延長部分兼作法蘭固定式管板進行計算，因為延長部分兼作法蘭固定式管板的受力情況比不帶法蘭的固定式管板更為苛刻。計算方法如下[11]延長部分兼作法蘭處的最小厚度式中：T——管板的有效厚度，?。籑1——取M1和虬的較大值，N-mm；M2——操作條件下延長部分所受的總彎矩，N?mmR——R=A/G；A 管板外徑，??；G——管板墊片的平均直徑，啞；S——規(guī)范所規(guī)定的設計溫度，下管板材料的拉伸許用應力，kPa；因積液程的長度較短，一般只有200—300啞，所以這段管束的剛度很大。校核時，如出現(xiàn)管板周邊不布管區(qū)無綱量寬度k大于1的情況，可采用增加管板厚度的方法來降低k值，使其小于或略大于1[6】。在管板厚度設計過程中，管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k起著舉足輕重的作用，k值的大小將直接決定固定管板式換熱器管板的設計計算所采用的計算方法⑼管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K（1-P「公式中：K一換熱管的加強系數(shù)；P，一管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比；式中D.——殼程圓筒內(nèi)直徑，mm；D 管板布管區(qū)的當量直徑，mm；5 管板計算厚度，mm；E,——換熱管材料的彈性模量，MPa；n——換熱管根數(shù)；a——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，mm2；Ep——管板材料的彈性模量，MPa；門一一管板剛度削弱系數(shù)，一般可取0.4；L——換熱管有效長度（兩管板內(nèi)側間距），mm；，……， ,一，， ：4—官板布官區(qū)當量直徑D1t\nA 管板布管區(qū)面積，mm2；3.2殼程管板與管程管板之間間隙長度的計算兩管板間距的確定是雙管板換熱器設計的又一個重點。為使內(nèi)管板與換熱管之間方便地實施脹接，兩管板之間的間距越小越好；要使換熱管受熱情況好，則兩管板之間的間距是越大越好[2】。而兩管板間距不能太大或太小，太大造成材料浪費；太小結法蘭螺栓安裝及制造不便.此外放空（凈）口也需一定空間⑺。在實際工作中，由于雙管板換熱器內(nèi)外管板的使用溫度不同，所以在內(nèi)外管板溫度從常溫升到操作溫度的過程中，會產(chǎn)生經(jīng)向位移⑵。所以殼程管板與管程管板之間間隙長度L的確定主要是考慮雙管板換熱器兩塊管板的使用溫度不同產(chǎn)生徑向位移作用在換熱管上，引起彎曲應力和剪應力。為避免管板與換熱管的連接處產(chǎn)生很大的應力而造成介質泄漏，殼程管板與管程管板之間間隙長度的計算方法如下：其中y的計算公式為：y=—(以(t-1)-以(t-1))2t1 0ss0式中：L 殼程管板與管程管板之間間隙長度，mmE——材料彈性模量，MPado 換熱管外徑，mmos 材料彈性極限，MPay 換熱管撓度，mmD——管板上管孔的直徑，mmt?！惭b溫度，。C11——管程的設計溫度，Cts——殼程的設計溫度，C氣一一管程管板在設計溫度下的熱膨脹系數(shù)，C-1as——殼程管板在設計溫度下的熱膨脹系數(shù)，C-i實際取值為經(jīng)上述公式計算后放大12%。一般情況下，值大小為200?300mm[6]。3.3管孔排列雙管板換熱器管板孔排列和一般換熱器管板常規(guī)設計應有所不同，GB151-1999管殼武換熱器管板孔的排列一般分為正三角形、轉角正三角形、正方形、及轉角正形排列。采用液壓強度脹的雙管板在工藝條件允許下盡量采用正方形排列。無論用何種形式的排列，當設備直徑較大時，須注意相鄰二排孔在換熱管穿入后之間應有4?5mm間距直線通道，當在液壓(氣壓)強度試驗時，能在聚光源下正確目測到任何泄露處，方便采取補脹措施，否則知道泄露，無法確定漏處，產(chǎn)生嚴重后果[14]3.4雙管板換熱器管板的選材在設計的時候，必須要注意，管板與換熱管的材質需要有一定的硬度差，一般管板比換熱管硬度高HB20-HB30。最好是采用強度等級較高的材料作管板(如16Mn鍛件)，強度等級較低的材料作換熱管(如10號無縫鋼管)。當兩者硬度相近時，可將管端進行退火處理，以降低換熱管的硬度⑸。結束語：針對雙管板換熱器管板的設計，上文著重闡述了管板的厚度計算，列舉要考慮的工況條件及其計算方法，為管板的厚度的設計提供依據(jù)。其次，兩管板間距的確定是雙管板換熱器設計的又一個重點，根據(jù)計算公式得到的管板間距除了要滿足強度要求，也應注重經(jīng)濟性，以便設計出最合理的雙管板換熱器的管板。參考文獻徐嗚鏑.高壓U形管換熱器管板設計[J].中國石化工程建設公司，2003,20⑴20—24.⑵徐福勝，陳靜，王雷.雙管板換熱器的設計與制造[J].錦西化工機械(集團)有限責任公司，2009.03馬玲，楊劉平.雙管板換熱器下管板與管束連接方法的探討[J].南通醋酸化工股份有限公司，2004,(5).于輝，安相清.雙管板換熱器強度脹接技術[J].大連冰山集團金州重型機器有限公司，2003,08.曲斌.雙管板換熱器的設計與制造探討[J].沈陽儀表科學研究院,2010，(8).錢婷婷，孔智文.雙管板換熱器的設計和制造[J].化工裝備技術，2006,27(6).蘇楊，劉衛(wèi)東.淺析雙管板換熱器設計[J].化工設備設計,1996,36(5).楊玉強，賀小華，楊建永.基于ANSYS的雙管板換熱器管板厚度設計探討[J].壓力容器，2010,27(10).金文凱.固定管板式換熱器管板設計計算中k值的重要意義[J].石油與化工設備，2010,4(13).涂俊宏，于東興.雙管板換熱器設計及制造[J].化工設備與管道,2001,38(2).汪金鳳.雙管板換熱器的設計要點[J].化學工業(yè)與工程技術,2007,28.關桂蘋.固定管板式換熱囂管板的計算機輔助設計[J].化工裝備技術，2001,2(22).鄭麗娜，王家?guī)?，賀小華雙管板換熱器管板設計厚度探討[J].煉油技術與工程,2009,4(39).王玲.雙管板換熱器的管板設計及制造[J].中國科技信息，2009,(12).朱冬梅.雙管板換熱器的設計和制造[J].中國制造業(yè)信息化，2010,39(9).N.H.Kim,Y.P.Lee,Proc.ofFoulingMitigationofIndustrialHeatExchangeEquipment[J].AnInternationalConference,SanLuisObispo,CA,