固定管板式换热器膨胀节对实际设备运行的影响

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。

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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[2] 卫群.波形膨胀节对管壳式换热器固定管板的影响[J].硫磷设计与粉体工程,2001,(4).

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