管殼式換熱器設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題及解決

1、論文廣場24石 油 和 化 工 設(shè) 備2009.10試驗(yàn)壓力。在用 SW6-98程序計(jì)算時(shí),以用戶輸入試驗(yàn)壓力值進(jìn)行 計(jì)算來驗(yàn)算其強(qiáng)度,確保殼體任 意點(diǎn)的一次薄膜應(yīng)力的計(jì)算值不 超 過 所 用 材 料 在 試 驗(yàn) 溫 度 下 的90%屈服極限。表面上看計(jì)算通過,實(shí)際上程序計(jì)算僅考慮了殼程的殼體(筒體和封頭的強(qiáng)度校 核,對(duì)于接管、法蘭等元件均未核算。接管的補(bǔ)強(qiáng)面積不夠,法蘭水 壓試驗(yàn)壓力超限,帶來難以發(fā)現(xiàn) 的錯(cuò)誤計(jì)算結(jié)果和安全隱患。設(shè) 計(jì) 者 應(yīng) 根 據(jù) 水 壓 試 驗(yàn) 壓 力 公 式P T =1.25P/ t來反算殼程設(shè)計(jì)壓力,以此設(shè)計(jì)壓力核算殼程接 管在高于殼程水壓試驗(yàn)壓力管程 水壓試驗(yàn)壓力

2、下壁厚及開孔補(bǔ)強(qiáng) 是否滿足要求;對(duì)于管法蘭檢驗(yàn)控 制其水壓試驗(yàn)壓力不大于 HG20604或 HG20625規(guī)定的 20時(shí)最高無沖 擊工作壓力的 1.5倍。以避免超壓 管殼式換熱器設(shè)計(jì)的幾個(gè) 問題及解決【摘要】闡述了管殼式換熱器設(shè)計(jì)中容易被設(shè)計(jì)者忽略的幾個(gè)問題, 設(shè)計(jì)者在換熱器設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)給予足夠重視并要正確運(yùn)用 SW6計(jì)算軟件 包?！娟P(guān) 鍵 詞 】管殼式換熱器 設(shè)計(jì)計(jì)算 SW6計(jì)算軟件包 作者簡介宿徽(1962-高級(jí)工程,現(xiàn)在錦西化工機(jī)械(集團(tuán)有限責(zé)任公司 從事壓力容器設(shè)計(jì)、 制造工作。宿 徽趙渤亭(錦西化工機(jī)械(集團(tuán)有限責(zé)任公司遼寧葫蘆島125001換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間 熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備

3、,換熱器廣 泛應(yīng)用于工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域,在石油、 化工裝置中換熱器占總設(shè)備量和 設(shè)備投資的 40%左右,其中管殼式 換熱器又是應(yīng)用最為廣泛、使用 量最大的換熱器型式,約占換熱 器總量的 90%。換熱器設(shè)計(jì)質(zhì)量的 好壞直接影響設(shè)備的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,直接影響人民生 命安全和國家財(cái)產(chǎn)損失。由于現(xiàn) 在的設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)計(jì)算電算化,畫 圖電腦化,設(shè)計(jì)者若過分依賴電 算,不吃透標(biāo)準(zhǔn),未仔細(xì)推敲輸入 的數(shù)據(jù)是否正確,只看結(jié)果,忽略計(jì)算過程,容易產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)論,必 須引起足夠的重視。以下是管殼 式換熱器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)常見問題 及解決方案。 1管程試驗(yàn)壓力高于殼程試 驗(yàn)壓力時(shí)管頭的試壓問題管程水壓試驗(yàn)壓力高于殼程 水壓

4、試驗(yàn)壓力時(shí),殼程的水壓試 驗(yàn)壓力仍按常規(guī)選取而沒有增加 氨滲漏試驗(yàn)是錯(cuò)誤的。為檢查管 子與管板連接的嚴(yán)密性,可采取 如下方案:在殼程水壓試驗(yàn)壓力略低于 管程水壓試驗(yàn)壓力時(shí),可提高殼 程的試驗(yàn)壓力達(dá)到管程試驗(yàn)壓力。 這 是 一 種 既 經(jīng) 濟(jì) 又 方 便 的 方 法 。 采用這種方法時(shí),必須注意校核 殼程各受壓元件是否能承受管程 試驗(yàn)造成危險(xiǎn)。用上述方法不能提高到規(guī)定 的管程試驗(yàn)壓力時(shí),可采取如下 方法處理:(1若管殼程壓差不大,可以 考慮適當(dāng)增加殼程壁厚;(2若管殼程壓力相差甚遠(yuǎn), 則殼程、管程按各自要求的試驗(yàn) 壓力進(jìn)行試驗(yàn)合格后,殼程再按 HG20584-1998附錄 A 壓力容器氨 滲漏試

5、驗(yàn)方法中 B 法進(jìn)行檢漏。2水壓試驗(yàn)壓力的正確取值水壓試驗(yàn)壓力 P T =1.25P/t ,式中 /t 應(yīng)取各受壓元 件(圓筒、封頭、接管、法蘭、膨 脹節(jié)、管板、換熱管及緊固件等 材料 /t 比值中最小者。用 SW6-1998程序進(jìn)行設(shè)備計(jì)算得出 的水壓試驗(yàn)壓力值只考慮了筒體 和封頭材料的 /t 比值,沒有 考慮換熱管,管板等材料 /t 的比值,故需設(shè)計(jì)者自己手算校 核一下水壓試驗(yàn)壓力值是否正確。25石 油 和 化 工 設(shè) 備論文廣場LUNWENGUANGCHANG2009.10 3避免換熱管與管板異種鋼 焊接當(dāng)換熱器的換熱管為不銹鋼, 而管板為 Cr-Mo 鋼時(shí),建議管板應(yīng) 為復(fù)合板或管板管

6、程側(cè)堆焊不銹 鋼,以避免換熱管與管板異種鋼 焊接。4高壓換熱器用換熱管標(biāo)準(zhǔn) 的正確選用高壓換熱器用換熱管應(yīng)選用 G B 6479-2000標(biāo)準(zhǔn),而不要選 GB9948-2006或 GB/T8163-2008標(biāo) 準(zhǔn) 。 當(dāng) 設(shè) 備 水 壓 試 驗(yàn) 壓 力 大 于 20MPa 時(shí), 技術(shù)要求中應(yīng)提出:“換 熱管應(yīng)能承受設(shè)備水壓試驗(yàn)壓力 值的壓力” , 以免換熱管按 GB6479-2000標(biāo)準(zhǔn)采購時(shí),因無特殊說明, 使 得 采 購 的 換 熱 管 符 合 該 標(biāo) 準(zhǔn) (最大試驗(yàn)壓力為 20MPa ,而實(shí)際 上卻不能滿足設(shè)備水壓試驗(yàn)要求 的問題發(fā)生。5換熱器受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 Lcr 和最大無支撐跨距的

7、取值 問題在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí),有人 把最大無支撐跨距當(dāng)做換熱器受 壓失穩(wěn)當(dāng)量長度,也有人沒有按 GB151-1999圖 32選取受壓失穩(wěn)當(dāng) 量長度,直接把靠近管板處的 a 、 b 值作為受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度,這是 錯(cuò)誤的。因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)中換熱器受 壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 Lcr 值是將換熱管 作為壓桿,換熱管與管板的連接 端視為固定端,折流板、支撐板視論文廣場 26石 油 和 化 工 設(shè) 備2009.10為鉸支端,即按材料力學(xué)壓桿的 理論計(jì)算得出的,所以應(yīng)根據(jù)這 一理論計(jì)算換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量 長度 Lcr ,才能保證管板計(jì)算結(jié)果 的正確性。而最大無支撐跨距是 指換熱管沒有被折流板、支持板、 管板支撐的最大距離

8、。這是兩個(gè) 不同的概念,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)者不要混淆。6隔板槽面積取值的誤區(qū)在用 SW6-1998程序進(jìn)行管板 計(jì)算時(shí),要求輸入隔板槽面積,有 很多設(shè)計(jì)者把管板上的長方形隔 板槽的幾何面積之和作為隔板槽 面積輸入程序中,這是錯(cuò)誤的。隔 板槽面積應(yīng)為 GB151-1999標(biāo)準(zhǔn)中 的 Ad 值(見標(biāo)準(zhǔn) 5.7.1.1條 ,是在 布管區(qū)范圍內(nèi),因設(shè)置隔板槽和 拉桿結(jié)構(gòu)的需要,而未能被換熱 管支撐的面積,即圖 1中陰影部分 的面積 Ad 。假設(shè)有 n 根換熱管,管 間距為 S ,對(duì)于管孔為三角形排列 的布管,每根管子對(duì)管板的支承 作用面積,是以管孔圓心為中心, 以 S 為其內(nèi)切圓直徑的六邊形面 積, 即 3/2S

9、2=0.866S2; 對(duì)于管孔為正 方形排列的布管,每根管子對(duì)管 板的支撐作用面積,則是以管孔 圓心為中心,以 S 為邊長的正方形 面積,即 S 2。三角形和正方形排管 的隔板槽面積(圖中陰影部分的 計(jì)算如圖 1所示。對(duì)特殊結(jié)構(gòu)的布管,該面積可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)用計(jì) 算機(jī)繪圖測量其值。7U形管換熱器中U形管彎 管處的支撐不容忽略U 形管換熱器中,靠近彎管起 支撐作用的折流板, 如圖 2所示, 結(jié) 構(gòu)尺寸 A+B+C之和大于 GB151-1999表 42中的最大無支撐跨距時(shí), 應(yīng)在彎管部分加特殊支撐,有些 設(shè)計(jì)者常常忽略這一要求,請(qǐng)務(wù) 必注意。8低溫?fù)Q熱器管板與殼體的 連接結(jié)構(gòu)低溫?fù)Q熱器應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)連續(xù)

10、 且平滑過渡,避免截面的急劇變 化以減少局部應(yīng)力,所以低溫?fù)Q 熱器管板應(yīng)開有應(yīng)力槽。有的設(shè) 計(jì)者忽略了這一問題,管板結(jié)構(gòu) 按常溫設(shè)備選取,這是嚴(yán)重的錯(cuò) 誤。低溫?fù)Q熱器管板與殼體的焊 接應(yīng)采用 GB151-1999附錄 G 中圖 G1(d 、 (e 和圖 G2(b 、 (c 、 (d 、 (e 、 (f 所示的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的目的是為了制造出經(jīng) 濟(jì)合理、安全可靠的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)人 員必須正確理解標(biāo)準(zhǔn),正確選用 標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)確輸入數(shù)據(jù),確保設(shè)計(jì)輸 出結(jié)果正確,結(jié)構(gòu)合理,設(shè)計(jì)的產(chǎn) 品符合相應(yīng)的規(guī)范。1GB150-1998, 鋼制壓力容器S. 2GB151-1999, 管殼式換熱器S.3 全國化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站等編.壓力容器設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)M. 4HG2059220635-97,管法蘭、墊片、緊固件S.中華干燥網(wǎng) ( 由中國化工報(bào)主辦,是中國通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)干燥設(shè)備分會(huì)和中國化工學(xué)會(huì)化學(xué)工程專業(yè)委員會(huì)干