熱交換器管板計(jì)算常見(jiàn)問(wèn)題分析

徐陣濤 杜軍嶺 郭杰

中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

目前熱交換器管板時(shí)工業(yè)領(lǐng)域中的常見(jiàn)的一種換熱器，其設(shè)計(jì)質(zhì)量已經(jīng)受到了各界的廣泛關(guān)注，且開(kāi)始應(yīng)用于不同的行業(yè)中。但是由于熱交換器管板的研發(fā)時(shí)間較短，并沒(méi)有相關(guān)的文件對(duì)其進(jìn)行過(guò)過(guò)多的介紹，對(duì)此，必須要根據(jù)實(shí)際情況積極的爭(zhēng)取相關(guān)部門(mén)的資金支持，加大科研投入力度，實(shí)現(xiàn)外在的數(shù)據(jù)的合理化創(chuàng)新，這樣才能為找到相關(guān)的可影響性因素，并對(duì)其所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理化分析，制定出有效的方案[1]。

1 不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器特點(diǎn)

1.1 固定管板式換熱器

這種固定管板換熱器主要是一種立式固定管版式換熱器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式緊湊，且沒(méi)有殼程密封等問(wèn)題，一般是做管板換熱器的主體式結(jié)構(gòu)。固定管板換熱器的換熱管、管板和殼體是緊密相連的，其換熱管與殼體間的金屬壁溫差是導(dǎo)致其出現(xiàn)不良問(wèn)題的主體因素，可以有效的對(duì)其進(jìn)行合理分析，是目前設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問(wèn)題。這中換熱器的適用性強(qiáng)，對(duì)于不同的場(chǎng)合所表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)不一致，主要分以下幾種：

管、殼程溫差大，壓力適中的場(chǎng)合。其主要是由于不同的場(chǎng)合，其內(nèi)部的溫差大，膨脹節(jié)耐壓能力差，規(guī)定設(shè)計(jì)壓力不大于6.4帕；

管、殼程溫差小，壓力較高的場(chǎng)合；

殼程不能機(jī)械清洗，殼程介質(zhì)干凈；雖會(huì)結(jié)垢，但可利用化學(xué)清除的場(chǎng)合；

布管多，鍛件少，投資成本低，設(shè)備運(yùn)行周期短的場(chǎng)合。

1.2 浮頭式換熱器

浮頭式換熱器主具有可抽式管束，一旦換熱管為正方形或轉(zhuǎn)角正方形，這種管束可以自由進(jìn)出，自動(dòng)的采用機(jī)械進(jìn)行清洗，比較適用于殼程易結(jié)焦及堵塞的現(xiàn)場(chǎng)處理中，可以促進(jìn)其后續(xù)的工藝有效處理。其某一端是用管板夾持，另一端則是利用浮頭型式換熱器，故其自由變動(dòng)性強(qiáng)，溫差力小，可以適用于大溫差的場(chǎng)合應(yīng)用。除此之外，由于浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其內(nèi)部的排管數(shù)數(shù)量較多。一旦發(fā)生泄露則很難具有措施對(duì)其進(jìn)行方案的解決，這樣很難對(duì)其后續(xù)的工作進(jìn)行處理，經(jīng)常會(huì)使得其壓力試驗(yàn)的復(fù)雜性提升。且其受到使用壓力和溫度的限制，合理的應(yīng)用于煉油行業(yè)中[2]。

1.3 U形管式換熱器

U形管式換熱器是其中一種唯一適用于高溫、高壓和高溫差等嚴(yán)格環(huán)境下的換熱器，其內(nèi)部的高溫差適應(yīng)性強(qiáng)，尾端的自由浮動(dòng)可以解決其所帶來(lái)的溫差應(yīng)力。雖然目前其僅僅只有一塊管板，法蘭的數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且泄漏點(diǎn)少，但是可以進(jìn)行抽芯清洗，其清洗流程方便快捷，且便于清洗清洗換熱管外壁，可以降低其彎管的限制和分程間距，一旦出現(xiàn)高管程流速，機(jī)械管道的U形彎管段會(huì)受到嚴(yán)重的沖蝕，從而出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。

1.4 釜式重沸器

釜式重沸器的管程主要是采用U形或浮頭管束的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行處理，其中管頭在試壓時(shí)必須要另配試壓殼體，以此來(lái)作為基礎(chǔ)的且有蒸發(fā)空間的殼體，并將其作為加熱殼程介質(zhì)，且由于其管程壓力和溫度高于其他的殼體，其設(shè)計(jì)的壓力必須要大于相關(guān)的介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)后續(xù)的體系化創(chuàng)新，改善教育教學(xué)成果，為后續(xù)的實(shí)踐做好基礎(chǔ)性的準(zhǔn)備工作。其這種釜式重沸器主要適用于管、殼程溫差大的場(chǎng)合，且該種場(chǎng)合必須要保證具有多孔強(qiáng)化傳熱管，這樣才能夠促進(jìn)去殼體設(shè)置的多元性和技術(shù)性[3]。

2 熱交換器管板計(jì)算部分參數(shù)分析

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)因子

在進(jìn)行熱交換器管板計(jì)算時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)相關(guān)的物件進(jìn)行分析，確定好傳熱計(jì)算和相管殼程，將相關(guān)的熱器型式、換熱面積、換熱管管徑等相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，并將不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化處理，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，由機(jī)械設(shè)計(jì)人員完成，工藝計(jì)算中的傳熱和壓降數(shù)據(jù)處理。在固定管板式換熱器的計(jì)算中，必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)程序和換熱管長(zhǎng)度平均溫差分析，理解其不同工藝計(jì)算的計(jì)算過(guò)程，確定金屬壁溫計(jì)算方法和對(duì)流傳熱系數(shù)和污垢系數(shù)。

2.2 設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度

在進(jìn)行熱交換器管板計(jì)算時(shí)，必須要確定好設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度，按照實(shí)際需求按照工作壓力、工作溫度等確定，以受壓元件為主，以此來(lái)確定其計(jì)算壓力數(shù)值，以及直徑數(shù)據(jù)。在相關(guān)的數(shù)據(jù)中，必須要在計(jì)算時(shí)考慮液柱靜壓力，使其小于5%，了解周邊的殼程殼體、管箱殼體的設(shè)計(jì)溫度取值情況，并對(duì)其進(jìn)行合理化判定。除此之外，還需要優(yōu)化設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定值，按照要求對(duì)周邊的管板進(jìn)行處理，以此來(lái)確定介質(zhì)系數(shù)[4]。

3 熱交換器管板計(jì)算問(wèn)題分析

在進(jìn)行計(jì)算中，由于管板延長(zhǎng)的厚度的變化，其只考慮了操作條件下的六種工況，且以管箱法蘭厚度的0.6倍來(lái)確定，使得其管板厚度能夠有效，同時(shí)其管板的厚度計(jì)算一般都是按照方式的工人經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行計(jì)算，其數(shù)據(jù)的管理誤差值較大。不僅如此其中的法蘭力矩是用法蘭計(jì)算中需要的螺栓面積確定，其與現(xiàn)有的算法存在較大的差異，現(xiàn)在已經(jīng)不使用這種方法，但無(wú)可確定性的方式和方法。由于管板延長(zhǎng)法的厚度計(jì)算方式在國(guó)外使用多年，其實(shí)際的取消0.6倍依據(jù)還存在一定的爭(zhēng)議，對(duì)此，必須要滿(mǎn)足用SW6計(jì)算合格后，再用ASME或TEMA公式對(duì)管板延長(zhǎng)法蘭的厚度進(jìn)行核算，這樣增加了麻煩流程，且后續(xù)的處理存在較大的問(wèn)題。但是一旦出現(xiàn)計(jì)算時(shí)，常常出現(xiàn)換熱管的軸向應(yīng)力超過(guò)壓縮應(yīng)力，那么其流板間距會(huì)降低，其工藝傳熱計(jì)算可以得到優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段國(guó)家越來(lái)越重視熱交換器管板計(jì)算常見(jiàn)問(wèn)題核算內(nèi)容。為了進(jìn)一步提升核算的準(zhǔn)確性，必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其數(shù)據(jù)以及參數(shù)進(jìn)行分析，改善其設(shè)計(jì)效果，參考大型工程設(shè)計(jì)方法，促進(jìn)殼體強(qiáng)度設(shè)計(jì)的精確性分析以及計(jì)算問(wèn)題的解決。