管殼式換熱器中不同外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)用

管殼式換熱器中不同外導(dǎo)流簡結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)用李廷華【摘要】摘要:介紹了管殼式換熱器中三種不同形式的外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)，結(jié)合工程實踐的運用，總結(jié)出不同外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用的優(yōu)缺點，并給出具體的計算方法，或者是制造要點，或者是設(shè)計思路，為實際工程設(shè)計提供借鑒?！酒诳Q】廣州化工【年(卷)，期】2014(000)012【總頁數(shù)】3【關(guān)鍵詞】關(guān)鍵詞:外導(dǎo)流筒;結(jié)構(gòu)設(shè)計;強度管殼式外導(dǎo)流換熱器是一種對普通管殼式換熱器殼體做了改進的結(jié)構(gòu)。設(shè)置導(dǎo)流筒不僅可以防止進出口處高速流體對管束的直接沖擊，并且可以使得殼體流體達到較均勻分布，從而使得殼體進口段管束的傳熱面積得到充分利用，同時還起到減少傳熱死區(qū)及防止進口段可能會出現(xiàn)的流體振動的作用，有時導(dǎo)流筒還具有一定的溫差補償作用，在一定程度上起到膨脹節(jié)的作用。因此，在石油石化裝置中外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)在管殼式換熱器中的應(yīng)用較廣泛。本文主要結(jié)合在工程實踐中的應(yīng)用，對比分析，為實際工程設(shè)計提供借鑒。1適用于低壓工況的結(jié)構(gòu)在工程實際中適用于壓力較低工況的結(jié)構(gòu)型式主要有以下兩種結(jié)構(gòu)型式比較常見，如圖1所示。圖1(a)所示是傳統(tǒng)的外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)，不帶過渡圓弧，由大、小圓柱殼和錐殼組合而成，在導(dǎo)流筒內(nèi)的內(nèi)襯筒起到防沖作用，流體在內(nèi)襯筒端部均勻進入殼程。圖1(b)所示是國外引入的新結(jié)構(gòu)，也稱環(huán)形分布器或蒸汽環(huán)形分布器，它實際上是一種開槽式外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)，殼程筒體與管板的連接不斷開，在導(dǎo)流筒位置內(nèi)的殼體加開兩槽型入口(現(xiàn)在也有在此開柵板式槽的入口結(jié)構(gòu))，這種結(jié)構(gòu)制造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，在國內(nèi)近幾年的乙烯裝置以及其他裝置的低壓工況中應(yīng)用廣泛。1.1強度計算圖1(a)所示結(jié)構(gòu)可以按照GB150-2011《壓力容器》中無折邊錐殼的計算方法做近似計算，對于固定管板換熱器還需考慮殼體軸向力(按《管殼式換熱器》GB151計算)對變徑段大、小端的影響。圖1(b)所示結(jié)構(gòu)中環(huán)形導(dǎo)流內(nèi)、外卜筒及封板的強度計算可按GB150-2011《壓力容器》或GB151-1999《管殼式換熱器》進行。如圖所示的關(guān)鍵尺寸B、H、 b以及。等可根據(jù)設(shè)計分析取值［1］。導(dǎo)流外筒的強度除了考慮自身壓力外，還要考慮其上接管開孔的補強問題，而外筒長度短，接管直徑大，因此一般采用整體補強，因而環(huán)形導(dǎo)流外筒的厚度比較厚。封板厚度的確定除了強度計算以外，也要考慮焊接結(jié)構(gòu)的形式。在工程中，封板的厚度一般是環(huán)形導(dǎo)流夕卜筒厚度的2倍左右［2］o2制造要點這種環(huán)形外導(dǎo)流筒的焊接在制造中應(yīng)注意組裝焊接順序、圓筒圓度要求以及焊縫檢驗實現(xiàn)的問題。經(jīng)驗表明如果從工藝上保證焊縫4，按以上的順序焊接更容易組裝制造。一側(cè)封板與換熱器殼體雙面焊后，再焊接環(huán)形導(dǎo)流外筒與封板的單面焊，最后另一側(cè)封板與換熱器殼體單面焊。從制造順序來看，焊縫1、2能夠清理和檢測，而焊縫4是最后一道焊縫，無法清理和檢測，須從工藝上保證全焊透。圖2中焊縫4可能出現(xiàn)的缺陷是背面焊縫未熔透、成形不良、未熔合、焊瘤、焊豆、飛濺等殘留物，但只要在焊接工藝、筒體圓度、組對間隙、焊工水平等方面采取措施，可以消除和減少缺陷的產(chǎn)生。2適用于較高壓力工況的結(jié)構(gòu)當(dāng)壓力較高時，宜采用帶折邊導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)型式。如圖3所示:這種結(jié)構(gòu)型式是由大、小圓柱殼和錐殼三部分組成。由于在各部分殼體連接處采用了圓弧過渡，使得連接處的彎曲應(yīng)力減小，有交攵避免了壓力較高時各殼體直接連接邊緣產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力。采用圓弧過渡，殼體的受力情況大大改善，其使用范圍也進一步擴大，但同時也增加了這種夕卜導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)強度計算的復(fù)雜性。在國內(nèi)乙二醇裝置中，由于壓力較高，多采用這種結(jié)構(gòu)。下面簡單介紹這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點。通常，H值工藝專業(yè)已給出，但要注意滿足流通面積的要求，以及h值的確定。進口流體的面積：出口流體的面積:A2=n(D2i+282)?h系數(shù)K1為經(jīng)驗取值:K1=1.6~2.0滿足流通面積至少保證:A2=K1?A1圖3所示結(jié)構(gòu)可以按照HG/T20582-2011《鋼制化工容器強度計算規(guī)定》中作用有內(nèi)壓和軸向載荷的帶折邊變徑段的設(shè)計進行計算。該計算方法對于固定管板換熱器還需考慮殼體軸向力(按《管殼式換熱器》GB151計算)對變徑段大、小端的影響。標準中內(nèi)壓和軸向載荷共存時變徑段厚度的計算公式[3-5]:其中系數(shù)K是計算帶折邊變徑段厚度時的系數(shù)，表示小端折邊上的周向總應(yīng)力對小端圓筒周向薄膜應(yīng)力的比值，也就是以小端的薄膜應(yīng)力來確定厚度。由于小端的應(yīng)力控制值為1.1的許用應(yīng)力，因此在設(shè)計中可以修正厚度公式為：式中:P——設(shè)計壓力，MPaD2i——變徑段小端內(nèi)直徑，mmM——鋼材泊松比，一般取p=0.3F——軸向載荷，NRc2——小端折邊段中心至圓筒軸線的距離，mmK—計算帶折邊變徑段厚度時的系數(shù)（詳細見HG/T20582-211）［。］t——變徑段材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa——變徑段上A類焊縫的焊接接頭系數(shù)，按《鋼制壓力容器》GB150由焊縫結(jié)構(gòu)型式和探傷要求確定根據(jù)JB4732-1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計標準》中的相關(guān)規(guī)定，這種修正是合理的。該結(jié)構(gòu)的制造并無難點，在此不再螯述。3夾套式變截面外導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)大大簡化了傳統(tǒng)的導(dǎo)流筒，而且考慮到流體等壓降流動的特點，流體在從接管進入夾套再流入殼程的過程中，沿周向的分布是不均勻的，嘗試采用了變截面結(jié)構(gòu)，克服等直導(dǎo)流筒裝置存在的介質(zhì)進入殼程時流體阻力不同的缺點，從而保證流體沿周向均勻進入殼體。在某些工程項目中也采用過圖4所示的結(jié)構(gòu)，但在設(shè)計上有難度，比較耗時，因為在設(shè)計中需要建立一系列不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的簡化模型，利用數(shù)值計算方法，從對導(dǎo)流筒內(nèi)流體流動情況的分析模擬入手，通過對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的變截面導(dǎo)流筒的流場分析及內(nèi)筒進口截面的速度均布性的分析、計算與比較，以確定流體流動的規(guī)律性并最終確定具有何種具體結(jié)構(gòu)形式的導(dǎo)流筒才能使得其內(nèi)部流體的運動情況達到最優(yōu)，從而確定導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)形式。相對前兩種結(jié)構(gòu)，圖4的結(jié)構(gòu)使得管板的直徑增大很多，制造費用相應(yīng)增加，所以此結(jié)構(gòu)在工程項目中應(yīng)用較少。4結(jié)論由于外導(dǎo)流的設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，需要工藝和設(shè)備兩個專業(yè)的共同參與才能最終確定優(yōu)化的方案，所以深入理解外導(dǎo)流的各種結(jié)構(gòu)形式，緊密結(jié)合工程實際情況是成功設(shè)計的關(guān)鍵。本文介紹了三種外導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)，都有各自的適用范圍以及優(yōu)缺點，對具體工程設(shè)計有一定的啟示作用。參考文獻[1]郭雪華，段瑞.換熱器外導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與改進[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2007,28(4):1-3.[2]張