管殼式換熱器設(shè)計中應(yīng)注意的問題

管殼式換熱器設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題白建濤(中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院吉林省吉林市132002)摘要：本文對在換熱器設(shè)計中，我們圖紙中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤和問題進行了簡要的總結(jié)。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；設(shè)計；問題SeveralproblemshallwetotakecareofontubularexchangerdesignBAIJian-tao(PetroChinaofNortheastRefining&ChemicalengineeringCo.LtdJilinDesignInstituteJilin132002,China)Abstract:Thepaperisasummaryofseveralmistakesandproblemsthatoftenappearedontubularexchangerdrawing.Keyword:tubularexchanger;design;problem在換熱器設(shè)計中，設(shè)計者雖然以GB151-1999《管殼式換熱器》作為管殼式換熱器的設(shè)計依據(jù)，但常常會忽視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的某些說明而導(dǎo)致設(shè)計不正確或不合理，從而影響設(shè)備的安全可靠性。下面就幾種我們圖紙中常出現(xiàn)的問題，提醒設(shè)計者在設(shè)計工作中引起重視。換熱器類別的確定以及相關(guān)的技術(shù)要求《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》A1.3.2規(guī)定：多腔壓力容器(如換熱器的管程和殼程、夾套容器等)按照類別高的壓力腔作為該容器的類別并且按該類別進行使用管理。但應(yīng)按照每個壓力腔各自的類別分別提出設(shè)計、制造技術(shù)要求。換熱器管程設(shè)計壓力大于殼程設(shè)計壓力時，殼程試驗壓力的選取問題當(dāng)管程設(shè)計壓力大于殼程設(shè)計壓力時，為了檢查管子與管板連接的嚴(yán)密性，殼程的試驗壓力可按下面的幾種方法處理，應(yīng)在技術(shù)特性表或技術(shù)要求中提出：提高殼程的試驗壓力等于管程試驗壓力。采用這種方法時，必須首先核算殼體在壓力試驗時產(chǎn)生的應(yīng)力，要求殼程任意點的一次薄膜應(yīng)力的計算值不得超過所用材料在試驗溫度下的90%屈服極限。同時接管、法蘭也應(yīng)滿足壓力試驗條件下的強度要求。若經(jīng)過計算后不能采用上述方法試驗，或從技術(shù)經(jīng)濟考慮不合理時，則殼程、管程按各自要求的試驗壓力進行試驗合格后，殼程應(yīng)參照HG20584-1998附錄A《壓力容器氨滲透試驗方法》進行氨滲漏試驗。對有特殊要求的換熱器，如高壓換熱器等可用低壓純氨進行試漏或采用鹵素檢漏等方法試驗。管板本身兼做法蘭，并且直徑較大或者厚度較厚時，材質(zhì)選擇問題此時管板最好用鍛件加工，盡量不用板材加工。因為厚板有分層傾向，在上述情況下如用板材加工成管板，特別容易出問題。換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度計算問題在進行換熱管計算時，有些設(shè)計者將換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度L，給出了一個大一些的數(shù)值，而不按GB151規(guī)定進行計算，這是錯誤的。因為GB151中的數(shù)值是將換熱管作為壓桿，換熱管與管板的連接端視為固支端，折流板、支撐板視為鉸支端，即按材料力學(xué)壓桿的理論計算得出的，所以應(yīng)據(jù)此計算換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度，才能保證管板計算結(jié)果的正確性。多管程管殼式換熱器，分程設(shè)計時應(yīng)考慮的問題應(yīng)盡可能使各管程換熱器管數(shù)盡可能大致相等，以達到換熱器各管程流速基本相等，達到良好的換熱效果。各管程換熱器管數(shù)相對誤差應(yīng)控制在10%以內(nèi)，最大不超過20%。做到分程隔板槽盡量簡單，密封面長度盡量短。隔板槽面積取值的問題在用計算軟件進行管板計算時，要求輸入隔板槽面積，有很多設(shè)計者直接計算出隔板槽的幾何面積，這是錯誤的。這里要求輸入的應(yīng)該是GB151中的A，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。另外，多管程換熱器分程隔板槽面積應(yīng)取各條隔板槽面積之和。臥式換熱器折流板布置問題臥式冷凝器介質(zhì)為氣、液共存，折流板應(yīng)左右布置，并在折流板的最底處開通液口。有的設(shè)計者在這種情況下，將折流板的缺口上下布置是不合適的，缺口上下設(shè)置時，不利于冷凝液的排出。特別當(dāng)冷凝液位高于上置折流板的下缺口時，會形成液封，阻礙蒸汽流動，影響設(shè)備傳熱和運行。應(yīng)注意核算管板的扳手空間是否足夠固定管板延長部分兼做法蘭的換熱器，當(dāng)殼程壓力很高，管程壓力比較低時，如管程選用壓力等級較低的設(shè)備法蘭則螺栓圓直徑很小，而此時殼程筒體很厚，這樣可能導(dǎo)致扳手空間不足，緊固件組裝困難。管板上的管孔及拉桿孔布置問題管板上的管孔及拉桿孔最好對稱布置。不對稱布置，管板加工會比較容易出錯。如必須做不對稱布置，必須保證總圖、管束、管板和折流板等零部件圖保持一致，因為不同的視角，他們的位置是不同的。兼做法蘭的固定管板，與設(shè)備法蘭的匹配問題在設(shè)計過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)備法蘭壓力等級的改動，而沒考慮到管板變動，可能會造成最終的兩法蘭的輪廓、螺栓孔中心圓直徑以及螺栓孔個數(shù)的不匹配，在設(shè)備制造過程中會造成很大的問題。立式固定管板換熱器支座，膨脹節(jié)和拉桿的位置.立式固定管板換熱器支座的支承平面一般應(yīng)高于設(shè)備重心和膨脹節(jié)，以利于提高設(shè)備的穩(wěn)定性和改善膨脹節(jié)受力。如果帶有支耳的設(shè)備設(shè)有膨脹節(jié)，設(shè)計時要注意螺栓孔中心圓直徑大于膨脹節(jié)最大外形尺寸(最好先跟結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通，咨詢一下梁的尺寸，然后確定螺栓中心圓直徑尺寸)，保證設(shè)備順利安裝。.立式固定管板換熱器拉桿，應(yīng)在滿足組裝的前提下把固定端設(shè)置在上管板上，無論殼程進口在上方還是在下方。此時拉桿處于最佳受力狀態(tài)。換熱管的拼接問題換熱管如不允許拼接時，應(yīng)在圖樣上加以規(guī)定。換熱管如允許拼接時，也應(yīng)在圖樣技術(shù)要求中注明“換熱管的拼接符合GB151-19996.3.3的規(guī)定?！睂形管換熱器U形彎管部分未提出技術(shù)要求的錯誤。形管換熱器管程流速比較高，會對U形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響換熱管壽命。所以U型管換熱器，彎管部分是換熱管的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)按GB150-19996.3.4對其提出技術(shù)要求。若介質(zhì)有磨蝕的特性，應(yīng)適當(dāng)加厚該段換熱管的壁厚。另外要注意換熱管用做低溫管時，冷彎的彎曲半徑小于10倍的管子外徑時，彎后應(yīng)作消除應(yīng)力熱處理。經(jīng)熱處理供貨的低溫用換熱管材，在熱彎或彎曲半徑小于10倍管子外徑的冷彎后，必須重新進行與原熱處理相同的熱處理。換熱器焊后熱處理的問題鋼板厚度大于16mm的碳素鋼和低合金鋼制低溫?fù)Q熱器或元件應(yīng)進行焊后熱處理。需做焊后熱處理的低溫?fù)Q熱器，熱處理應(yīng)包括承受較大載荷需做強度計算的非受壓件與受壓元件的連接接頭。管箱是否進行熱處理，要視以下具體情況而定：.碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱以及管箱的側(cè)向開孔超過1/3圓筒內(nèi)徑的管箱，應(yīng)在施焊后做消除應(yīng)力的熱處理。.奧氏體不銹鋼的管箱，一般不做焊后消除應(yīng)力熱處理。當(dāng)有較高抗腐蝕要求或在高溫下使用時，可按供需雙方商定的方法進行熱處理。固定管殼式換熱器焊后整體熱處理應(yīng)注意的問題固定管殼式換熱器焊后熱處理有兩種方法。一種方法是整體焊后熱處理，這種方法關(guān)鍵是如何控制熱處理過程中的溫差應(yīng)力，當(dāng)殼體和管子材料相同時，在加熱過程中，殼體受熱快而管束受熱慢，由于溫差作用，殼體的熱膨脹伸長比管束大。但殼體的伸長受管束的約束。使管束受到拉應(yīng)力，殼體受到較大的壓應(yīng)力。當(dāng)熱處理完后，冷卻的過程受力與上述相反。因此再加熱及冷卻時，溫度應(yīng)力應(yīng)小于材料在該溫度下的屈服強度。固定管殼式換熱器焊后整體熱處理時升溫和冷卻速度比其他容器嚴(yán)格，這是由于管板、管子、殼體的厚度差較大。曾有由于忽視控制冷卻速度，管子與管板連接處大面積裂紋，造成設(shè)備重做。另一種方法是分段熱處理，先把殼體進行焊后熱處理，然后把管板與殼體、管子與管板焊后局部熱處理。筆者認(rèn)為為保證管子和管板連接的使用可靠性，盡量采用分段熱處理的方法。結(jié)束語以上是本人對換熱器設(shè)計的一個總結(jié)。希望大家能引以為戒，在設(shè)計工作中應(yīng)充分考慮換熱器的設(shè)計參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)要求，重視標(biāo)準(zhǔn)中的