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        換熱器的振動(dòng)與折流

        2011-12-18 06:12:22王清媛劉佩銘
        化工裝備技術(shù) 2011年5期
        關(guān)鍵詞:桿式殼程板式

        王清媛 劉佩銘 李 建 苑 穎

        (中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院)

        換熱器的振動(dòng)與折流

        王清媛*劉佩銘 李 建 苑 穎

        (中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院)

        介紹了折流板式換熱器與折流桿式管殼式換熱器的區(qū)別,折流桿式換熱器在介質(zhì)流動(dòng)速度大及振動(dòng)工況下的應(yīng)用,并根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了折流桿式換熱器的管束結(jié)構(gòu)。

        換熱器 折流桿 折流板 換熱管

        換熱器是煉油、化工裝置中常見的化工設(shè)備。換熱器的形式多樣,其中固定管板式換熱器應(yīng)用最多。固定管板式換熱器由殼體、封頭、管板、換熱管、折流件等零部件組成。殼體內(nèi)采用折流板式是最普通且常用的,折流板用來支撐換熱管,提高殼程的介質(zhì)流動(dòng)速度。通過折流板折流后殼程流體為橫掠管束,因湍流振動(dòng)、聲共鳴等因素會(huì)引起管子產(chǎn)生振動(dòng),這種振動(dòng)稱為流體的誘導(dǎo)振動(dòng)。在殼程流體的流動(dòng)速度和振動(dòng)較大的情況下,采用折流板式換熱器就可能引起誘導(dǎo)振動(dòng),導(dǎo)致管子磨損、泄漏、斷裂等損壞,這些是板式折流的不足之處。為滿足大流速和振動(dòng)要求,工藝上常采用折流桿式換熱器。折流桿式換熱器殼程流體為縱掠管束,可降低流體的阻力,避免板式折流帶來的缺陷。

        1 折流板式換熱器在振動(dòng)下存在的問題

        (1)當(dāng)殼程介質(zhì)流速較大時(shí),換熱管的振動(dòng)振幅較大,可能使管子發(fā)生碰撞,致使管壁被磨損得越來越薄,導(dǎo)致?lián)Q熱管損壞。

        (2)換熱管穿過折流板時(shí)由于振動(dòng)使換熱管與折流板孔壁不斷碰撞,導(dǎo)致接觸部分管壁變薄,直至管子破裂。

        (3)換熱管與管板的連接為脹接和焊接,振動(dòng)使換熱管與管板的連接處受到較大的應(yīng)力,導(dǎo)致脹接和焊接處破裂,管板端部泄漏,管殼程介質(zhì)相混。

        (4)管子本身長期振動(dòng)易產(chǎn)生疲勞,最終會(huì)導(dǎo)致管子破裂。

        2 折流桿式換熱器特點(diǎn)

        殼程不再是傳統(tǒng)的板式折流方式,而是由若干個(gè)折流桿組成折流圈來代替折流板。這種設(shè)計(jì)充分改善了殼程介質(zhì)的誘導(dǎo)振動(dòng),既起到了對(duì)殼程介質(zhì)的擾動(dòng)作用,又起到了對(duì)換熱管的支撐作用,使介質(zhì)在殼程中流動(dòng)的阻力降低,傳熱效率更高。

        3 折流桿換熱器的設(shè)計(jì)

        3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

        某化工裝置采用臥式換熱器,殼體直徑為550 mm,換熱面積為162 m2;殼程的設(shè)計(jì)壓力為3.14 MPa,設(shè)計(jì)溫度141℃;管程的設(shè)計(jì)壓力為2.3 MPa,設(shè)計(jì)溫度131℃。換熱管為?19 mm,長9 000 mm,換熱管排列方式為正方形,折流間距150 mm。殼程的質(zhì)量流率為249 820 kg/h,管程的質(zhì)量流率為251 580 kg/h。

        3.2 折流方式的選用

        由設(shè)計(jì)參數(shù)可見,殼程流體的流動(dòng)速度較大,如果采用折流板式換熱器,換熱管束受橫向流速的影響會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。由于9 m細(xì)長的換熱管本身為彈性元件,受橫流影響管子會(huì)發(fā)生高振幅運(yùn)動(dòng)而損壞,因此不宜采用板式折流,而是選用了折流桿來代替折流板。

        3.3 桿式折流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        折流桿換熱器管束的結(jié)構(gòu)是:由一組焊有折流桿的折流圈通過縱向拉桿固定組成折流圈籠,換熱管卡在相互垂直交錯(cuò)的折流桿間。折流桿采用?6圓鋼,材料為0Cr18Ni9,縱向拉桿采用20×12的扁鋼,折流桿在每個(gè)折流圈上的間距為50 mm,換熱管為正方形排列,管間距為32 mm。為了支撐每根換熱管,要求兩個(gè)相鄰折流圈的折流桿其方向相互垂直,即如果前一個(gè)折流圈的折流桿是垂直布置的,則后一個(gè)折流圈的折流桿就是水平布置,兩根折流桿之間夾兩根換熱管。折流桿和換熱管組合的折流圈形式設(shè)計(jì)為4種。第一種是折流圈上的折流桿水平支撐橫向的第1、3、5……排換熱管,見圖1所示;第二種是折流圈上的折流桿垂直支撐縱向上的第1、3、5……排換熱管,見圖2所示;第三種是折流圈上的折流桿水平支撐橫向的第2、4、6……排換熱管,見圖3所示;第四種是折流圈上的折流桿垂直支撐縱向的第2、4、6……排換熱管,見圖4所示。按此規(guī)律循環(huán)布置,可保證每根換熱管能被四個(gè)折流圈的四根折流桿從四個(gè)方向?qū)⑵淅卫喂潭ā?/p>

        上述4種折流圈總數(shù)54個(gè),相互間距150 mm,通過4個(gè)圓周均布的縱向拉桿組成管束,有效地抑制了誘導(dǎo)振動(dòng)。

        圖1 第一種折流圈

        圖2 第二種折流圈

        圖3 第三種折流圈

        圖4 第四種折流圈

        4 結(jié)論

        采用折流桿式換熱器解決了因殼程流體振動(dòng)導(dǎo)致的損壞,增加了換熱器的安全性和使用壽命。折流桿增強(qiáng)了流體的擾動(dòng),減少了板式折流的流動(dòng)死區(qū)和漏液現(xiàn)象,可提高傳熱系數(shù)15%~40%。目前,折流桿換熱器已在石化行業(yè)獲得一定程度的推廣。

        [1]朱才,徐詠冬.折流桿換熱器殼程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].河南化工,1998(10).

        [2]張應(yīng)豪.折流桿換熱器的試驗(yàn)及其應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備,1988(1).

        Ribration and Transverse about Heater

        Wang Qingyuan Liu Peiming Li Jian Yuan Ying

        The paper is a introduction of the difference between transverse rod and transverse baffle,and the application of the transverse rod-exchanger which the fluid with a high mass velocity and under the vibrant condition.It also introduces the structure of transverse rod-exchanger based on the actual design.

        Heat exchanger;Transverse rod;Transverse baffle;Tube

        TQ 051.5

        *王清媛,女,1965年生,高級(jí)工程師。吉林市,132002。

        2011-04-11)

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