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)流動速度大及振動工況下的應(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)流動速度。通過折流板折流后殼程流體為橫掠管束，因湍流振動、聲共鳴等因素會引起管子產(chǎn)生振動，這種振動稱為流體的誘導(dǎo)振動。在殼程流體的流動速度和振動較大的情況下，采用折流板式換熱器就可能引起誘導(dǎo)振動，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）管子本身長期振動易產(chǎn)生疲勞，最終會導(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，既起到了對殼程介質(zhì)的擾動作用，又起到了對換熱管的支撐作用，使介質(zhì)在殼程中流動的阻力降低，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出現(xiàn)振動。由于9 m細(xì)長的換熱管本身為彈性元件，受橫流影響管子會發(fā)生高振幅運(yùn)動而損壞，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。

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，減少了板式折流的流動死區(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，高級工程師。吉林市，132002。

2011-04-11)