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        熱交換器管板計(jì)算常見問題分析

        2020-11-26 17:32:54徐陣濤杜軍嶺郭杰
        商品與質(zhì)量 2020年5期
        關(guān)鍵詞:殼程熱交換器管板

        徐陣濤 杜軍嶺 郭杰

        中國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,并沒有相關(guān)的文件對其進(jìn)行過過多的介紹,對此,必須要根據(jù)實(shí)際情況積極的爭取相關(guān)部門的資金支持,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,并對其所出現(xiàn)的問題進(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)簡單,形式緊湊,且沒有殼程密封等問題,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)不良問題的主體因素,可以有效的對其進(jìn)行合理分析,是目前設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題。這中換熱器的適用性強(qiáng),對于不同的場合所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)不一致,主要分以下幾種:

        管、殼程溫差大,壓力適中的場合。其主要是由于不同的場合,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,壓力較高的場合;

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

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

        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,故其自由變動性強(qiáng),溫差力小,可以適用于大溫差的場合應(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其進(jìn)行方案的解決,這樣很難對其后續(xù)的工作進(jìn)行處理,經(jīng)常會使得其壓力試驗(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),尾端的自由浮動可以解決其所帶來的溫差應(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對其進(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、殼程溫差大的場合,且該種場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)際情況對程序和換熱管長度平均溫差分析,理解其不同工藝計(jì)算的計(jì)算過程,確定金屬壁溫計(jì)算方法和對流傳熱系數(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,按照要求對周邊的管板進(jìn)行處理,以此來確定介質(zhì)系數(shù)[4]。

        3 熱交換器管板計(jì)算問題分析

        在進(jìn)行計(jì)算中,由于管板延長的厚度的變化,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,但無可確定性的方式和方法。由于管板延長法的厚度計(jì)算方式在國外使用多年,其實(shí)際的取消0.6倍依據(jù)還存在一定的爭議,對此,必須要滿足用SW6計(jì)算合格后,再用ASME或TEMA公式對管板延長法蘭的厚度進(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)力超過壓縮應(yīng)力,那么其流板間距會降低,其工藝傳熱計(jì)算可以得到優(yōu)化。

        4 結(jié)語

        綜上所述,現(xiàn)階段國家越來越重視熱交換器管板計(jì)算常見問題核算內(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)算問題的解決。

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